導(dǎo)熱系數(shù)最低的新型無機材料制成 助力可持續(xù)發(fā)展

由英國利物浦大學(xué)領(lǐng)導(dǎo)的一個合作研究小組發(fā)現(xiàn)了一種有史以來導(dǎo)熱率(又稱“導(dǎo)熱系數(shù)”)最低的新無機材料。15日發(fā)表在《科學(xué)》雜志上的這一發(fā)現(xiàn)代表了材料設(shè)計在原子尺度上控制熱流的新突破，這將促進廢熱轉(zhuǎn)化為電能和有效利用燃料的新型熱電材料的加速開發(fā)，為構(gòu)建可持續(xù)發(fā)展社會找到新路。

原子有兩種不同的排列結(jié)構(gòu)，這種新材料結(jié)合了這兩種結(jié)構(gòu)。兩結(jié)構(gòu)中每種原子的排列方式都能減緩原子在固體結(jié)構(gòu)中的熱運動速度。研究人員通過測量和模擬兩結(jié)構(gòu)的導(dǎo)熱率，確定了導(dǎo)致這兩種結(jié)構(gòu)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(jié)構(gòu)合并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(zhì)。

結(jié)果顯示，通過化學(xué)實驗控制原子的位置后，這種具有兩種組合排列的新材料產(chǎn)生了“1+1>2”的協(xié)同效應(yīng)，其熱導(dǎo)率遠低于只具有一種排列的母體材料的導(dǎo)熱率。

如果我們把鋼材的導(dǎo)熱率作為1，那么一根鈦棒是0.1，水和一塊建筑磚是0.01，新材料是0.001，空氣是0.0005。

利物浦大學(xué)化學(xué)與材料創(chuàng)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(dǎo)熱率最低的，其導(dǎo)熱性幾乎和空氣本身一樣低。”

據(jù)悉，世界上大約70%的能量以廢熱的形式被浪費。低導(dǎo)熱材料是減少和利用這種廢熱的關(guān)鍵。開發(fā)新的、更高效的熱電材料，將熱能轉(zhuǎn)化為電能，是清潔能源的關(guān)鍵來源。

無論是對基礎(chǔ)科學(xué)的理解，還是對收集廢熱的熱電設(shè)備的實際應(yīng)用，還是作為更高效燃氣輪機的熱障涂層的應(yīng)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·阿拉里亞博士說：“這項研究中令人興奮的發(fā)現(xiàn)是，可以使用互補的物理概念和適當(dāng)?shù)脑咏缑鎭碓鰪姴牧系男阅?。除了熱傳輸，這一策略還可以應(yīng)用于其他重要的基本物理特性，例如磁性和超導(dǎo)，從而降低能量損耗并更有效地傳輸電能。”(張佳欣)