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研究人员发现了一种有史以来导热率最低的新无机材料

2021-07-19 09:27:52    出处:科技日报

由英国利物浦大学领导的一个合作研究小组发现了一种有史以来导热率(又称“导热系数”)最低的新无机材料。15日发表在《科学》杂志上的这一发现代表了材料设计在原子尺度上控制热流的新突破,这将促进废热转化为电能和有效利用燃料的新型热电材料的加速开发,为构建可持续发展社会找到新路。

原子有两种不同的排列结构,这种新材料结合了这两种结构。两结构中每种原子的排列方式都能减缓原子在固体结构中的热运动速度。研究人员通过测量和模拟两结构的导热率,确定了导致这两种结构中热传输减少的机制。

通过实验,研究人员通过精准控制,将两种不同排列结构合并在一起形成了新材料,目的是得到这两种不同排列下原子成分的均物理质。

结果显示,通过化学实验控制原子的位置后,这种具有两种组合排列的新材料产生了“1+1>2”的协同效应,其热导率远低于只具有一种排列的母体材料的导热率。

如果我们把钢材的导热率作为1,那么一根钛棒是0.1,水和一块建筑砖是0.01,新材料是0.001,空气是0.0005。

利物浦大学化学与材料创新工厂马特·罗森斯基教授介绍说:“这种新材料是所有无机固体中导热率最低的,其导热几乎和空气本身一样低。”

据悉,世界上大约70%的能量以废热的形式被浪费。低导热材料是减少和利用这种废热的关键。开发新的、更高效的热电材料,将热能转化为电能,是清洁能源的关键来源。

无论是对基础科学的理解,还是对收集废热的热电设备的实际应用,还是作为更高效燃气轮机的热障涂层的应用都意义重大。

该校斯蒂芬森物理系教授、可再生能源研究所的乔恩·阿拉里亚博士说:“这项研究中令人兴奋的发现是,可以使用互补的物理概念和适当的原子界面来增强材料的能。除了热传输,这一策略还可以应用于其他重要的基本物理特,例如磁和超导,从而降低能量损耗并更有效地传输电能。”(实记者张佳欣)

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