photothermal effect

定義：通過光照而產(chǎn)生的熱效應(yīng)。

學(xué)科：化學(xué)_物理化學(xué)_光化學(xué)

相關(guān)名詞：光子 弛豫 散射 熱擴(kuò)散

圖片來源：視覺中國

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光熱效應(yīng)是指材料在吸收光能后將其轉(zhuǎn)化為熱能的過程。這種效應(yīng)廣泛存在于物理、化學(xué)、生物及工程等領(lǐng)域，其核心機(jī)制是光子被材料吸收后，導(dǎo)致其內(nèi)部能量態(tài)發(fā)生變化，從而釋放熱量。這種熱量的產(chǎn)生伴隨著光與物質(zhì)相互作用時的非輻射弛豫或散射過程。

光熱效應(yīng)的過程一般可以分為三個部分。首先是光子吸收。當(dāng)光波照射到材料表面或內(nèi)部時，材料中的原子、分子或電子吸收光子，躍遷到高能量態(tài)。其次是能量弛豫，吸收的能量通過非輻射的形式（如振動松弛或聲子散射）釋放，轉(zhuǎn)化為熱能。最后是熱擴(kuò)散，熱能在材料中擴(kuò)散，導(dǎo)致局部溫度升高，進(jìn)而引發(fā)一系列物理或化學(xué)變化。不同材料對光的吸收能力及轉(zhuǎn)化能力會直接影響光熱效應(yīng)的表現(xiàn)。其中金屬納米顆粒、半導(dǎo)體材料以及一些有機(jī)分子由于在固定波長范圍內(nèi)有良好的光吸收能力，因此會具有顯著的光熱效應(yīng)。

目前，光熱效應(yīng)的應(yīng)用領(lǐng)域十分廣泛，具體包括：

1.醫(yī)療領(lǐng)域。光熱療法利用特定材料（如金納米棒或碳納米管）在近紅外光照射下產(chǎn)生的熱量殺死腫瘤細(xì)胞。熱效應(yīng)對周圍正常組織的損傷較小，因而具有較高的治療精度。

2.能源領(lǐng)域。通過結(jié)合光熱效應(yīng)與催化反應(yīng)的技術(shù)，用于促進(jìn)化學(xué)反應(yīng)（如水分解制氫或二氧化碳還原），提高能源利用效率。此外還有常見的太陽能熱水器，通過吸收太陽光將水或其他液體加熱，用于日常生活或工業(yè)過程。

3.納米技術(shù)與材料科學(xué)領(lǐng)域。利用光熱效應(yīng)對納米結(jié)構(gòu)材料進(jìn)行局部改性或雕刻，以實(shí)現(xiàn)高精度的功能化設(shè)計(jì)。此外，基于光熱效應(yīng)構(gòu)筑的傳感器可以用于檢測溫度、氣體濃度等環(huán)境參數(shù)。

4.環(huán)境科學(xué)領(lǐng)域。利用光熱效應(yīng)分解或去除環(huán)境中的污染物，如通過光熱催化降解有機(jī)污染物或殺滅水體中的病原體?；诠鉄嵝?yīng)的太陽能蒸餾技術(shù)可有效提升海水淡化的效率，為水資源匱乏地區(qū)提供可行的解決方案。

（延伸閱讀作者：海南大學(xué)機(jī)電工程學(xué)院 周騰教授）

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