热导率是物质的最重要本征特性之一，它表征了物质传递热量的能力。在现代物理学的发展历程中，物理学家测定了几乎所有已知物质的热导率，包括气体、液体、固体，发现他们的变化规律和数值范围有很大差别。经过多年努力，专家们发展出气体分子动理论来计算由分子碰撞导致的气体热导率，该理论结合德拜模型还可以用于计算声子气体导致的晶格热导率。然而目前为止并没有合适的理论和公式描述液体和非晶固体的热导率，这是物理学界多年来未能解决的一个难点问题。这主要与材料结构有序性相关，晶体是完全有序的，气体是完全无序的，液体和非晶固体则具有短程序而没有长程序。在计算热导率时，如何同时考虑短程有序和长程无序，在理论上并不容易实现。

基于爱因斯坦在1911年提出的热随机行走模型，我们提出了适用于计算液体和非晶固体高温热导率的统一公式：把长程无序、短程有序体系中的热传导问题看成是一个特定网络结构的热随机行走问题。在研究热传导的时间尺度上，将液体与非晶固体的微观结构等价为由节点和通路形成的热阻网络。液体、非晶聚合物与非晶固体的节点分别对应其中的单个分子、分子链段及分子团簇（图1）。由于高温下节点内的热平衡很快并且节点间的运动不具有关联性，热传导可以等价为热量在节点间的随机行走。材料的热导率由节点的空间分布与节点间的热传导能力决定。

该理论公式与实验测量结果符合得很好，能兼容现有的非晶材料热导率计算公式，还可以解释现有公式无法处理的高分子液体和高分子固体的热导率性质。更重要的是，这一研究工作建立了对液体、非晶聚合物与非晶固体热传导的统一描述方法，揭示了这类无序体系中热传导的深层物理机制，即在原子振动导致的传热过程中，由于时间尺度（通常在亚皮秒量级）远小于液体的结构弛豫时间（随温度变化，皮秒量级到小时量级）和非晶固体的弛豫时间（年量级），因此液体和非晶固体的热传导在本质上是相同的。

该成果以“A Ubiquitous Thermal Conductivity Formula for Liquids, Polymer Glass, and Amorphous Solids”为题发表在《Chinese Physics Letter》Express Letters栏目。同济大学物理科学与工程学院周俊教授、北卡罗莱纳州立大学刘君教授和博尔德科罗拉多大学李保文教授为论文共同通讯作者。论文第一作者为同济大学物理科学与工程学院博士生席晴。

文章链接：http://cpl.iphy.ac.cn/article/10.1088/0256-307X/37/10/104401