文章来源：《Science Daily(每日科学)》

摘要：一组科学家发现，电加热的普通均质硅酸盐玻璃似乎无视焦耳的第一定律。

表征和预测电加热硅酸盐玻璃的表现非常重要，因为它可用于驱动技术创新的各种设备中。硅酸盐玻璃用于显示屏。玻璃纤维为互联网供电。正在部署纳米级玻璃装置以提供突破性的医学治疗，例如靶向药物递送和再生组织。

根据 Himanshu Jain 的说法，发现在某些条件下，电加热硅酸盐玻璃无视长期接受的物理定律，称为焦耳的第一定律，应该引起广泛的科学家，工程师甚至普通大众的兴趣。理海大学材料科学与工程系。

1840年，英国物理学家兼数学家 James Prescott Joule 奠定了电加热的基础. Joule 证明了当电流通过电阻器时会产生热量。他的结论，即焦耳的第一定律，简单地说明热量是与通过材料的电流的平方成比例产生的。

“已经对均质金属和半导体进行了一次又一次的验证，它们像白炽灯泡一样均匀加热，”Jain说。

他和他的同事 - 包括康宁公司的 Nicholas J.Smith和 Craig Kopatz，以及前博士的 Charles T. McLaren。Jain 的学生，现在是康宁的一名研究员 - 撰写了今天发表在科学报告上的一篇论文，详细描述了他们发现电加热的普通均质硅酸盐玻璃似乎无视Joule的第一定律。

在题为“电加热碱性硅酸盐玻璃内高度不均匀温度分布的发展”的论文中，作者写道：“与电子导电金属和半导体不同，随着时间的推移，离子导电玻璃的加热变得非常不均匀，形成纳米级碱 - 消耗区域，使玻璃在阳极附近熔化，甚至蒸发，同时在其他地方保持固体。原位红外成像显示和有限元分析确认局部温度高于其余样品超过千度，取决于场是DC还是AC “。

“在我们的实验中，玻璃在正面附近比在玻璃的其他部分温度高出一千摄氏度以上，考虑到玻璃开始时玻璃完全均匀，这非常令人惊讶，”Jain说。“这一结果的原因在于电场本身在纳米尺度上玻璃的结构和化学变化，然后更强烈地加热这个纳米区域。”

Jain说，经典的焦耳物理定律的应用需要仔细重新考虑并适应这些发现。

这些观察结果揭示了最近发现的电场引起的玻璃软化的起源。在之前的一篇论文中，Jain和他的同事报告了电场诱导软化的现象。他们证明，在一英寸厚的样品中施加100伏特，可以将炉内加热的玻璃的软化温度降低多达几百摄氏度。

“计算并没有说明我们所看到的只是标准的焦耳加热，”Jain说。“即使在非常温和的条件下，我们观察到的玻璃烟雾需要比焦耳定律高出数千度的温度才能预测！”

然后，该团队进行了一项系统研究，以监测玻璃的温度。他们使用高分辨率红外高温计绘制出整个样品的温度曲线。新数据与他们之前的观察结果表明，电场显着地改变了玻璃，并且他们必须改变如何应用焦耳定律。

研究人员认为，这项工作表明，与目前使用的方法相比，可以在玻璃上产生更热的玻璃热，可能达到纳米级。然后，它可以比以前更精确地在玻璃表面上制造新的光学和其他复杂结构和器件。

“除了证明有必要使Joule定律合格外，其结果对于开发玻璃和陶瓷材料制造和制造的新技术至关重要，”Jain说。

来源：理海大学（Lehigh University）