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科学家发现导电不导热金属 打破经典定律

总所周知,金属既导电又导热。但是科学家的新发现将推翻这种观念。美国柏克莱实验室的科学家发现二氧化钒(VO2)具有导电却不导热的特性。这种独特的金属给科学家带来惊喜,也为热电材料的发展带来新机遇。

华裔科学吴军桥(Junqiao Wu)等人今年早些时候曾在《科学》杂志上描述,二氧化钒材料在导电时,产生极少的热量,远低于威德曼-弗朗兹法则(Wiedemann-Franz Law)的计算值,打破了该经典物理定律。

“这个发现完全出乎意料!”吴军桥教授在柏克莱实验室的新闻报导中说:“这说明教科书关于传统导体的物理定律被打破了。这项发现的根本意义在于认识新导体中的基本电子行为。”

威德曼-弗朗兹法则认为,金属能很好的导电和传递热量,甚至金属的热导率和电导率之比值是一个常数。因此,金属的导电性能越好,其导热性能也越好。

科学家在检测二氧化钒的性质。(来源:Marilyn Chung/Berkeley Lab)

二氧化钒是一种化学方面表现相变特性的金属氧化物,相变温度为67℃左右,超过此温度其性质可从绝缘变为导电。

吴军桥等人的实验测得,二氧化钒在导电时的热传导率仅为威德曼-弗朗兹法则预测值的10~20%。也就是说,基本不导热。

吴军桥对二氧化钒的这种特性解释道:“其中的电子运动特点相互一致,就像液体一样,而与普通金属不同。对于电子而言,随机运动就是热量。普通金属可以有效地传导热量,是由于单个电子可能在许多不同微观形态之间跳转。而二氧化钒中的电子正相反,它们就像军乐团一样彼此协调一致,因此电子可以随机切换的形态变少了,从而不利于导热。”

柏克莱实验室的科学家表示,目前尚未达到真正能大规模商业应用二氧化钒的性质。根据二氧化钒的性质,它很可能被用于制成节省电能的新型导热材料。

责任编辑: 楚天  来源:大纪元记者张秉开编译报导 转载请注明作者、出处並保持完整。

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