Новые свойства диоксида ванадия открыты учеными

27.01.2017, 10:00 Наука

Согласно данным нового исследования Университета Калифорнии, Беркли, и Университета Дьюка, электроны диоксида ванадия могут проводить электричество без проведения тепла.

Выводы, полученные командой исследователей во главе Junqiao Wu способны привести к широкому кругу приложений, таких как термоэлектрические системы, которые преобразуют тепло из отходов двигателей и приборов в электричество. Для большинства металлов, соотношение между электрической и тепловой проводимостью регулируется законом Видемана-Франца. Проще говоря, закон гласит, что хорошие проводники электричества также являются хорошими проводниками тепла. Однако это не так для металлического диоксида ванадия, материала, известного своей необычной способности переключаться из диэлектрика в металл, при 67 градусах по Цельсию.

Wu говорит: «Это было совершенно неожиданное открытие. Это показывает резкое нарушение закона, который был надежным для обычных проводников. Это открытие имеет принципиальное значение для понимания основного электронного поведения новых проводников».

В процессе изучения свойств диоксида ванадия, ученые нашли, что его теплопроводность связана с электронами в десять раз меньше, чем можно было бы ожидать от закона Видемана-Франца. «Электроны двигались в унисон друг с другом, как жидкость, а не в виде отдельных частиц, как в обычных металлах», отметили ученые. Количество электричества и тепла, которое диоксид ванадия может проводить, настраивалось путем смешивания его с другими материалами. Когда исследователи легировали образцы диоксида ванадия металлическим вольфрамом, они снизили температуру фазового перехода, при котором диоксид ванадия становится металлом. В то же время, электроны в металлической фазе стали лучше проводить тепло. Это позволило исследователям контролировать количество тепла, которое диоксид ванадия может рассеивать, путем переключения фазы от изолятора к металлу и, наоборот.

Такие материалы могут быть использованы для рассеивания тепла в двигателях, или быть полезными в повышении эффективности использования энергии в зданиях, говорят исследователи. «Этот материал может помочь стабилизировать температуру», поясняет соавтор открытия Fan Yang. «Регулируя теплопроводность материала, можно эффективно и автоматически рассеивать тепло в жаркий период, так как он будет иметь высокую теплопроводность, но предотвратить потери тепла в холодную зиму, из-за его низкой теплопроводности при более низких температурах».

Ко всему прочему, диоксид ванадия имеет дополнительное преимущество — он является прозрачным ниже 30 градусов по Цельсию и поглощает инфракрасный свет при температуре выше 60 градусов.