Kristalni materijal provodi toplotu čak lošije nego staklo i voda – i to je obećavajuće

Istraživači sa danskog Univerziteta Orhus izmerili su i objasnili izuzetnost niske termalne provodnosti kristalnog materijala AgGaGe3Se8. Uprkos uređenoj strukturi, materijal se ponaša kao staklo u pogledu prenosa toplote, što ga čini jednim od najmanje toplotno provodnih kristalnih čvrstih materijala koji su dosad poznati.

Na sobnoj temperaturi, AgGaGe3Se8 ispoljava termalnu provodnost od samo 0,2 vata kroz metar-kelvin, što je tri puta niže nego voda i pet puta niže nego tipično kvarcno staklo. Materijal je sastavljen od srebra, galijuma, germanijuma i selenijuma i ranije je proučavan zbog svojih optičkih svojstava.

Preporučujemo

Istraživači iz Centra za integrisane materijale su prvi put izmerili svojstva njegovog prenosa toplote i identifikovali strukturno poreklo neobično niske termalne provodnosti.

Ključ je u ponašanju atoma srebra. Umesto da su fiksirani u kristalnoj rešetki, atomi srebra su labavo vezani i pomeraju se neregularno. Ovaj unutrašnji nered narušava propagaciju fonona – vibracija koje obično prenose toplotu kroz čvrste materijale – i izaziva urušavanje termalnog transporta na način obično viđen kod amorfnih materijala kao što je staklo.

Izuzetno je što ovo ponašanje kao kod stakla postoji u širokom temperaturnom spektru, od dva do 700 Kelvina (od -271 do 400 stepeni Celzijusovih) – veoma neobično za kristalni materijal.

Materijali sa vrlo niskom termalnom provodnošću zanimljivi su za širok opseg primena, kao termoelektrični moduli koji pretvaraju otpadnu toplotu u električnu energiju ili kao termalne barijere u mikroelektronici i sredinama sa visokom temperaturom.

Međutim, AgGaGe3Se8 nije odmah upotrebljiv u trenutnom obliku pošto ne provodi struju dobro i sadrži germanijum – relativno redak i skup element.

Ova studija je stoga doprinos fundamentalnoj nauci o materijalima. Ispitujući kako specifične strukturne odlike utiču na termalni transport, istraživači dobijaju značajan uvid u način dizajniranja materijala sa prilagođenim svojstvima toplotne provodnosti – što je bitan aspekt u razvoju budućih energetskih, kompjuterskih i aerokosmičkih tehnologija.

Nalazi su zasnovani na kombinaciji termalnih merenja i podataka dobijenih rendgenskim rasejanjem u sinhrotronskom objektu Spring-8 u Japanu.

(Telegraf Nauka/Phys.org)