Американские физики обнаружили металл, который проводит электричество, не нагреваясь при этом. Это противоречит закону Видемана-Франца о том, что, чем лучше материал проводит электричество, тем лучше он проводит и тепло. Именно поэтому двигатели и электроника так нагреваются при регулярном использовании.
Речь идет о металлическом диоксиде ванадия (VO2). Этот материал известен способностью превращаться из диэлектрика в электропроводный металл при температуре 67 градусов по Цельсию.
Чтобы раскрыть новое свойсто вещества, команда посмотрела на то, как движутся электроны в кристаллической решетке диоксида ванадия и сколько тепла при этом вырабатывается. В результате, коэффициент теплопроводности оказался в 10 раз меньше, чем сумма, предсказанная законом Видемана-Франца.
По мнению ученых, это связано с тем, что электроны оксида ванадия двигаются в унисон друг другу, как жидкость, а не как отдельные частицы, что свойственно для других металлов. За счет меньшего движения частиц, материал нагревается не так сильно.
Открытие нового свойства оксида ванадия позволит использовать его для преобразования отработанного тепла двигателей и приборов обратно в электричество или создать более эффективные оконные покрытия, удерживающие тепло (или прохладу) в помещении.
Найден металл, который пропускает электрический ток без производства тепла.
Наличие такого свойства у металла противоречит закону Видемана-Франца.
Недавно исследователи из США сообщили об открытии металла, который проводит электричество и при этом практически не проводит тепло – невероятно полезное свойство, которое совершенно не соответствует сложившемуся представлению о том, как работают проводники.
Существование такого свойства у металла противоречит закону Видемана-Франца, который гласит, что хорошие проводники электричества также будут пропорционально хорошими проводниками тепла. Например, по этой причине моторы или различные электрические бытовые приборы нагреваются при их регулярном использовании и их необходимо охлаждать.
Исследователи показали, что такой закон совершенно не применим к двуокиси ванадия (VO2) – вещество, которое уже хорошо известно учёным благодаря странной способности "переключаться" между состояниями прозрачного диэлектрика и электропроводящего металла при температуре 67 градусов по Цельсию.
"Совершенно неожиданная находка, — говорит ведущий автор исследования материаловед Цзюньцяо У (Junqiao Wu) из Калифорнийского университета в Беркли. – Она демонстрирует серьёзное нарушение в хрестоматийном законе, который считался неопровержимым для обыкновенных проводников. Открытие имеет фундаментальное значение для понимания основ электронного поведения новых проводников".
Примечательно, что исследование учёных не только поможет узнать больше о неожиданных свойствах проводников, но оно также может пригодиться и в быту. Например, такой металл однажды можно было бы использовать для преобразования отработанного тепла из двигателей или электронных приборов обратно в электричество, или создавать улучшенные оконные покрытия, которые смогут сохранять прохладу в зданиях.
Специалисты уже знают о некоторых других материалах, которые проводят электричество лучше, чем тепло. Но они демонстрируют такие свойства только при температурах в сотни градусов ниже нуля по Цельсию (что довольно непрактично для любого реального применения). В то же время двуокись ванадия является проводником только при температурах выше комнатной. Следовательно, ему можно найти больше применений на практике.
Отмечается, что учёные, изучая это странное свойство вещества, наблюдали за тем, как движутся электроны внутри кристаллической решётки двуокиси ванадия, а также определяли, сколько при этом вырабатывается тепла. Выяснилось, что теплопроводность VO2 была в десять раз меньше, чем значение, предсказанное законом Видемана-Франца.
Причина этому, как представляется, может крыться в том, что "электроны оксида ванадия двигались в унисон друг с другом, как жидкость, а не как отдельные частицы в обыкновенных металлах", считает У.
"Для электронов тепло – это случайное движение. Обыкновенные металлы эффективно переносят тепло, поскольку существует множество различных возможных микроскопических конфигураций, между которыми отдельные электроны могут переключаться, — поясняет учёный. – Напротив, согласованное движение электронов в двуокиси ванадия пагубным образом сказывается на передаче тепла из-за меньшего количества конфигураций, между которыми электроны смогли бы "перепрыгивать".
