Vật liệu vô cơ có độ dẫn nhiệt thấp nhất
Một nhóm nghiên cứu hợp tác, do Đại học Liverpool dẫn đầu, đã phát hiện ra một loại vật liệu vô cơ mới có độ dẫn nhiệt thấp nhất. Khám phá này mở đường cho sự phát triển của các vật liệu nhiệt điện mới sẽ rất quan trọng cho một xã hội bền vững.
.jpg)
Phát hiện này được công bố trên tạp chí Science, thể hiện một bước đột phá trong việc kiểm soát dòng nhiệt ở quy mô nguyên tử, đạt được nhờ thiết kế vật liệu. Nó cung cấp những hiểu biết mới cơ bản về quản lý năng lượng. Sự hiểu biết mới sẽ thúc đẩy sự phát triển của các vật liệu mới để chuyển đổi nhiệt thải thành điện năng và sử dụng nhiên liệu hiệu quả.
Nhóm nghiên cứu đã thiết kế và tổng hợp vật liệu mới để nó kết hợp hai cách sắp xếp khác nhau của các nguyên tử được biết làm chậm tốc độ nhiệt di chuyển qua cấu trúc của vật rắn.
Họ đã xác định các cơ chế chịu trách nhiệm cho việc giảm vận chuyển nhiệt theo một trong hai cách sắp xếp này bằng cách đo và mô hình hóa độ dẫn nhiệt của hai cấu trúc khác nhau, mỗi cấu trúc chứa một trong những cách sắp xếp bắt buộc.
Việc kết hợp các cơ chế này trong một vật liệu là rất khó, bởi vì các nhà nghiên cứu phải kiểm soát chính xác cách các nguyên tử được sắp xếp bên trong nó. Một cách trực quan, các nhà khoa học sẽ mong đợi nhận được mức trung bình của các đặc tính vật lý của hai thành phần. Bằng cách chọn các giao diện hóa học thuận lợi giữa mỗi cách sắp xếp nguyên tử khác nhau này, nhóm nghiên cứu đã thực nghiệm tổng hợp một loại vật liệu kết hợp cả hai.
Vật liệu mới này, với hai cách sắp xếp kết hợp, có độ dẫn nhiệt thấp hơn nhiều so với một trong hai vật liệu ban đầu chỉ bằng cách sắp xếp. Kết quả bất ngờ này cho thấy tác dụng tổng hợp của việc kiểm soát hóa học các vị trí nguyên tử trong cấu trúc và là lý do tại sao các đặc tính của toàn bộ cấu trúc lại vượt trội hơn so với của hai phần riêng lẻ.
Nếu chúng ta lấy hệ số dẫn nhiệt của thép là 1, thì thanh titan là 0,1, nước và gạch xây dựng là 0,01, vật liệu mới là 0,001 và không khí là 0,0005.
Vật liệu được phát hiện có độ dẫn nhiệt thấp nhất so với bất kỳ chất rắn vô cơ nào và khả năng dẫn nhiệt kém gần như không khí.
Phát hiện thú vị của nghiên cứu này có thể nâng cao tính chất của vật liệu bằng cách sử dụng các khái niệm vật lý bổ sung và giao diện nguyên tử thích hợp. Ngoài vận chuyển nhiệt, chiến lược này có thể được áp dụng cho các tính chất vật lý cơ bản quan trọng khác như từ tính và tính siêu dẫn, dẫn đến việc tính toán năng lượng thấp hơn và vận chuyển điện hiệu quả hơn.
Khoảng 70% năng lượng được tạo ra trên thế giới bị lãng phí dưới dạng nhiệt. Vật liệu dẫn nhiệt thấp là điều cần thiết để giảm thiểu và khai thác chất thải này. Việc phát triển các vật liệu nhiệt điện mới và hiệu quả hơn, có thể chuyển nhiệt thành điện năng, được coi là nguồn năng lượng sạch chủ chốt.
ctngoc