美媒:科學家發明超級絕緣體

2021年07月26日18:19

原標題:美媒:科學家發明超級絕緣體 來源:參考消息網

參考消息網7月26日報導 據美國《大眾科學》網站7月23日報導,英國利物浦大學的研究人員發明了一種材料。研究人員說,這種材料的熱導率幾乎是有史以來人類掌握的所有固體材料中最低的。這個研究方向聽起來似乎有點奇怪,但其實不然——熱導率極低的材料是一種超級絕緣體,像這樣的材料可以在全球實現溫室氣體淨零排放方面發揮重要作用。研究人員週四在《科學》週刊網站上發表了他們的研究成果。

研究報告作者之一、英國利物浦大學的化學家馬特·羅森斯基在一份聲明中說:“我們發現的這種材料在所有無機固體中具有最低的熱導率,其熱傳導性幾乎和空氣一樣差。”

熱導率與原子結構有關。儘管氣體本身可能比液體或固體更熱,但它們的導熱性更差,因為其原子排列得沒那麼緊密。原子振動的方式越多,它們傳遞熱量的方式就越多。這些振動模式被稱為聲子;一種材料的聲子越多,其導熱性能就越好。

因此,要製造導熱性能較差、絕緣性能更好的材料,關鍵之一是改變一種材料的原子結構。這樣你就能改變聲子對這種材料的影響。

利物浦大學的研究人員把目光投向了兩種不同的化合物:一種叫做氯氧化鉍(通常用於化妝品,可以帶來珠光效果),另一種叫做硒氧化鉍。

兩種材料都有在不同方向作用的聲子。所以,通過將它們堆疊在一起,研究人員可以將其融合成一種材料,這種材料層層傳遞熱量的性能特別差。

據這種材料的發明者說,結果是該材料在導熱方面的性能幾乎和空氣一樣差。就這一點來說,這種材料的導熱性能比液態水差十倍,比固體鈦差百倍,比鋼差千倍。

利物浦大學物理學家、研究報告的作者之一喬恩·阿拉里亞認為,發明像這樣的低導熱性材料意義重大,它不僅打破了現有紀錄,還能應用於許多領域。他在聲明中說:“這一策略可應用於磁性、超導等其他許多重要的基礎物理性質,為實現低能耗計算和更高效的電力傳輸提供幫助。”

熱損失是一個主要障礙。事實上,我們不難看出,熱損失是困擾世界能源系統每個環節的一大因素。許多熱損失源於摩擦,但也有很大一部分熱量是通過材料損失的。如果家裡供暖系統的能源泄漏到外面空氣中,那麼這就是一種浪費,而且是源自能源系統的浪費。

事實上,據美國勞倫斯利弗莫爾國家實驗室的分析師估計,因為一系列低效因素——使用不當、電網損耗以及材料導熱傳走的熱量——美國三分之二的發電量實際上未曾抵達其最終目標。

有鑒於此,科學家們說,我們有充分的理由繼續研究此類材料。發明更好的絕緣材料可以大大減少能耗,也有助於減少世界對化石燃料的依賴。

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