界面熱阻

界面熱阻（英語：interfacial thermal resistance），又稱為邊界熱阻（thermal boundary resistance）或卡皮察熱阻（Kapitza resistance），是衡量兩種材料界面處熱流阻力的物理量。一般而言這幾個名稱可以互換使用，但嚴格來說，卡皮察熱阻指的是原子級完美平坦的界面，而邊界熱阻則是一個更廣泛的術語。界面熱阻與接觸熱阻的不同之處在於，即使是在原子級完美的界面上也會存在界面熱阻。由於不同材料的電子和振動特性不同，當能量載流子（聲子或電子）穿過界面時，會在界面處發生散射。散射後的傳輸概率將取決於界面兩側的可用能態。

假設在界面上施加恆定的熱通量，界面熱阻會導致界面處出現有限幅度的溫度不連續。通過傅立葉定律可以得到

$Q={\frac {\Delta T}{R}}=G\Delta T,$

其中$Q$是施加的熱通量，$\Delta T$是觀測到的溫度差，$R$是邊界熱阻，$G$則是其倒數（即邊界熱導率）。

理解兩種材料界面處的熱阻對於研究其熱特性具有重要意義。界面通常對材料的整體熱特性有顯著影響。這一點對於納米級系統來說尤為關鍵，因為界面對材料性質的影響可能遠大於體塊材料。

對於需要高效散熱的應用而言，界面處的低熱阻非常重要。根據2004年國際半導體技術路線圖，具有8納米特徵尺度的微電子半導體器會產生高達 100000 W/cm² 的熱量，需要高效散熱以應對1000 W/cm²的芯片級熱通量，這一數值比當前器件高出一個數量級。另一方面，需要良好熱隔離的應用（例如渦輪噴氣發動機）則受益於高熱阻的界面。這種情況還需要在極高溫度下仍然穩定的材料界面，例如金屬陶瓷複合材料。此外，多層系統也可以實現高熱阻。

如上所述，邊界熱阻是由於界面處的載流子散射造成的。散射載流子的類型取決於界面材料的特性。例如，電子散射效應會主導金屬-金屬界面的熱阻，因為電子是金屬中的主要熱能載流子。

聲學失配模型（acoutic mismatch model，簡稱AMM）與漫散射失配模型（diffuse mismatch model，簡稱DMM）是兩種廣泛使用的界面熱阻預測模型。 聲學失配模型假設界面是完全光滑的，並且聲子通過界面的傳輸是完全彈性的，將聲子視為連續介質中的波。而漫散射失配模型則假設界面處會出現漫散射，尤其適用於高溫下具有特徵粗糙度的界面。

此外，分子動力學模擬可以在原子尺度上更準確地研究界面熱阻。

外部連結

• 《中國大百科全書》第三版網絡版中的條目：界面熱阻 （簡體中文）