▲研究人员设想，固体中的热声效应最终会利用外太空中极端温差的梯度变化来为人造卫星提供电能。
发动机和电冰箱等热声设备的功能依赖于温度振荡和声波之间的相互作用，而其泄漏问题是工程师们设计热声系统时的一大限制。在最近召开的美国声学学会第175次会议（the 175th Meeting of the Acoustical Society of America）上，来自美国普渡大学和圣母大学的研究人员展示了热声学的最新理论成果，他们首次在理论上验证了热声效应也能在固体中发生，就像在液体中一样。这一发现意味着固体也可以作为热量和声波相互作用的介质，这与液体在热声发动机和电冰箱中所起的作用类似，从而让无泄漏问题的机器系统延长其运转时间。普渡大学机械工程助理教授法比奥·塞佩洛蒂（Fabio Semperlotti）指出：“尽管这一技术仍处于婴儿期，但是一旦成熟，它将对恶劣环境中的能源问题产生意义重大，比如，在外太空中，热声设备可以充分利用剧烈的温差变化，并避免出现危及整个任务的系统故障。”
虽然过去热声系统采用的都是液体，但是制造承载液体并能防止其泄漏的容器是非常麻烦的。这就让研究人员开始考虑固体是否能作为一种替代品。“原因是固体的特性更为可控，这使其可能比液体更适合应用于热声系统。而我们的首要问题是，要在理论上验证这一现象存在于固体介质中。”
研究人员开发了一个理论模型，证明如果温差梯度变化周期性地作用于一根细金属杆的各个部分，那么它就会表现出自我维持的机械振动。这一现象平衡抵消掉了不需要的机械能量损耗，并表明就像液体一样，固体在冷却时收缩并在加热时膨胀。进而，如果加热时固体收缩程度减小，而加热时膨胀幅度增大，最终所导致的机械运动就会随着时间的推移而增加。固体还可以通过设计来具备一些所需要的特性，以实现高性能的热声效应。而塞佩洛蒂指出：“这是液体所无法办到的。”
外太空中极端温差将是固体产生机械振动的最佳能量来源，然后这种振动会在宇宙飞船上被转换成电能。塞佩洛蒂介绍道：“固态热声设备将利用太阳作为热源，并将射入深空的辐射源作为冷源。这些系统可以无限期地运行下去，因为它们没有任何运动的部件或是可能泄漏的液体。”研究人员还需要完成一个实验装置来验证这个设计理念，并通过数学计算和建模来更好地理解固体中的热声效应。
最后，塞佩洛蒂补充道：“虽然目前这些设备可能具有的性能及应用前景仍处于纯粹的假想阶段。但是这种现象是存在的，它确有可能为热声装置的设计开辟出一些非凡的方向。”
编译：Jonathan 审稿：阿淼
责编：南熙
