Wissenschaftler sind erstaunt über das mysteriöse Material, das auf die Erde fiel und das Geheimnis der Wärmebewegung im Universum enthüllte.

Die Bedeutung der Wärmeleitung in der modernen Technologie

In der Materialwissenschaft bilden Kristalle und Gläser, die Wärme auf entgegengesetzte Weise verarbeiten, die Grundlage für viele moderne Technologien. Von der Miniaturisierung elektronischer Geräte über die effizientere Nutzung von Abwärme zur Energiegewinnung bis hin zur Verlängerung der Lebensdauer von Hitzeschilden in der Luft- und Raumfahrt hängt alles davon ab, wie sich die atomare Anordnung auf die Wärmeübertragung auswirkt.

Laut Michele Simoncelli, Assistenzprofessor an der Columbia University Engineering, ging das Forschungsteam das Problem aus der Quantenmechanik an und wandte künstliche Intelligenz an, um die zugrunde liegenden Gleichungen präzise zu lösen.

Entdeckungen von Meteoriten und vom Mars

In einem am 11. Juli in den Proceedings of the National Academy of Sciences (PNAS) veröffentlichten Artikel sagten Simoncelli und seine Kollegen Nicola Marzari (EPFL Lausanne) und Francesco Mauri (Universität Sapienza in Rom) die Existenz eines Hybridmaterials zwischen Kristall und Glas voraus. Diese Vorhersage wurde später von einem Team der Universität Sorbonne in Frankreich bestätigt.

Sự gia tăng hỗn loạn trong cấu trúc nguyên tử của vật liệu ảnh hưởng đến khả năng dẫn nhiệt vĩ mô — một đặc tính quan trọng đối với các công nghệ quản lý nhiệt. Các vật liệu được nghiên cứu bao gồm tridymite thiên thạch tinh thể (trái), một pha tridymite với trật tự liên kết tinh thể và hình học liên kết vô định hình (giữa), và thủy tinh silica hoàn toàn vô định hình (phải). Màu đỏ biểu thị oxy (O), màu xanh biểu thị silic (Si), và các sắp xếp tứ diện SiO4 phổ biến được tô sáng màu xanh lam. Nguồn: Phòng thí nghiệm Simoncelli

Eine zunehmende Unordnung in der Atomstruktur eines Materials beeinflusst dessen makroskopische Wärmeleitfähigkeit – eine wichtige Eigenschaft für Wärmemanagementtechnologien. Zu den untersuchten Materialien gehören kristalliner Meteoritentridymit (links), eine Tridymitphase mit kristalliner Bindungsordnung und amorpher Bindungsgeometrie (Mitte) und ein vollständig amorphes Quarzglas (rechts). Rot steht für Sauerstoff (O), Blau für Silizium (Si), und die üblichen tetraedrischen SiO4-Anordnungen sind blau hervorgehoben. Bildnachweis: Simoncelli Lab.

Das Besondere daran ist, dass dieses einzigartige Material in Meteoriten und sogar auf dem Mars gefunden wurde. Sein ungewöhnlicher Wärmeübertragungsmechanismus verspricht neue Wege für die Entwicklung von Materialien, die extremen Temperaturunterschieden standhalten und wichtige Hinweise auf die thermische Geschichte von Planeten liefern.

Meteoritensilika und die seltene Wärmekonstante

Basierend auf Vorhersagen aus dem Jahr 2019 stellte das Team fest, dass es sich bei dem Hybridmaterial um eine spezielle Form von Siliziumdioxid namens „Tridymit“ handelte, die erstmals in den 1960er Jahren beschrieben wurde. Die Probe stammte aus einem Meteoriten, der 1724 in Steinbach, Deutschland, einschlug, und wurde mit Genehmigung des Pariser Naturkundemuseums untersucht.

Die Ergebnisse zeigten, dass der Meteoriten-Tridymit eine atomare Struktur besitzt, die zwischen einem geordneten Kristall und einem amorphen Glas liegt. Bemerkenswerterweise bleibt seine Wärmeleitfähigkeit zwischen 80 und 380 K konstant – eine Seltenheit in der Welt der Materialien.

Mögliche Anwendungen in der Stahlindustrie

Über ihren wissenschaftlichen Wert hinaus eröffnet die Entdeckung auch praktische Perspektiven. Das Team prognostiziert, dass sich während jahrzehntelanger thermischer Alterung in feuerfesten Steinen in Stahlöfen Tridymit bilden könnte. Da 1 kg produzierter Stahl 1,3 kg CO₂ ausstößt und die jährliche Stahlproduktion von fast 1 Milliarde Tonnen etwa 7 % der CO₂-Emissionen in den USA ausmacht, könnte dieses neue Material zu einer besseren Wärmekontrolle beitragen und so die Emissionen in der Stahlindustrie reduzieren.

KI, Quantenmechanik und die Zukunft der Wärmekontrolle

Simoncelli sagte, sein Team habe maschinelles Lernen eingesetzt, um die rechnerischen Grenzen herkömmlicher Methoden zu überwinden und die Wärmeübertragung mit Quantenpräzision zu simulieren. Diese Mechanismen werfen nicht nur Licht auf das Geheimnis der Wärmeübertragung in Hybridmaterialien, sondern ebnen auch den Weg für neue Technologien wie tragbare thermoelektrische Geräte, neuromorphes Computing und Spintronik.

„Dies ist erst der Anfang. Dieses Material stellt nicht nur die aktuelle Theorie in Frage, sondern eröffnet auch die Zukunft der Wärmekontrolle für viele Branchen“, betonte Simoncelli.

La Khe (Laut SciTechDaily)

Quelle: 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