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導熱系數最低的新型無機材料製成

2021-07-19 10:11:13 | 來源: 科技日報 | 責編: 鄭思雯
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  由英國利物浦大學領導的一個合作研究小組發現了一種有史以來導熱率(又稱“導熱系數”)最低的新無機材料。15日發表在《科學》雜誌上的這一發現代表了材料設計在原子尺度上控制熱流的新突破,這將促進廢熱轉化為電能和有效利用燃料的新型熱電材料的加速開發,為構建可持續發展社會找到新路。

  原子有兩種不同的排列結構,這種新材料結合了這兩種結構。兩結構中每種原子的排列方式都能減緩原子在固體結構中的熱運動速度。研究人員通過測量和模擬兩結構的導熱率,確定了導致這兩種結構中熱傳輸減少的機制。

  通過實驗,研究人員通過精準控制,將兩種不同排列結構合併在一起形成了新材料,目的是得到這兩種不同排列下原子成分的平均物理性質。

  結果顯示,通過化學實驗控制原子的位置後,這種具有兩種組合排列的新材料產生了“1+1>2”的協同效應,其熱導率遠低於只具有一種排列的母體材料的導熱率。

  如果我們把鋼材的導熱率作為1,那麼一根鈦棒是0.1,水和一塊建築磚是0.01,新材料是0.001,空氣是0.0005。

  利物浦大學化學與材料創新工廠馬特·羅森斯基教授介紹說:“這種新材料是所有無機固體中導熱率最低的,其導熱性幾乎和空氣本身一樣低。”

  據悉,世界上大約70%的能量以廢熱的形式被浪費。低導熱材料是減少和利用這種廢熱的關鍵。開發新的、更高效的熱電材料,將熱能轉化為電能,是清潔能源的關鍵來源。

  無論是對基礎科學的理解,還是對收集廢熱的熱電設備的實際應用,還是作為更高效燃氣輪機的熱障涂層的應用都意義重大。

  該校斯蒂芬森物理系教授、可再生能源研究所的喬恩·阿拉堥博士說:“這項研究中令人興奮的發現是,可以使用互補的物理概念和適當的原子界面來增強材料的性能。除了熱傳輸,這一策略還可以應用於其他重要的基本物理特性,例如磁性和超導,從而降低能量損耗並更有效地傳輸電能。”(張佳欣)

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