Știință

Metalul care conduce electricitatea fără a produce căldură

Împărtășește articolul cu prietenii tăi

Metalul care conduce electricitatea fara a produce caldura

Cercetătorii au identificat un metal care conduce electricitatea fără a produce căldura – o proprietate incredibil de utilă care sfidează ceea ce știm noi despre modul în care funcționează conductorii.

Metalul, descoperit în 2017, contrazice Legea Wiedemann-Franz, care, în principiu, prevede că un conductor bun de electricitate trebuie să fie și un conductor bun de caldură, motiv pentru care lucruri precum motoarele și aparatele se încălzesc atât de mult când le folosești.

Dar o echipă din SUA a demonstrat că nu este cazul Dioxidului de Vanadiu (VO2) – un material cunoscut pentru capacitatea sa ciudată de a-și schimba structura chimica iar cand temperatura atinge de 67 de grade Celsius, devine un semi-conductor de electricitate dar nu și de căldură.

„Aceasta a fost o descoperire total neașteptată”

a spus cercetătorul principal Junqiao Wu de la Divizia de Științe a Materialelor Laboratorului Berkeley în ianuarie 2017.

„Descopeirea clatină ceea ce știam despre conductorii convenționali. Această descoperire este de o importanță fundamentală pentru înțelegerea comportamentului electronic de bază al noilor conductori.”

Nu numai că această proprietate neașteptată schimbă ceea ce știm despre conductoare, ar putea fi, de asemenea, incredibil de utilă – metalul ar putea fi folosit într-o bună zi pentru a transforma căldura irosită din motoare și aparate în electricitate, sau chiar pentru a crea acoperiri de ferestre mai bune care să păstreze interiorul clădirii la o temperatură scăzută.

Alte materiale

Cercetătorii știau deja despre o mână de alte materiale care conduc electricitatea mai bine decât căldura, dar acestea afișează aceste proprietăți la temperaturi de peste -100 de grade Celsius, ceea ce le face extrem de impractice pentru aplicațiile din lumea reală.

Dioxidul de vanadiu, pe de altă parte, este de obicei un conductor la temperaturi calde mult peste temperatura camerei, ceea ce înseamnă că are capacitatea de a fi mult mai practic în lumea reală.

Procesul descoperirii

Pentru a descoperi această proprietate bizară, echipa a analizat modul în care electronii se mișcă în rețeaua de cristal a dioxidului de vanadiu, precum și cât de multă căldură a fost generată.

Surprinzător, ei au descoperit că conductivitatea termică care ar putea fi atribuită electronilor din material era de 10 ori mai mică decât cantitatea prevăzută de Legea Wiedemann-Franz.

Motivul pentru aceasta pare a fi modul sincronizat prin care electronii se deplasează prin material.

„Electronii se deplasau sincron unul cu celălalt, la fel ca un fluid, în loc de particule individuale ca în metalele normale”

a spus Wu

„Pentru electroni, căldura este o mișcare aleatorie. Metalele normale transportă căldura eficient deoarece există atât de multe configurații microscopice posibile, încât electronii individuali pot sări între ei.”

„În schimb, mișcarea coordonată, precum deplasarea într-un marș sincron, a electronilor în dioxidul de vanadiu este în detrimentul transferului de căldură, deoarece există mai puține configurații disponibile pentru ca electronii să se miște la întâmplare”

a adăugat el.
Combinarea cu alte materiale

Interesant este că, atunci când cercetătorii au amestecat dioxidul de vanadiu cu alte materiale, ei puteau „regla” cantitatea de energie electrică și de căldură pe care ar putea-o conduce – ceea ce ar putea fi incredibil de util pentru aplicațiile viitoare.

De exemplu, când cercetătorii au adăugat Tungstenul metalic în Dioxidul de vanadiu, au scăzut temperatura la care materialul a devenit metalic și l-au făcut, de asemenea, un conducător de căldură mai bun.

Asta înseamnă că dioxidul de vanadiu ar putea ajuta la disiparea căldurii dintr-un sistem, conducând doar căldura când atinge o anumită temperatură. Înainte de aceasta, ar fi un izolator.

Dioxidul de vanadiu are, de asemenea, capacitatea unică de a fi transparent la aproximativ 30 de grade Celsius, apoi reflectă lumina infraroșie la peste 60 de grade Celsius, rămânând transparent pentru lumina vizibilă.

Izolator termic

Deci, înseamnă că ar putea fi folosit chiar și ca acoperire pentru ferestre pentru a reduce temperatura fără a fi nevoie de aer condiționat.

„Acest material ar putea fi utilizat pentru a ajuta la stabilizarea temperaturii”

a spus unul dintre cercetători, Fan Yang

„Prin reglarea conductivității sale termice, materialul poate disipa eficient și automat căldura în timpul verii, deoarece va avea o conductivitate termică ridicată, dar împiedică pierderea de căldură în timpul iernii, din cauza conductivității termice mici la temperaturi mai scăzute.”

Fan Yang
Mai multe cercetari

Înainte de a fi comercializat mai departe, este nevoie de mult mai multe cercetări asupra acestui material dubios, dar totuși este destul fascinant că acum știm că aceste proprietăți bizare pot exista într-un material la temperatura camerei.

Cercetarea a fost publicată în revista Science în 2017.

Author

Libera exprimare.

Write A Comment