محققان موفق به کشف فلزی شدند که در مقابل الکتریسیته رسانا و در مقابل گرما غیررساناست

محققان فلزی را شناسایی کرده اند که هادی الکتریسیته است اما در مقابل عبور گرما مقاومت می کند – ویژگی فوق العاده کاربردی که درک فعلی ما از عملکرد رساناها را تغییر می دهد.
قابلیت های این فلز با قانون Wiedemann-Franz منافات دارد. بر اساس این قانون موادی که رساناهای خوبی برای الکتریسیته محسوب می شوند، بطور معمول در هدایت گرما نیز عملکرد خوبی دارند، و به همین دلیل هم موتورها و وسایل برقی در هنگام استفاده مداوم خیلی داغ می شوند.
اما گروهی از محققین آمریکایی نشان داده اند که این قانون در خصوص وانادیوم دی اکساید (VO2) صحت ندارد. این ماده از قابلیت عجیبی برخوردار است؛ وانادیوم دی اکساید می تواند در حرارت 67 درجه سانتیگراد از یک عایق شفاف به فلزی رسانا تبدیل شود.
سرپرست این تیم تحقیقاتی در توضیح گفته است:

این یافته نه تنها دانسته های ما در خصوص رساناها را تغییر می دهد، بلکه می تواند بسیار کاربردی باشد. شاید بتوان از این فلز برای تبدیل مجدد گرمای هدر رفته از موتورها و وسایل برقی به الکتریسیته استفاده کرد و یا حتی پوشش هایی برای پنجره ها تولید کرد که حرارت داخل ساختمان را تعدیل کند.
البته تعدادی ماده دیگر نیز شناخته شده اند که الکتریسیته را بهتر از حرارت منتقل می کنند، اما این قابلیت را فقط در صدها درجه زیر صفر نمایش می دهند که در نتیجه این قابلیت آنها را عملا غیرکاربردی می کند. اما وانادیوم دی اکساید معمولا در درجه حرارت اتاق به عنوان رسانا عمل می کند که می تواند آن را بسیار کاربردی کند.

برای درک این ویژگی عجیب، دانشمندان به نحوه حرکت الکترون ها در داخل کریستال های وانادیوم دی اکساید و همچنین مقدار حرارت تولید شده دقت کردند.
با کمال تعجب دانشمندان متوجه شدند که هدایت گرمایی که می توانست به الکترون های موجود در این ماده نسبت داده شود ده برابر از مقدار پیش بینی شده در قانون Wiedemann-Franz کمتر بود. دلیل این ویژگی حرکت هماهنگ الکترون ها در درون ماده است.

جالب اینکه زمانی که محققین وانادیوم دی اکساید را با سایر مواد مخلوط کردند، توانستند میزان الکتریسیته و گرمایی که این ماده منتقل می کند را کنترل کنند که قطعا قابلیتی بسیارکاربردی خواهد بود.
بعنوان مثال، با افزودن تنگستن به وانادیوم دی اکساید، محققین توانستند درجه حرارتی که در آن این ماده قوامی فلزی پیدا می کند را کاهش دهند و انتقال حرارت توسط آن را نیز تقویت کنند.
این بدین معنی است که وانادیوم دی اکساید می تواند در درجه حرارت خاصی حرارت را از سیستم دور کند. اما در درجه حرارت هایی غیر از آن همانند یک غیررسانا عمل می کند.
وانادیوم دی اکساید همچنین از این قابلیت منحصر بفرد برخوردار است که در حرارت 30 درجه سانتیگراد کاملا شفاف است، اما در حرارت بالاتر از 60 درجه سانتیگراد نور مادون قرمز را منعکس می کند ولی همچنان نسبت به نور مرئی نفوذپذیر باقی می ماند.
بنابراین از این ماده می توان به عنوان پوششی برای پنجره ها استفاده کرد، پوششی که می تواند بدون نیاز به سیستم های خنک کننده دمای درون ساختمان را کاهش دهد.

البته هنوز و پیش ار بهره برداری تجاری از این ماده نیاز به بررسی ها و تحقیقات بسیاری می باشد.

منبع: تک شات