Исследователи также смешивали диоксид ванадия с другими металлами, чтобы таким образом "настроить" объём тока и тепла, которое вещество проводило. Такие возможности очень пригодились бы для будущих применений, добавляют учёные.
Например, когда специалисты добавляли металл вольфрам к двуокиси ванадия, они снижали температуру, при которой материал становился металлическим, а также делали его лучшим проводником тепла.
Но в любом случае учёным предстоит провести ещё много исследований прежде, чем интересный материал найдёт применение в обычной жизни. Первые результаты научной работы и описание необычных свойств двуокиси ванадия опубликованы в научном издании Science.
Добавим, что ранее оказалось, что графен проводит электричество в 10 раз лучше, чем предсказывала теория.
- 1564 4
- источник: hightech.fm
Ученые из Колорадского университета в Боулдере разработали материал со свойством пассивного охлаждения. Это означает, что для снижения собственной температуры ему не нужна ни электроэнергия, ни вода, сообщаетCleanTechnica.
У нового материала снижение температуры происходит, как ни странно, под действием прямого солнечного света. Открытие может стать прорывным для энергетической индустрии. Сейчас электростанции генерируют огромные объемы тепла и тратят большие средства на его отвод. Новый материал позволит изменить ситуацию.
Также его применение повысит эффективность солнечной энергетики. Перегревание солнечных панелей является большой проблемой. Это приводит к тому, что они выдают меньше энергии, чем могут. Использование материала при строительстве панелей может увеличить эффективность выработки энергии солнца на несколько процентов.
Перед исследователями стояла задача создать материал, который отражает солнечные лучи обратно в атмосферу, а тепло при этом отводится в виде инфракрасного излучения. Ученые добились этого, добавив рассеивающие стеклянные микросферы в полимерную пленку. Под пленкой они разместили тонкое серебряное покрытие для обеспечения максимального коэффициента отражения. В итоге получилось создать материал, который естественным образом теряет тепловую энергию при попадании на него солнечного света, а не нагревается, как все «нормальные» материалы.
Ученые отмечают, что готовый материал чем-то похож на обычную фольгу, только немного толще. Его производство не требует сложных технологий, так что вполне вероятно, что он быстро распространится. Авторы исследования говорят, что 10-20 квадратных метров этого материала на крыше могут охладить небольшой дом в летнюю жару вместо кондиционера. Заявка не патент уже подана, а первый демонстратор площадью 200 квадратных метров появится до конца этого года.
Современная наука порождает множество разных феноменов, которые на первый взгляд противоречат законам физики так же, как этот материал. Например, в апреле ученые заявили о создании вещества с отрицательной массой, до этого другие исследователи рассказали о создании синтетического алкоголя, потребление которого не влечет отрицательных последствий.
- Вконтакте
- Одноклассники Мой мир Google+ LiveJournal Подписаться
0 комментариев *
Реально полезное изобретение учёных Колорадского университета. Очень хотелось бы ознакомиться с запатентованными и нашедшими реальное применение изобретениями Скольково.
Ну как-а новые члены-корреспонденты Академии наук-по странному стечению обстоятельств все крупные чиновники или детки чиновников?! Это-ли не изобретение?
Так из статьи следует, что материал не "охлаждается сам", что действительно противоречит законам физики, ибо материал должен находиться в равновесии с окружающей средой. Он просто не нагревается от света. Ну, так будет нагреваться от воздуха. В противном случае это вечный двигатель 2-го рода.
Вообще блестящие покрытия нагреваются меньше, т.к. отражают свет, а энергия света тратится на макроскопический импульс, как в опытах Лебедева. Если же поверхность металлическая, то блестит она потому, что в металле возникают токи, компенсирующие поле внутри металла.
И отрицательной массы тоже никакой нет. Просто частицы с положительной массой в особых условиях ведут себя так, будто их массы отрицательны. Аналогично нет "будущих" или "прошлых" решений уравнений движения, у каждого такого решения есть вполне определенный физический смысл. И из уравнения Клейн-Гордона тоже вовсе не вытекает, что есть частицы с мнимой массой (тахионы), хотя там квадрат массы — отрицательный