Металлическое вещество, не проводящий тепло при прохождении электрического тока

29.12.2019

Исследователи из американской Национальной лаборатории в Беркли обнаружили новое вещество, которое, пребывая в металлическом состоянии, хорошо проводит электрический ток, являясь, одновременно, тепловым изолятором. Такая особенность этого материала может быть очень полезной в некоторых областях, тем не менее, она кардинально ломает все устоявшиеся принципы и понимание того, как работают электрические проводники.

Свойства вещества, обнаруженного еще в 2017 году, нарушают закон Видемана-Франца, согласно которому теплопроводность токопроводящего материала пропорционально зависит от его удельной электрической проводимости. Именно в соответствии с этим законом такие вещи, как электронагреватели, электромагниты и электродвигатели становятся теплыми и даже горячими во время их использования.

Обнаруженным веществом является диоксид ванадия (VO2), материал, который в нормальных условиях является прозрачным диэлектриком. Но при повышении температуры выше 67 градусов Цельсия этот материал переходит в металлическую токопроводящую фазу. "Необычные свойства диоксида ванадия разрушают все наши представления, полученные из учебников по физике" - пишут исследователи, - "Это открытие имеет огромное значение для понимания поведения электронов в некоторых материалах".

Для того, чтобы понять откуда у диоксида ванадия берутся столь причудливые свойства (теплопроводность, которая в 10 раз меньше значения, определенного законом Видемана-Франца), ученые исследовали то, как электроны перемещаются в кристаллической решетке этого материала. И причиной этому оказалась необычная синхронизация движения всех электронов. "Электроны внутри этого материала перемещаются все вместе, как поток жидкости, а не как отдельные частицы, что имеет место быть в других металлических веществах" - пишут исследователи, - "При таком упорядоченном движении электроны не задевают узлы кристаллической решетки, что является основой теплопереноса в других материалах".

В своих исследованиях ученые начали вводить различные добавки в диоксид ванадия и смотреть, как это повлияет на свойства материала. Добавка вольфрама позволила понизить температуру перехода материала в металлическое состояние и повысила его теплопроводность. Это позволит, к примеру, создать элементы охлаждения, которые начнут работать только тогда, когда температура охлаждаемого объекта превысит определенный порог.

Новый материал обладает еще одним уникальным свойством - в нормальных условиях этот материал является прозрачным во всех диапазонах света, но при температуре свыше 60 градусов Цельсия он начинает отражать инфракрасный свет, оставаясь прозрачным для света видимого диапазона. Благодаря таким свойствам, диоксид ванадия с некоторыми добавками может быть использован в качестве покрытия для "умных" окон, способных понижать температуру в помещении без потребности в его кондиционировании.

<< Назад: Датчики изображения для автомобильных фар 29.12.2019

>> Вперед: Рекорд по продолжительности пребывания женщины в космосе 28.12.2019

Последние новости науки и техники, новинки электроники:

Дети, растущие рядом с природой, обретают крепкие кости 02.03.2026

Влияние окружающей среды на здоровье человека становится все более очевидным, особенно в детском возрасте. Новое исследование, опубликованное в журнале JAMA Network Open, показывает, что близость к природе напрямую связана с крепостью костей у детей. Ученые установили, что у детей, чьи дома окружены природными территориями в радиусе 1000 метров на 25% больше обычного, риск развития крайне низкой плотности костей снижается на 65%. Для проведения исследования были проанализированы данные более 300 детей, проживающих в городских, пригородных и сельских районах Фландрии в Бельгии. Плотность костной ткани у детей в возрасте от четырех до шести лет оценивалась с помощью ультразвуковых методов. Такой подход позволил безопасно и точно измерить состояние костей на ранних этапах формирования скелета. При анализе учитывались ключевые факторы, влияющие на рост и развитие детей: возраст, вес, рост, этническая принадлежность и уровень образования матери. На основании этих параметров исследоват ...>>

Самовосстанавливающаяся инфраструктура будущего 02.03.2026

Современные мосты и бетонные конструкции по всему миру сталкиваются с проблемой устаревания и износа. Многие сооружения, построенные до 1980-х годов, постепенно теряют свою несущую способность, что требует дорогого ремонта или полной замены. Недавние разработки ученых из Швейцарских федеральных лабораторий материаловедения и технологий (Empa) предлагают инновационное решение - систему укрепления бетонных конструкций с помощью "умной стали", способной самостоятельно устранять трещины и повреждения. В основе новой технологии лежит арматура из сплава на основе железа с эффектом памяти формы (Fe-SMA). Этот материал обладает уникальным свойством: при нагревании до 190-200 °C стержни стремятся вернуться к своей первоначальной конфигурации. В бетонной конструкции это создает внутреннее напряжение, которое затягивает трещины и выравнивает деформированные элементы, существенно повышая прочность и долговечность сооружений. Актуальность разработки объясняется критическим состоянием инфрастр ...>>

