4、C/C復(fù)合材料加熱器的“Laser”效應(yīng)
　　以聚丙烯腈（PAN）炭纖維作為增強(qiáng)相的C/C復(fù)合材料，用于制造加熱器有顯著的節(jié)能效果。這可以從C/C復(fù)合材料的原子結(jié)構(gòu)和增強(qiáng)纖維的分子構(gòu)造進(jìn)行解釋。
　　基態(tài)是粒子能量最平衡最穩(wěn)定的狀態(tài)，從高能級(jí)回到低能級(jí)去的過(guò)程稱為躍遷。原子內(nèi)部運(yùn)動(dòng)規(guī)律所導(dǎo)致的躍遷稱為自發(fā)躍遷。這種躍遷釋放能量的形式：一種是變?yōu)闊徇\(yùn)動(dòng)釋放能量，叫做無(wú)輻射躍遷；另一種是以光的形式將能量輻射出來(lái)，叫做自發(fā)輻射躍遷。一般的光源通過(guò)自發(fā)躍遷輻射產(chǎn)生光，這種光是非相干光。
　　微觀粒子在共振電磁場(chǎng)的作用下，處在高能級(jí)的粒子以一定的幾率躍遷到低能級(jí), 同時(shí)發(fā)射一個(gè)能量為hv的光子，這叫受激發(fā)射。由受激發(fā)射所產(chǎn)生的電磁波與入射電磁波同頻率、同方向、同相位、同偏振，因此它是相干電磁波。入射電磁波可以通過(guò)受激發(fā)射得到相干放大。由于入射光子的感應(yīng)或激勵(lì)，導(dǎo)致激發(fā)原子從高能級(jí)躍遷到低能級(jí)去，這個(gè)過(guò)程稱為受激躍遷或感應(yīng)躍遷。這種躍遷輻射叫做“受激輻射”。受激輻射出來(lái)的光子與入射光子有著同樣的特征，同樣的頻率、相位、振輻以及傳播方向。這種相同性就決定了受激輻射光的相干性。入射一個(gè)光子引起一個(gè)激發(fā)原子受激躍遷，在躍遷過(guò)程中，輻射出兩個(gè)同樣的光子，

　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　這兩個(gè)同樣的光子又去激勵(lì)其它激發(fā)原子發(fā)生受激躍遷，因而又獲得4個(gè)同樣的光子。如此反應(yīng)下去，在很短的時(shí)間內(nèi)，輻射出來(lái)大量同性能的光子，這個(gè)過(guò)程稱為“雪崩”。雪崩就是受激輻射光的放大過(guò)程。受激輻射光是相干光，相干光有疊加效應(yīng)，因此合成光的振幅加大，表現(xiàn)為光的高亮度性。物質(zhì)種類的不同激發(fā)壽命與躍遷機(jī)率不同。PAN纖維具有強(qiáng)極性的基團(tuán)氰基，在同一大分子鏈上，由于氰基的極性相同，彼此排斥；斥力使氰基沿炭化學(xué)鍵連接的主鏈偏轉(zhuǎn)一定角度，形成螺旋排列。PAN的一級(jí)單元就是這種對(duì)稱管棒狀的分子鏈。直徑約0.6nm，長(zhǎng)度10～100nm。在PAN分子鏈上有不對(duì)稱的碳原子，是螺旋有左旋和右旋之分（圖1）。大分子鏈在分子吸引力的作用下，數(shù)個(gè)或數(shù)十個(gè)分子鏈平行緊密排列，形成有序的晶區(qū)；大分子無(wú)序堆積，形成非晶區(qū)（圖2）。原子躍遷放出的光子，在這個(gè)管棒狀的分子鏈中產(chǎn)生自激震蕩。達(dá)到一種光能放大的作用。另外，根據(jù)檢測(cè)，炭－炭復(fù)合材料含有約10%的亞穩(wěn)態(tài)原子C14，因亞穩(wěn)態(tài)原子能為粒子數(shù)反轉(zhuǎn)提供了條件。亞穩(wěn)態(tài)原子是產(chǎn)生激光的工作物質(zhì)。總之，PAN炭－炭復(fù)合材料在通電發(fā)熱的時(shí)候，光子在大分子鏈中產(chǎn)生自激震蕩；由于材料中富含亞穩(wěn)態(tài)的C14，使該材料具有LASER（ Light Amplification by Stimulated Emission of Radiation.）效應(yīng)。
　此外，C/C復(fù)合材料加熱器與C/C復(fù)合材料工件之間，光量子將產(chǎn)生自激輻射。原子總是趨向于回到能量最低的狀態(tài)，所以基態(tài)的原子是最穩(wěn)定的狀態(tài)。處于激發(fā)態(tài)的體系具有較大的能量，但也是很不穩(wěn)定的，可以自動(dòng)地從高能級(jí)躍回低能級(jí)，并輻射出頻率為的光波，這一過(guò)程就稱為自發(fā)輻射。在大量粒子組成的體系中，各粒子的自發(fā)輻射是相互獨(dú)立的，因而整個(gè)體系的自發(fā)輻射的波長(zhǎng)和相位都是無(wú)規(guī)則分布的。熱輻射就是這樣產(chǎn)生。通常，體系高能級(jí)上的粒子總是躍遷回低能級(jí)，并放出熱輻射（光量子）。但是，如果外界不斷激勵(lì)與體系相匹配的能量，可使大量的粒子處于激發(fā)態(tài)——體系的受激吸收。加熱器與工件產(chǎn)生能級(jí)相同的輻射，因此可能產(chǎn)生受激吸收。C/C復(fù)合材料加熱器與碳纖維的預(yù)制體結(jié)構(gòu)間能級(jí)的耦合程度要遠(yuǎn)大于石墨加熱器，故放出的熱輻射可促使預(yù)制體中的碳纖維長(zhǎng)期處于受激輻射的狀態(tài)，即長(zhǎng)期處于高內(nèi)能的激發(fā)態(tài)狀態(tài)。由此，可大幅度提高爐子的加熱效率。