تولید فلز هادی برق و عایق گرما

به گزارش تاسیسات نیوز، به گفته دانشمندان آزمایشگاه ملی برکلی وزارت انرژی آمریکا و دانشگاه کالیفرنیا، الکترون های موجود در دی اکسید وانادیوم می توانند بدون رسانش گرما برق را هدایت کنند.

 

 

 

 

این ماده می تواند در کاربردهای متعدد از جمله سیستم های ترموالکتریکی که گرمای تلف شده از موتورها و وسایل را به برق تبدیل می کنند، استفاده شود.

 

 

 

 

برای بیشتر فلزات، رابطه بین رسانش گرما و برق تحت تاثیر قانون ویدمن-فرانز است. این قانون می گوید رساناهای خوب برقی، رساناهای خوب گرما نیز هستند. این مساله برای دی اکسید وانادیوم صادق نیست؛ چراکه وقتی به 67 درجه سانتیگراد یا 152 درجه فارنهایت می رسد توانایی غیرعادی برای تبدیل شدن از یک عایق به یک فلز را داراست.

 

 

 

به گفته محققان این کشف اهمیت فوق العاده ای برای درک رفتار الکترونیکی پایه رساناهای نوین دارد.

 

 

 

 

با استفاده از نتایج شبیه سازی ها و آزمایشات پراکنش اشعه ایکس، محققان توانستند ویژگی هدایت حرارتی منتسب به لرزش شبکه کریستال ماده به نان فونون و حرکت الکترون ها را دست کاری کنند. آنها دریافتند هدایت حرارتی مربوط به الکترون ها ده برابر کوچک تر از چیزی است که از قانون ویدمن-فرانز انتظار می رود.

 

 

 

 

الکترون ها در یونیسون به جای ذرات مجزا با همدیگر مثل یک سیال حرکت می کنند. برای الکترون ها، گرما یک حرکت اتفاقی است. فلزات طبیعی گرما را به خوبی منتقل می کنند چون چیدمان های میکروسکوپی بسیار متفاوتی وجود دارد که هر الکترون می تواند بین آنها جهش کند. در مقابل، حرکت هماهنگ الکترون ها در دی اکسید وانادیوم برای انتقال گرما مضر است، چون چیدمان های کمی برای جهش اتفاقی دیده می شود.

 

 

 

 

نکته جالب اینکه مقدار برق و گرمایی که دی اکسید وانادیوم می تواند منتقل کند با ترکیب ان با مواد دیگر قابل تنظیم است. برای مثال وقتی محققان نمونه های دی اکسید وانادیوم کریستالی را با فلز تنگستن تخدیر کردند، دمای تغییر فازی که دی اکسید وانادیوم در آن فلز می شود را کاهش دادند. همزمان، الکترون ها در فاز فلزی رساناهای گرمایی بهتری شدند. این ویژگی سبب می شود محققان مقدار گرمایی که دی اکسید وانادیوم می تواند با تغییر فاز از عایق به فلز و برعکس منتشر کند کنترل کنند.

 

 

 

 

از این مواد می تواند برای کمک به دام انداختن یا انتشار گرما در موتورها یا پوشش پنجره ها که مصرف انرژی در ساختمان ها را بهبود می بخشد استفاده شوند.

 

 

 

 

 

 

انتهای خبر