دانشمندان از ماده مرموزی که به زمین سقوط کرد و راز چگونگی حرکت گرما در فضا را آشکار کرد، شگفت زده شده‌اند.

DNVN - این ماده نه کاملاً بلوری است و نه کاملاً شیشه‌ای، بلکه به شکل هیبریدی وجود دارد و گرما را به شیوه‌ای بی‌سابقه هدایت می‌کند: با افزایش یا کاهش دما، همان حالت را حفظ می‌کند.

Tạp chí Doanh Nghiệp•16/08/2025

اهمیت رسانایی حرارتی در فناوری مدرن

در علم مواد، کریستال‌ها و شیشه‌ها که گرما را به روش‌های مخالف پردازش می‌کنند، پایه و اساس بسیاری از فناوری‌های معاصر هستند. از کوچک‌سازی قطعات الکترونیکی گرفته تا افزایش راندمان بازیابی گرمای تلف‌شده برای تولید انرژی و افزایش طول عمر سپرهای حرارتی هوافضا، همه به درک چگونگی تأثیر آرایش اتمی بر انتقال حرارت بستگی دارند.

به گفته میشل سیمونچلی - استادیار دانشکده مهندسی دانشگاه کلمبیا - تیم تحقیقاتی از مکانیک کوانتومی به این مسئله نزدیک شد و از هوش مصنوعی برای حل دقیق معادلات اساسی استفاده کرد.

اکتشافات از شهاب سنگ ها و مریخ

در مقاله‌ای که در 11 جولای در مجموعه مقالات آکادمی ملی علوم (PNAS) منتشر شد، سیمونچلی و همکارانش نیکولا مارزاری (EPFL لوزان) و فرانچسکو مائوری (دانشگاه ساپینزا رم) وجود یک ماده هیبریدی بین کریستال و شیشه را پیش‌بینی کردند. این پیش‌بینی بعداً توسط تیمی از دانشگاه سوربن (فرانسه) تأیید شد.

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

افزایش بی‌نظمی در ساختار اتمی یک ماده، رسانایی حرارتی ماکروسکوپی آن را تحت تأثیر قرار می‌دهد - خاصیتی که برای فناوری‌های مدیریت حرارتی مهم است. مواد مورد مطالعه شامل تریدیمیت شهاب‌سنگ بلوری (چپ)، یک فاز تریدیمیت با نظم پیوند بلوری و هندسه پیوند آمورف (مرکز) و یک شیشه سیلیس کاملاً آمورف (راست) هستند. قرمز نشان دهنده اکسیژن (O)، آبی نشان دهنده سیلیکون (Si) است و آرایش‌های چهاروجهی رایج SiO4 با رنگ آبی برجسته شده‌اند. منبع: آزمایشگاه سیمونچلی.

نکته‌ی خاص این است که این ماده‌ی منحصر به فرد در شهاب‌سنگ‌ها و حتی در مریخ یافت شده است. مکانیسم انتقال حرارت غیرمعمول آن نویدبخش مسیرهای جدیدی برای طراحی موادی است که می‌توانند در برابر اختلاف دمای شدید مقاومت کنند و سرنخ‌های مهمی در مورد تاریخچه‌ی حرارتی سیارات ارائه دهند.

سیلیس شهاب سنگی و ثابت حرارتی نادر

بر اساس پیش‌بینی‌های سال ۲۰۱۹، این تیم مشخص کرد که نوع خاصی از دی‌اکسید سیلیکون به نام «تریدیمیت» - که اولین بار در دهه ۱۹۶۰ توصیف شد - ماده هیبریدی است. این نمونه از شهاب‌سنگی که در سال ۱۷۲۴ در اشتاینباخ آلمان سقوط کرد، استخراج شده و با اجازه موزه تاریخ طبیعی پاریس مورد مطالعه قرار گرفته است.

نتایج نشان داد که تریدیمیت شهاب‌سنگ دارای ساختار اتمی است که بین یک بلور منظم و یک شیشه آمورف قرار دارد. نکته قابل توجه این است که رسانایی حرارتی آن بین ۸۰ کلوین و ۳۸۰ کلوین ثابت می‌ماند - امری نادر در دنیای مواد.

کاربردهای بالقوه در صنعت فولاد

این کشف فراتر از ارزش علمی‌اش، چشم‌اندازهای عملی نیز ایجاد می‌کند. تیم تحقیقاتی پیش‌بینی می‌کند که تریدیمیت می‌تواند در طول فرآیند پیرسازی حرارتی چند دهه‌ای در آجرهای نسوز در کوره‌های فولادسازی تشکیل شود. با توجه به اینکه ۱ کیلوگرم فولاد تولید شده ۱.۳ کیلوگرم CO₂ منتشر می‌کند، و تقریباً ۱ میلیارد تن فولاد در سال حدود ۷٪ از انتشار کربن در ایالات متحده را تشکیل می‌دهد، این ماده جدید می‌تواند به کنترل بهتر گرما کمک کند و در نتیجه انتشار گازهای گلخانه‌ای در صنعت فولاد را کاهش دهد.

هوش مصنوعی، مکانیک کوانتومی و آینده کنترل گرما

سیمونچلی گفت که تیمش از یادگیری ماشینی برای غلبه بر محدودیت‌های محاسباتی روش‌های سنتی استفاده کرده و انتقال حرارت را با دقت کوانتومی شبیه‌سازی کرده است. این مکانیسم‌ها نه تنها راز انتقال حرارت در مواد هیبریدی را روشن می‌کنند، بلکه راه را برای فناوری‌های جدید مانند دستگاه‌های ترموالکتریک پوشیدنی، محاسبات نورومورفیک و اسپینترونیک هموار می‌کنند.

سیمونچلی تأکید کرد: «این تازه آغاز راه است. این ماده نه تنها نظریه فعلی را به چالش می‌کشد، بلکه آینده کنترل گرما را برای بسیاری از صنایع رقم می‌زند.»

لا خه (طبق گفته SciTechDaily)

منبع: 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