استعراض

مؤخرا، على جائزة البحث العلمي الصينية-الأمريكية وو جسر أدى اكتشاف ثاني أكسيد الفاناديوم في المواد الموصلة، والحرارة المتولدة صغيرة جدا، أقل بكثير من فيدمان - من المتوقع لكسر قوانين الفيزياء الكلاسيكية القانون فرانز. تم نشر الاكتشاف في العلوم في 27 كانون الثاني من مجلة "العلوم"، وسوف تجلب بعض الأعمدة مجموعة واسعة من التطبيقات، على سبيل المثال، وهو نظام الحرارية، والنفايات المحركات والمعدات التي يمكن أن تتولد في الكهرباء الحرارية.

التنغستن محتوى الفاناديوم أكسيد نانو شعاع التنغستن البروفيسور وو جسر والعلماء في استخدام أدوات القياس.

(المصدر: مارلين تشونغ / مختبر بيركلي)

فيدمان - القانون فرانز ل

فيدمان - القانون فرانز هو عن "الموصلية الحرارية " القانون الجوهرية في العلاقة بين " الموصلية". الفيزيائي الألماني G.H. فيدمان وR. اكتشفت من قبل فرانز في عدد كبير من الوقائع التجريبية، فإن نسبة الموصلية الحرارية والموصلية الكهربائية للعديد من المعادن غير ثابت، وهذا ما يسمى حكم القانون فيدمان فرانز. وقال عدد من لورنتز 1891 ه. ع. ورنتز أبعد تم جدت أن / نسبة T مستقل عن نوع ثابت المعادن، T هي درجة الحرارة المطلقة، ويمثل هذا الثابت من قبل L.

ببساطة، كلما كان ذلك أفضل خصائص موصل من قانون المواد التوضيحية، ثم التوصيل الحراري أفضل جيد.

ثاني أكسيد الفاناديوم

ومع ذلك، فإن مادة ثاني أكسيد الفاناديوم هو استثناء، فإنه لا يتوافق مع هذا القانون.

أكسيد الفاناديوم هو معدن أكسيد جود مرحلة خصائص الانتقالية، درجة حرارته مرحلة انتقالية نحو 67 درجة.] C، عند بلوغ درجة الحرارة المرحلة الانتقالية يمكن أن تغير من عازل للمعدن، الذي قبل وبعد مرحلة انتقالية قد تولد ضوء transmissive العاكس الأشعة تحت الحمراء تغيير عكسها.

في مركز المختبر الوطني الأمريكي أوك ريدج للمواد المرحلة النانو، مساعد باحث في الجامعة الأميركية في التعاون تينيسي الكسندر Teselefu مع العلماء الفرنسيين، مع نظرية فيزياء المواد المكثفة لشرح نجاح السلوك مرحلة من ثاني أكسيد الفاناديوم. ووجد الباحثون أن المنافسة في الفاناديوم متعدد المراحل شعرية ثاني أكسيد التماثل يحدث يحدث، يمكن أن يحدث شعرية ثاني أكسيد الفانادميوم "اضعاف" بطريقة مختلفة على التبريد، وذلك هو الشعب السلوك الملاحظ ثاني أكسيد الفاناديوم مختلفة التكوين مطوية.

(المصدر: ويكيبيديا)

علماء الفيزياء قسم المواد العلوم مختبر بيركلي، أستاذ بيركلي مواد العلوم والهندسة، جامعة كاليفورنيا، الباحث الرئيسي في هذه الدراسة علق جسر وو:

"هذا اكتشاف غير متوقع تماما! قوانين غير قابل للكسر من كتب الفيزياء المدرسية لالموصلات التقليدية، ويرجع ذلك إلى انهيار هذا الاكتشاف. هذا الاكتشاف لفهم موصل جديد من السلوك الأساسية الالكترونية ذات أهمية جوهرية."

عملية البحث

أستاذ وو وفريق بحثه من جامعة ديوك، وأستاذ مشارك اوليفييه Delaire من وزارة الخارجية الامريكية مختبر أوك ريدج الوطني الطاقة التي يقودها، أطلقت دراسة خصائص ثاني أكسيد الفاناديوم. بواسطة X-راي تجربة نثر والمحاكاة، وتمشيط الاهتزازات المادية شعرية (الفونونات) وحركة الإلكترون، وتؤثر على نسبة التوصيل الحراري.

