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美媒: 科学家发明超级绝缘体

发明更好的绝缘材料可以大大减少能耗,也有助于减少世界对化石燃料的依赖

据美国《大众科学》网站7月23日报道,英国利物浦大学的研究人员发明了一种材料。研究人员说,这种材料的热导率几乎是有史以来人类掌握的所有固体材料中最低的。这个研究方向听起来似乎有点奇怪,但其实不然――热导率极低的材料是一种超级绝缘体,像这样的材料可以在全球实现温室气体净零排放方面发挥重要作用。研究人员周四在《科学》周刊网站上发表了他们的研究成果。

研究报告作者之一、英国利物浦大学的化学家马特・罗森斯基在一份声明中说:“我们发现的这种材料在所有无机固体中具有最低的热导率,其热传导性几乎和空气一样差。”

热导率与原子结构有关。尽管气体本身可能比液体或固体更热,但它们的导热性更差,因为其原子排列得没那么紧密。原子振动的方式越多,它们传递热量的方式就越多。这些振动模式被称为声子;一种材料的声子越多,其导热性能就越好。

因此,要制造导热性能较差、绝缘性能更好的材料,关键之一是改变一种材料的原子结构。这样你就能改变声子对这种材料的影响。

利物浦大学的研究人员把目光投向了两种不同的化合物:一种叫做氯氧化铋(通常用于化妆品,可以带来珠光效果),另一种叫做硒氧化铋。

两种材料都有在不同方向作用的声子。所以,通过将它们堆叠在一起,研究人员可以将其融合成一种材料,这种材料层层传递热量的性能特别差。

据这种材料的发明者说,结果是该材料在导热方面的性能几乎和空气一样差。就这一点来说,这种材料的导热性能比液态水差十倍,比固体钛差百倍,比钢差千倍。

利物浦大学物理学家、研究报告的作者之一乔恩・阿拉里亚认为,发明像这样的低导热性材料意义重大,它不仅打破了现有纪录,还能应用于许多领域。他在声明中说:“这一策略可应用于磁性、超导等其他许多重要的基础物理性质,为实现低能耗计算和更高效的电力传输提供帮助。”

热损失是一个主要障碍。事实上,我们不难看出,热损失是困扰世界能源系统每个环节的一大因素。许多热损失源于摩擦,但也有很大一部分热量是通过材料损失的。如果家里供暖系统的能源泄漏到外面空气中,那么这就是一种浪费,而且是源自能源系统的浪费。

事实上,据美国劳伦斯利弗莫尔国家实验室的分析师估计,因为一系列低效因素――使用不当、电网损耗以及材料导热传走的热量――美国三分之二的发电量实际上未曾抵达其最终目标。

有鉴于此,科学家们说,我们有充分的理由继续研究此类材料。发明更好的绝缘材料可以大大减少能耗,也有助于减少世界对化石燃料的依赖。

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