Дослідники з університету Ліверпуля разом з колегами з Університетського коледжу Лондона і іншими вченими відкрили матеріал з найнижчою теплопровідністю. Через втрати тепла витрачається в середньому 70% енергії, для скорочення цих втрат необхідні матеріали з низькою теплопровідністю. Це допоможе швидше перейти на використання чистої енергії.
У новій роботі автори за допомогою дизайну в атомному масштабі створили новий матеріал, що володіє унікально низьку теплопровідністю: в ньому об’єднані дві структури, кожна з яких уповільнює швидкість передачі тепла крізь тверде тіло. Виявлений нами матеріал має найнижчу теплопровідність серед всіх неорганічних твердих тіл і проводить тепло майже так само погано, як повітря.
Для того, щоб зробити такий матеріал, автори спочатку визначили алгоритми, за якими знижується теплопередача в кожній з двох структур, а потім створили комбіновану компоновку атомів, що має набагато нижчу теплопровідність, ніж будь-який з двох вихідних матеріалів. Для початку автори досліджували два відомих утеплювача на основі вісмуту – BiOCl і Bi2O2Se, – щоб з’ясувати, як саме відбувається передача тепла в їх кристалічних решітках. Далі вчені вирішили поєднати обидва матеріали в загальну шарову структуру так, щоб зберегти розташування їх атомів, і в кожному з шарів передача тепла сповільнювалася. Таким чином вони отримали надрешітку, що володіє декількома «рівнями» періодичності.
За словами дослідників, інтуїтивно очікується, що за фізичними властивостями новий матеріал буде представляти щось середнє між двома вихідними. Однак завдяки точно продуманої комбінації теплоізоляторів Bi4O4SeCl2 продемонстрував коефіцієнт теплопровідності всього в 0,1 Вт/(K*м) (при кімнатній температурі) – значно нижче обох первинних матеріалів. Якщо прийняти теплопровідність сталі за одиницю, то показник титанового стрижня складе 0,1, води і будівельної цегли – 0,01, повітря – 0,0005, а нового матеріалу – 0,001.
Нове дослідження дає підставу для інших подібних експериментів, які використовують атомістичну взаємодію, а новий матеріал потенційно можна використовувати для застосування в термоелектричних пристроях, наприклад, для розробки термоізолюючого покриття.
Читайте також:
Leave a Reply