نجعلهم يشعرون مفاجأة، وجدوا أن الموصلية الحرارية الناجمة عن حركة الإلكترونات، لم تصل بعد فيدمان - واحد على عشرة من القيمة المتوقعة للقانون فرانز.

الباحثون بيركلي توليفها من ثاني أكسيد الفاناديوم nanobeam (VO2)، وجود الخصائص الكهربائية والحرارية فريدة. في الصورة كاذبة لون المجهر الإلكتروني الماسح، تم حساب التوصيل الحراري من التوصيل بين الأزرق مصدر الحرارة أحمر لوحة الاستشعار قياس من لوحة دليل من خلال. VO2 بين اثنين من لوحات مصنوعة من حرارة إجراء نانو الحزم.

(المصدر: جسر وو / مختبر بيركلي)

لهذه الظاهرة، شرح البروفيسور وو:

"وجود الالكترونية الاتساق المتبادل في الحركة، مثل السائل، ولكن على عكس الجزيئات الفردية العادية من المعدن لالإلكترون، والحرارة هي حركة عشوائية. معدن عادي يمكن أن تجري بشكل فعال الحرارة، لأن إلكترون واحد يمكن أن يكون القفز بين عدد من الاحتمالات مختلفة مورفولوجيا. في المقابل، فإن الإلكترونات ثاني أكسيد الفاناديوم، بالتنسيق مع بعضها البعض، مثل الفرقة العسكرية، لغير صالحها توصيل الحرارة. وذلك لأن التحول الالكتروني قد يكون عشوائيا الشكل تصبح صغيرة أ. "

على وجه الخصوص، من خلال وجود مواد أخرى مختلطة مع ثاني أكسيد الفاناديوم، والتي يمكن ضبط عدد من كهربائيا وموصل حراريا. عندما أدرجت الباحثون في البلورة التنغستن عينة ثاني أكسيد الفاناديوم واحدة، ودرجة الحرارة المرحلة الانتقالية الذي يصبح المعدن ثاني أكسيد الفاناديوم تصبح منخفضة. وفي الوقت نفسه، يصبح المرحلة المعدنية الإلكترونية أفضل موصل للحرارة. عندما ثاني أكسيد الفاناديوم الذي يجعل مرحلة انتقالية من عازل للمعدن، يمكن للباحثين التحكم في الحرارة تبدد، والعكس بالعكس، ويمكن تعديل درجة الحرارة.

التطبيقات ذات الصلة

قال الباحثون أن هذه المواد يمكن استخدامها لإزالة أو حرارة المحرك تبدد، أو تطوير طلاء الزجاج، وتحسين استخدام الطاقة في المباني.

شارك القيادي في الدراسة، وقال مختبر بيركلي الباحثين يانغ فان (الحروف):

"هذه المواد يمكن استخدامها لتحقيق الاستقرار في درجة الحرارة، من خلال ضبط التوصيل الحراري، والمواد في فصل الصيف الحار يمكن بكفاءة وتلقائيا التبريد، لأنه يحتوي على الموصلية الحرارية العالية، ولكن في فصل الشتاء البارد، وفقدان الحرارة يمكن منعها، لأن درجات الحرارة المنخفضة الموصلية الحرارية المنخفضة عند ".

ثاني أكسيد الفاناديوم هو أيضا ميزة: في 30 درجة مئوية غير شفافة، فوق 60 درجة مئوية يمكن أن تمتص الأشعة تحت الحمراء.

وقال يانغ فان ذلك من قبل رجال الأعمال ثاني أكسيد الفاناديوم، وهناك بعض القضايا التي يتعين حلها، ولكن هذه الدراسة الضوء على مادة "الأداء الكهربائي والحراري غريب". بعض المواد الأخرى، على الرغم من أنه يمكن أن يكون لها خصائص مماثلة، لكنها تحدث في حوالي ناقص عدد بايدو، فإنه من الصعب العمل الحقيقي.

المواد المرجعية

[1] "منخفضة بصورة شاذة التوصيل الحراري الإلكترونية في ثاني أكسيد الفاناديوم المعدني" العلم وscience.sciencemag.org/cgi/doi/10.1126/science.aag0410

[2]

تكنولوجيات أكثر المتطورة والمنتجات المبتكرة، ويرجى الانتباه إلى قناة الدقيقة عدد الجمهور: IntelligentThings، أو الاتصال الحرف الصغير المؤلف: JohnZh1984