Поцелуи полезны для здоровья 01.03.2026

Вопрос о том, как социальные связи и близость с партнером отражаются на здоровье человека, привлекает внимание не только психологов, но и специалистов в области микробиологии. Новое исследование показывает, что совместное проживание с любимым человеком может оказывать значительное влияние на микробиом кишечника и общее самочувствие. Доктор Наоми Миддлтон, клинический психологи и эксперт по здоровью кишечника, объяснила, что все аспекты совместной жизни - поцелуи, совместное питание, физическая близость и даже просто пребывание рядом - тесно связаны с поддержанием сбалансированной кишечной микрофлоры. Она подчеркивает, что здоровье экосистемы кишечника во многом определяется социальными взаимодействиями и повседневной близостью с другими людьми. По словам Миддлтон, длительное совместное пребывание с партнером может способствовать увеличению микробного разнообразия в кишечнике, а также снижать воспалительные процессы, связанные со стрессом. Такой эффект обусловлен тем, что микробио ...>>

Управление снами для решения важных задач 01.03.2026

Сны на протяжении веков привлекали внимание философов, психологов и ученых, вызывая вопросы о том, насколько они отражают нашу реальность и могут ли влиять на мышление. Новое исследование нейробиологов из Northwestern University показывает, что содержание человеческих сновидений можно частично направлять, а фаза быстрого сна (REM) играет ключевую роль в творческом мышлении и поиске нестандартных решений. В эксперименте ученые использовали метод целенаправленной реактивации памяти (TMR). Пока участники спали, им подавали звуки, ассоциированные с головоломками, предложенными им ранее. Сигналы включались только после подтверждения мозговой активности, указывающей на фазу быстрого сна. В результате 75% испытуемых сообщили о появлении во сне образов или идей, связанных с нерешенными задачами. При этом головоломки, "проникшие" в сновидения, решались значительно чаще: 42% против 17% у задач, которые не фигурировали во сне. Исследователи подчеркивают, что это не прямое доказательство тог ...>>

Новый томат с повышенным содержанием витамина A 28.02.2026

Проблема дефицита витамина A остается одной из глобальных задач здравоохранения, особенно в регионах с ограниченным доступом к разнообразной пище. Недавние достижения биотехнологий позволяют создавать продукты, способные существенно улучшить питание населения, и одним из таких примеров стал новый томат, обогащенный витамином A. Исследователи из Университета Флориды разработали сорта томатов с повышенным содержанием бета-каротина - вещества, которое организм преобразует в витамин A. Работа была выполнена Джингвеем Фу, Дениз Тиеман и Баллой Ратиноспати в Институте пищевых и аграрных наук UF/IFAS. Созданные помидоры отличаются существенно более высоким уровнем бета-каротина по сравнению с обычными сортами, а также с продуктами, традиционно богатыми этим соединением, такими как сладкий картофель и капуста. По словам профессора Ратинасабапати, регулярное употребление всего 50-100 граммов этих обогащенных томатов может покрыть суточную потребность человека в витамине A, что делает их п ...>>

Случайная новость из Архива Грибы помогут утилизировать пластиковые отходы 04.01.2015 Ученые утверждают, что в Мировом океане находится более 250 тысяч тонн пластика. Что делать с этими отходами? Австрийский дизайнер Катарина Унгер думает, что мы можем его... съесть. Катарина вместе с учеными из Утрехтского университета (Нидерланды) разработала систему, которая позволяет превращать пластик в съедобные грибы. Речь идет о Pestalotiopsis Microspora, которые способны разлагать полиуретан, не превращаясь при этом в токсичные отходы. Настольная система представляет собой фабрику для выращивания двух видов грибов: Schizophyllum commune и Pleurotus ostreatus, которые можно употреблять в пищу, несмотря на их довольно необычное пристрастие к пластику. Для преобразования пластмассы в пищевой продукт ее помещают в камеру, где ультрафиолетовое излучение стерилизует материал и запускает процесс деградации. Затем пластик помещают в капсулу, изготовленную из агара, добавляют в нее грибницу и пластмасса превращается пушистую грибную массу. На данный момент такая переработка в грибнице занимает несколько месяцев, но исследователи работают над ускорением процесса за счет оптимизации условий роста. С помощью пищевых добавок в агар можно выбрать практически любой вкус конечного продукта: сама Унгер уже опробовала "пластиковые" грибы и отметила, что они имеют "довольно нейтральный вкус". Впрочем, ученым еще предстоит убедиться в безопасности употребления данного продукта.

Смотрите полный Архив новостей науки и техники, новинок электроники

www.diagram.com.ua
2000-2026