Metalul care este conductor electric, dar şi izolator termic

Legea Wiedemann–Franz stipulează faptul că materialele care sunt bune conductoare electrice sunt şi bune conductoare termice. Totuşi,după cum a aflat echipa condusă de către fizicianul Junqiao Wu, de la Universitatea Berkeley, Statele Unite, există şi excepţii de la această regulă. Dioxidul de vanadiu se dovedeşte a fi un conductor electric şi, în mod surpinzător, un izolator termic, notează Science Alert.

Cercetătorii din cadrul Laboratorului de Ştiinţă a Materialelor din cadrul Universităţii Berkeley au descoperit că dioxidul de vanadiu contrazice legea Wiedemann–Franz atunci când este supus unei temperaturi de 67 grade Celsius. „A fost o descoperire neaşteptată”, a explicat cercetătorul Junqiao Wu.

• Lansarea misiunii Artemis I, amânată pentru jumătatea lunii noiembrie. De ce a fost anulată încercarea din…
• Cum se mișcă bacteriile? Cercetătorii și-au dat seama abia după 50 de ani

Această descoperie schimbă modul în care cercetătorii înţeleg şi folosesc conductorii electrici. De asemenea, nu trebuie neglijată latura practică a acestei descoperiri: acest metal ar putea fi folosit pentru a converti căldura emisă de către motoare şi dispozitve  pentru a produce energie electrică sau pentru a crea izlolaţii termice mai bune pentru clădiri.

Oamenii de ştiinţă au mai descoperit de-a lungul timpului o serie de materiale care au proprietăţi asemănătoare dioxidului de vanadiu, totuşi, aceste proprietăţi sunt obţinute la temperaturi extrem de scăzute. Capacitatea acestui metal de a funcţiona la temperaturi peste temperatura camerei face ca el să reprezinte o alegere practică pentru noile tehnologii electrice moderne.

Studierea structurii moleculare a acestui material a relevat că conductivitatea termică a acestuia este de 10 ori mai mică faţă de predicţiile legii Wiedemann–Franz. Aceată diferenţă între modelul teoretic şi realitate se datorează electronilor din material. Structura dioxidului de vanadiu face ca electronii să se mişte în sincron şi nu într-un mod haotic cum ar face în metalele obişnuite. „Pentru electroni, căldura este o mişcare aleatorie. Metalele normale transportă căldura eficient, deoarece există atât de multe configuraţii microscopice diferite, încât electronii individuali pot sări între acestea”, explică dr. Wu.

Dioxidul de vanadiu devine transparent în jurul temperaturii de 30 de grade Celsius, iar atunci când ajunge la 60 poate reflecta lumina infraroşie; lumina observabilă de ochiul uman poate să traverseze acest material în continuare chiar şi în acest punct. Din această cauză, cercetătorul Fan Yang este de părere că acest material ar putea fi folosit pentru a stabiliza temperaturile. „Prin reglarea conductivităţii sale termice, materialul poate disipa eficient şi automat căldura în vara caldă, deoarece va avea o conductivitate termică ridicată, dar poate preveni pierderea de căldură în timpul iernii reci din cauza conductivităţii termice scăzute la temperaturi mai mici”, explică acesta.

Citeşte şi: