Vědci jsou ohromeni záhadnou látkou, která dopadla na Zemi a odhalila tajemství pohybu tepla ve vesmíru.

DNVN - Tento materiál není ani zcela krystalický, ani zcela sklovitý, ale existuje v hybridní formě a vede teplo nebývalým způsobem: Zachovává si stejný stav, ať už se teplota zvyšuje nebo snižuje.

Důležitost tepelné vodivosti v moderních technologiích

V materiálové vědě jsou krystaly a skla, které zpracovávají teplo opačnými způsoby, základem mnoha současných technologií. Od miniaturizace elektroniky, přes zvyšování účinnosti rekuperace odpadního tepla pro energii až po prodloužení životnosti tepelných štítů v leteckém průmyslu, to vše závisí na pochopení toho, jak uspořádání atomů ovlivňuje přenos tepla.

Podle Michele Simoncelli – odborné asistentky na Kolumbijské univerzitě v oblasti inženýrství – výzkumný tým přistoupil k problému z pohledu kvantové mechaniky a k přesnému vyřešení základních rovnic použil umělou inteligenci.

Objevy z meteoritů a Marsu

V článku publikovaném 11. července v časopise Proceedings of the National Academy of Sciences (PNAS) Simoncelli a jeho kolegové Nicola Marzari (EPFL Lausanne) a Francesco Mauri (Univerzita Sapienza v Římě) předpověděli existenci hybridního materiálu mezi krystalem a sklem. Tuto předpověď později potvrdil tým ze Sorbonnské univerzity (Francie).

Zvýšená neuspořádanost v atomové struktuře materiálu ovlivňuje jeho makroskopickou tepelnou vodivost – vlastnost důležitou pro technologie tepelného managementu. Mezi studované materiály patří krystalický meteoritový tridymit (vlevo), fáze tridymitu s krystalickým uspořádáním vazeb a amorfní geometrií vazeb (uprostřed) a zcela amorfní křemičité sklo (vpravo). Červená barva představuje kyslík (O), modrá křemík (Si) a běžné tetraedrické uspořádání SiO4 je zvýrazněno modře. Zdroj: Simoncelli Lab.

Zvláštní je, že tento unikátní materiál byl nalezen v meteoritech a dokonce i na Marsu. Jeho neobvyklý mechanismus přenosu tepla slibuje otevření nových směrů pro navrhování materiálů, které odolávají extrémním teplotním rozdílům a poskytnou důležité informace o tepelné historii planet.

Meteoritový oxid křemičitý a vzácná tepelná konstanta

Na základě předpovědí z roku 2019 tým zjistil, že hybridním materiálem je speciální forma oxidu křemičitého zvaná „tridymit“ – poprvé popsaná v 60. letech 20. století. Vzorek byl získán z meteoritu, který v roce 1724 dopadl ve Steinbachu v Německu, a byl studován s povolením Pařížského muzea přírodní historie.

Výsledky ukázaly, že meteoritový tridymit má atomovou strukturu, která se nachází mezi uspořádaným krystalem a amorfním sklem. Je pozoruhodné, že jeho tepelná vodivost zůstává konstantní mezi 80 K a 380 K – což je ve světě materiálů vzácnost.

Potenciální aplikace v ocelářském průmyslu

Kromě vědecké hodnoty tento objev otevírá i praktické perspektivy. Výzkumný tým předpovídá, že tridymit by se mohl tvořit během desetiletí trvajícího procesu tepelného stárnutí v žáruvzdorných cihlách v ocelářských pecích. Vzhledem k tomu, že 1 kg vyrobené oceli uvolňuje 1,3 kg CO₂, přičemž téměř 1 miliarda tun oceli ročně představuje asi 7 % emisí uhlíku ve Spojených státech, mohl by tento nový materiál přispět k lepší regulaci tepla, a tím ke snížení emisí v ocelářském průmyslu.

Umělá inteligence, kvantová mechanika a budoucnost regulace tepla

Simoncelli uvedl, že jeho tým využil strojového učení k překonání výpočetních omezení tradičních metod a simuloval přenos tepla s kvantovou přesností. Tyto mechanismy nejen osvětlují záhadu přenosu tepla v hybridních materiálech, ale také otevírají cestu novým technologiím, jako jsou nositelná termoelektrická zařízení, neuromorfní výpočty a spintronika.

„Toto je jen začátek. Tento materiál nejen zpochybňuje současnou teorii, ale také otevírá budoucnost regulace tepla pro mnoho odvětví,“ zdůraznil Simoncelli.

La Khe (podle SciTechDaily)

Zdroj: https://doanhnghiepvn.vn/cong-nghe/gioi-khoa-hoc-sung-sot-truoc-loai-vat-chat-ky-bi-roi-xuong-trai-dat-he-lo-bi-mat-ve-cach-nhet-di-chuyen-trong-vu-tru/20250816083300815