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物理学家发现了一种导电但不导热的金属发布日期:2026-06-11 浏览次数:

  

物理学家发现了一种导电但不导热的金属(图1)

  研究人员发现了一种不导热而导电的金属——这是一种难以置信的有用特性,违背了我们目前对导体工作原理的理解。

  这种金属发现于2017年,与所谓的威德曼-弗朗兹定律相矛盾,该定律基本上指出,好的导电体也是成比例的好的导热体,这就是为什么像电机和电器这样的东西在你经常使用时会变得很热。

  但是美国的一个团队表明金属二氧化钒的情况并非如此2)-这种材料以其在67摄氏度(152华氏度)时从透明绝缘体转换成导电金属的奇特能力而闻名。

  “这是一个完全出乎意料的发现,”伯克利实验室材料科学部门的首席研究员吴俊桥在2017年1月说道。

  “它显示了教科书上的一条定律的彻底崩溃,这条定律对于传统的导体来说是强大的。这一发现对于理解新型导体的基本电子行为至关重要。”

  这种意想不到的特性不仅改变了我们对导体的了解,还可能非常有用——这种金属有朝一日可以用来将发动机和电器产生的废热转化为电能,甚至创造更好的窗户覆盖物来保持建筑物的凉爽。

  研究人员已经知道一些比热导电更好的其他材料,但是它们只在零下数百度的温度下显示这些性质,这使得它们对于任何现实世界的应用都非常不切实际。

  另一方面,二氧化钒通常只是在远高于室温的温暖温度下的导体,这意味着它有能力更加实用。

  为了揭示这种奇异的性质,该小组观察了电子在二氧化钒晶格中的移动方式,以及产生了多少热量。

  令人惊讶的是,他们发现可归因于材料中电子的热导率比威德曼-弗朗兹定律预测的要小10倍。

  吴说:“电子彼此一致地运动,很像流体,而不是像普通金属那样作为单独的粒子。”。

  “对电子来说,热是一种随机运动。普通金属有效地传递热量,因为有太多不同的微观结构,单个电子可以在它们之间跳跃。”

  “相比之下,电子在二氧化钒中的协同行进带状运动不利于热传递,因为可供电子在其间随机跳跃的构型较少,”他补充道。

  有趣的是,当研究人员将二氧化钒与其他材料混合时,他们可以“调节”它能传导的电和热的量——这对未来的应用非常有用。

  例如,当研究人员将金属钨添加到二氧化钒中时,他们降低了材料变成金属的温度,也使其成为更好的导热体。

  这意味着二氧化钒只能在系统达到一定温度时导热,从而有助于散热。在那之前它会是绝缘体。

  二氧化钒还具有在30摄氏度(86华氏度)左右透明的独特能力,但在60摄氏度(140华氏度)以上反射红外光,同时对可见光保持透明。

  “通过调节导热系数,这种材料可以在炎热的夏天有效地自动散热,因为它具有很高的导热系数,但在寒冷的冬天防止热量损失,因为它在较低的温度下导热系数很低。”

  在这种令人困惑的材料进一步商业化之前,还需要做更多的研究,但是我们现在知道这些奇异的性质在室温下存在于材料中,这是非常令人兴奋的。

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