導電但不導熱的金屬被發現 違反導體定律!

不曬月亮的魚

違反導體最基本的定律之一。

研究人員確認出一種金屬能夠導電而不導熱，一種非常有用的特性但違反我們目前對導體是如何運作的理解。

這種金屬與所謂的維德曼-夫蘭茲定律(Wiedemann-Franz Law)抵觸，

這個基本上敘述好的導電體也會相對應地是好的導熱體，這就是為甚麼像馬達和電器這類的東西在經常使用時會變熱。

但對於金屬二氧化釩(vanadium dioxide，VO2)來說，美國的一個研究小組證明不是這麼一回事。

這種材料已經被很清楚地知道它的奇特能力，在攝氏67度(華氏152度)，從透明絕緣體轉變成導電金屬。

來自柏克萊實驗室材料科學部的首席研究員吳軍橋(Junqiao Wu)說：“這是一個完全出乎意料的發現。”



“它顯示出一個教科書定律的嚴重崩潰，已知這個定律對於傳統的導體是很吻合的。

這項發現對於了解新導體的基本電子行為是相當重要的。”

這種意料之外的特性不只改變了我們對導體的了解，而且也是非常的有用。

這種金屬可能有一天被用來把引擎和電器的廢熱轉回電力，甚至創造出更好的窗戶覆蓋物，來維持建築物的涼爽。

研究人員已經知道少數其他材料的導電性優於導熱性，但只能在零下數百度的溫度出現這些特性，

使得它們對於任何真實世界的應用都是高度不切實際。

另一方面，二氧化釩通常只在溫度更高於室溫下成為導體，意味着它有能力更為實用。

為了揭露這個奇特的新特性，研究小組詳細觀察電子在二氧化釩晶格中移動的方式，以及產生多少熱量。

令人驚訝的是，他們發現由材料中的電子所造成的導熱性，比維德曼-夫蘭茲定律所預測的量小10倍。

對於造成這種現象的原因，看起來好像是電子移動通過材料的同步方式。

吳說：“電子彼此一致地移動，很像是液體，而不像是一般金屬中的個別粒子。”

“對於電子來說，熱是一種隨機運動。

一般金屬能有效地導熱是因為有多不同的可能微觀結構，能夠讓個別的電子在這些結構間跳躍。”

他補充：“相較之下，二氧化釩中有協調性的、像齊步行進團的電子運動，

對熱傳遞是不利的，因為幾乎沒有可用的結構讓電子在其間隨機的跳躍。”

有趣的是，當研究人員把二氧化釩與其他材料混合在一起時，

他們能夠’調整’導電和導熱的量，這對於未來的應用是非常的有用。


例如，當研究人員把金屬鎢加到二氧化釩時，降低了材料變成金屬的溫度，還造成它成為更好的導熱體。

這意味着二氧化釩有助於一個系統的散熱，藉由在達到特定溫度時只傳導熱量。在此之前，它是一個絕緣體。

二氧化釩還具有在大約攝氏30度(華氏86度)變成透明的獨特能力，

但隨後反射高於攝氏60度(華氏140度)的紅外光，同時維持對可見光透明。

因此這意味着它甚至可以被用來作為降低溫度的窗戶塗層，而不需要空調。

研究人員之一的Fan Yang說：“這種材料可以被用來協助穩定溫度。”

“透過調整導熱性，這種材料可以在炎熱的夏天有效且自動地散熱，因為它具有高導熱性。

但在寒冷的冬天則防止熱散失，因為在較低溫下的低導熱性。”

在進一步商業化之前，需要對這種謎樣的材料進行更多的研究。

但令人非常興奮的是，我們現在知道這些怪異的特性存在於室溫下的材料。

這項研究發表於科學(Science)期刊。





資料來源:正見新聞網

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