Створено матеріал, який проводить електрику, але не нагрівається

Добре відомо, що різного роду метали,здатні проводити електрику, в той же час досить сильно нагріваються. Це обумовлено цілим рядом хімічних і фізичних властивостей матеріалів, але електро- і теплопровідність майже завжди «йдуть рука об руку». Однак, як ми знаємо, в нашому світі немає нічого нічого не можливого. Наприклад, як передає редакція видання Sciencealert, група дослідників з лабораторії Університету Берклі (США) змогла створити метал, який відмінно проводить електрику, але при цьому не нагрівається.

Створено матеріал, що порушує фізичні закони?

Який метал має унікальні властивості?

Як повідомляють вчені, новий метал (а точнішез'єднання металу), що проводить електрику, не проводячи тепла кидає виклик нашому сьогоднішньому розумінню того, як працюють провідники. Так як саме його наявність суперечить тому, що називається законом Видемана-Франца. Якщо не вдаватися в подробиці, то даний фізичний закон стверджує, що хороші провідники електрики також будуть пропорційно хорошими провідниками тепла. Цим пояснюється, наприклад, те, що прилади, що використовують для своєї роботи електрику, з часом нагріваються. Але не будемо більше відтягувати інтригу. Команда вчених з США показала, що дане явище не спостерігається в оксиді ванадію, який володіє дивною здатністю «перемикатися» з матеріалу, що є ізолятором, на який проводить метал при температурі 67 градусів Цельсія.

Це було абсолютно несподіване відкриття, -сказав провідний дослідник Джункуао Ву з відділу матеріалознавства Лабораторії Берклі. Це відкриття має фундаментальне значення для розуміння основного принципу роботи нових провідників. Нове несподіване властивість не тільки змінює те, що ми знаємо про провідниках, але і може бути неймовірно корисним. Наприклад, метал одного разу може бути використаний для перетворення відпрацьованого тепла від двигунів і приладів назад в електрику.

Так що ніяких фізичних законів оксид ванадіюне порушує. Варто зауважити, що дослідники вже знали про декілька інших матеріалах, які проводять електрику краще, ніж тепло, але вони виявляють ці властивості тільки при температурах нижче нуля, що робить їх вкрай непрактичними для застосування в реальному житті. Оксид ванадію, з іншого боку, зазвичай є тільки провідником електрики при плюсових температурах вище кімнатної температури, що означає, що він має бути набагато більш практичним. Щоб відкрити це дивне властивість, команда вивчила, як електрони рухаються в кристалічній решітці оксиду ванадію, а також те, скільки тепла в цей момент генерується.

Дивно, але вони виявили, щотеплопровідність, яку можна було б приписати електронам в матеріалі, була в 10 разів менша від тієї величини, яка передбачалася законом Видемана-Франца. Причина цього, мабуть, полягає в способі переміщення електронів через матеріал.

Електрони рухаються синхронно один з одним. Як рідина, а не як окремі частинки, що спостерігається в звичайних металах. Для електронів теплопровідність - це випадкове рух. Звичайні метали переносять тепло ефективно, тому що існує багато різних можливих мікроскопічних конфігурацій поведінки електронів і вони можуть хаотично переміщатися. А ось скоординований рух електронів в діоксиді ванадію завдає шкоди теплопередачі, оскільки існує менше «можливостей для руху». При цьому електропровідність в даному випадку не страждає.

Цікаво, що коли дослідники змішали оксидванадію з іншими металами, вони змогли «налаштувати» кількість електрики і тепла, яке він може проводити, що може бути неймовірно корисно для майбутніх застосувань. Наприклад, коли експерти додали метал під назвою вольфрам до оксиду ванадію, вони зробили його кращим теплопровідником. Хочете дізнатися більше новин зі світу високих технологій? Підписуйтесь на нас в Яндекс.Дзен.

Читайте також: Розроблено «складаний метал». Як він допоможе поліпшити робототехніку

Налаштовуючи таким чином теплопровідність,матеріал може ефективно застосовуватися для автоматичного розсіювання тепла в спекотне літо, тому що він буде мати високу теплопровідність, але запобігати його втрату в холодну зиму через низьку теплопровідність при більш низьких температурах.