日期: 2017 年 11 月 28 日

科學家發現導電不導熱金屬 打破經典定律

測試二氧化釩性質的電路。(來源:Junqiao Wu/Berkeley Lab)

 
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【大紀元2017年11月28日訊】(大紀元記者張秉開編譯報導)總所周知,金屬既導電又導熱。但是科學家的新發現將推翻這種觀念。

美國柏克萊實驗室的科學家發現二氧化釩(VO2)具有導電卻不導熱的特性。這種獨特的金屬給科學家帶來驚喜,也為熱電材料的發展帶來新機遇。

華裔科學吳軍橋(Junqiao Wu)等人今年早些時候曾在《科學》雜誌上描述,二氧化釩材料在導電時,產生極少的熱量,遠低於威德曼-弗朗茲法則 (Wiedemann-Franz Law)的計算值,打破了該經典物理定律。

「這個發現完全出乎意料!」吳軍橋教授在柏克萊實驗室的新聞報導中說:「這說明教科書關於傳統導體的物理定律被打破了。這項發現的根本意義在於認識新導體中的基本電子行為。」

威德曼-弗朗茲法則認為,金屬能很好的導電和傳遞熱量,甚至金屬的熱導率和電導率之比值是一個常數。因此,金屬的導電性能越好,其導熱性能也越好。

科學家在檢測二氧化釩的性質。(來源:Marilyn Chung/Berkeley Lab)

二氧化釩是一種化學方面表現相變特性的金屬氧化物,相變溫度為67℃左右,超過此溫度其性質可從絕緣變為導電

吳軍橋等人的實驗測得,二氧化釩在導電時的熱傳導率僅為威德曼-弗朗茲法則預測值的10~20%。也就是說,基本不導熱。

吳軍橋對二氧化釩的這種特性解釋道:「其中的電子運動特點相互一致,就像液體一樣,而與普通金屬不同。對於電子而言,隨機運動就是熱量。普通金屬可以有效地傳導熱量,是由於單個電子可能在許多不同微觀形態之間跳轉。而二氧化釩中的電子正相反,它們就像軍樂團一樣彼此協調一致,因此電子可以隨機切換的形態變少了,從而不利於導熱。」

柏克萊實驗室的科學家表示,目前尚未達到真正能大規模商業應用二氧化釩的性質。根據二氧化釩的性質,它很可能被用於製成節省電能的新型導熱材料。#