کشف فلزی که با هدایت الکتریسیته گرم نمی‌شود

به گزارش گروه علم و فناوری آنا به نقل از ScienceAlert، محققان به تازگی فلزی را شناسایی کرده‌اند که به رغم اینکه رسانای جریان الکتریکی است اما گرم نمی‌شود و حرارت را منتقل نمی‌کند. عملکرد این فلز با قانون قانون «ویده- فرانتس» تناقض دارد. این قانون این‌گونه بیان می‌کند که رساناهای خوب جریان الکتریکی، رساناهای خوبی هم برای گرما هستند و این نشان می‌دهد که چرا موتورها و لوازم مختلف در حین کار کردن داغ می‌شوند.

اما گروهی از محققان آمریکایی در تحقیقات خود نشان داده‌اند که فلزی موسوم به «دی‌اکسید وانادیوم» را پیدا کرده‌اند که برخلاف قانون مواد و فلزات رسانا، در دمای 67 درجه سانتی‌گراد توانایی بالا برای تغییر از یک عایق به یک فلز رسانا را دارد.

در واقع، کشف این فلز اتفاقی غیرمنتظره برای دانشمندان به شمار می‌رفت چراکه قانون رساناها را بر هم زد و از سوی دیگر، روزی از این فلز می‌توان برای تبدیل گرمای هدررفته از موتورها و سایر لوازم به الکتریسیته استفاده کرد یا حتی پوشش بهتری برای پنجره ایجاد کرد که ساختمان‌ها را خنک نگه دارد.

محققان پیش از این هم فلزاتی را کشف کرده بودند که الکتریسیته را بهتر از حرارت انتقال می‌دهند اما آنها، این ویژگی‌ فلزات را تنها در دماهای چند صد درجه سانتی‌گراد زیر صفر نمایش دادند که آنها را برای به کار بردن در دنیای واقعی غیرعملی می‌کند.

از سوی دیگر، «دی‌اکسید وانادیوم» معمولا در دماهای گرم بالاتر از دمای محیط تنها یک رساناست به این معنا که توانایی بیشتری برای قابل استفاده شدن دارد. محققان برای آشکار کردن این ویژگی‌ عجیب و جدید، روشی حرکت الکترون‌ها را در شبکه کریستالی «دی‌اکسید وانادیوم» و نیز میزان تولید حرارت را نیز اندازه‌گیری کردند.

دانشمندان در خلال آزمایش‌ها دریافتند که این رسانایی حرارتی به الکترون‌های درون ماده بستگی دارد که 10 برابر کوچک‌تر از مقدار پیش‌بینی شده قانون «ویده- فرانتس» بود. دلیل آن، هم‌زمانی روشی است که الکترون‌ها در ماده حرکت می‌کنند.

این الکترون‌ها به جای ذرات اختصاصی در فلزات معمولی، به صورت هماهنگ با یکدیگر و بیشتر شبیه یک مایع به حرکت درمی‌آیند. برای الکترون‌ها، حرارت یک حرکت تصادفی است. فلزات معمولی حرارت را به طور مؤثری انتقال می‌دهند زیرا ساختارهای میکروسکوپی متعدد و مختلفی وجود دارند که الکترون‌های اختصاصی می‌توانند مابین آنها قرار گیرند.

در مقابل، حرکت هماهنگ الکترون‌ها در «دی‌اکسید وانادیوم» از آنجا که موقعیت‌های کمتری برای الکترون‌ها وجود دارد تا به طور تصادفی بین آنها قرار می‌گیرد، در انتقال حرارت خطرناک است.

وقتی محققان فلز «دی‌اکسید وانادیوم» را با سایر فلزات ترکیب می‌کنند، آنها قادر به تنظیم میزان الکتریسیته و حرارتی هستند که قادر به هدایت آن هستند و می‌تواند برای استفاده در آینده مفید باشد. به عنوان مثال، وقتی محققان فلز «تنگستن» را به «دی‌اکسید وانادیوم» اضافه کردند، حرارتی را که ماده در آن به فلز تبدیل می‌شود را کاهش داد و نیز آن را به رسانای مناسب‌تری برای حرارت تبدیل کرد.

این بدان معناست که «دی‌اکسید وانادیوم» تنها با هدایت گرما هنگام رسیدن به درجه حرارت خاصی به هدر رفتن حرارت از یک سیستم کمک می‌کند. این فلز، پیش از آن مانند یک عایق عمل می‌کند. این فلز همچنین توانایی ویژه‌ای دارد که در دمای حدود 30 درجه سانتی‌گراد شفاف می‌شود اما پس از آن، نور مادون قرمز را در دمای بالای 60 درجه سانتی‌گراد منعکس می‌کند، در حالی که در نور مرئی شفاف باقی می‌ماند. بنابراین همچنان از آن می‌توان در قالب پوشش پنجره‌ای استفاده کرد که بدون نیاز به سیستم تهویه، دما را کاهش می‌دهد. از این ماده می‌توان برای تثبیت دما نیز استفاده کرد.

مترجم: ندا اظهری