Otkriven novi anorganski materijal s najnižom toplinskom vodljivošću
Otkriće istraživača sa Sveučilišta u Liverpoolu utire put razvoju novih termoelektričnih materijala koji će biti presudni za održivo društvo i niže račune za struju
Otkriće, objavljeno u časopisu Science, nudi temeljno nove uvide u upravljanje energijom i predstavlja proboj u kontroli protoka topline postignut dizajnom materijala. To bi pak trebalo ubrzati razvoj novih materijala za pretvaranje otpadne topline u energiju i za učinkovitu upotrebu goriva.
Smanjeni transport topline
Istraživački tim, predvođen profesorom Mattom Rosseinskim i dr. Jonom Alariom, sintetizirao je novi materijal tako da je kombinirao dvije različite postavke atoma za koje je utvrđeno da usporavaju brzinu kretanja topline kroz strukturu krutine. Otkrili su mehanizme odgovorne za smanjeni transport topline te izmjerili i modelirali toplinsku vodljivost dviju različitih struktura.
Kombinacija ovih mehanizama u jednom materijalu izuzetno je teška jer istraživači moraju kontrolirati točan raspored atoma u njemu. Intuitivno, znanstvenici bi očekivali da će dobiti prosjek fizikalnih svojstava dviju komponenti. Odabirom povoljnih kemijskih sučelja između svakog od ovih različitih rasporeda atoma, istraživači su eksperimentalno sintetizirali materijal koji ih kombinira, na slici predstavljen kao žuta i plava ploča.
Superiorna svojstva
Ovaj novi materijal, s dva kombinirana rasporeda, ima puno nižu toplinsku vodljivost od bilo kojeg osnovnog materijala sa samo jednim rasporedom. Ovaj neočekivani rezultat pokazuje sinergijski učinak kemijske kontrole atomskih mjesta u strukturi i razlog je zašto su svojstva cijele strukture superiornija od svojstava dvaju pojedinačnih dijelova.
Ako je toplinska vodljivost čelika 1, onda je vodljivost titan-šipke 0,1, vode i građevinske cigle 0,01, novog materijala 0,001, a zraka 0,0005.
Otprilike 70 posto sve generirane energije na svijetu troši se na toplinu. Materijali niske toplinske vodljivosti neophodni su za smanjenje i iskorištavanje ovog otpada. Razvoj novih i učinkovitijih termoelektričnih materijala koji mogu pretvoriti toplinu u električnu energiju smatra se ključnim izvorom čiste energije.
Loš provodnik topline
"Materijal koji smo otkrili ima najmanju toplinsku vodljivost od bilo koje anorganske krutine i gotovo je jednako loš provodnik topline kao i sam zrak", objašnjava profesor Rosseinsky. "Implikacije ovog otkrića su značajne, kako za temeljno znanstveno razumijevanje, tako i za praktičnu primjenu u termoelektričnim uređajima koji skupljaju otpadnu toplinu i kao toplinska barijera za učinkovitije plinske turbine."
Ova bi se strategija mogla primijeniti i na druga važna fizikalna svojstva poput magnetizma i supravodljivosti, što pak dovodi do učinkovitijeg prijenosa električne energije i u konačnici do nižih računa za struju, najavljuju istraživači.
