Pentingnya konduksi termal dalam teknologi modern
Dalam ilmu material, kristal dan kaca, yang memproses panas dengan cara yang berlawanan, merupakan fondasi bagi banyak teknologi kontemporer. Mulai dari miniaturisasi elektronik, peningkatan efisiensi pemanfaatan panas buang untuk energi, hingga memperpanjang masa pakai pelindung panas dirgantara, semuanya bergantung pada pemahaman tentang bagaimana susunan atom memengaruhi perpindahan panas.
Menurut Michele Simoncelli – asisten profesor di Columbia University Engineering – tim peneliti mendekati masalah tersebut dari mekanika kuantum dan menerapkan kecerdasan buatan untuk memecahkan persamaan yang mendasarinya secara akurat.
Penemuan dari meteorit dan Mars
Dalam sebuah makalah yang diterbitkan pada 11 Juli di Proceedings of the National Academy of Sciences (PNAS), Simoncelli dan rekan-rekannya, Nicola Marzari (EPFL Lausanne) dan Francesco Mauri (Universitas Sapienza Roma), memprediksi keberadaan material hibrida antara kristal dan kaca. Prediksi ini kemudian dikonfirmasi oleh tim dari Universitas Sorbonne (Prancis).
Peningkatan ketidakteraturan dalam struktur atom suatu material memengaruhi konduktivitas termal makroskopisnya—suatu sifat penting bagi teknologi manajemen termal. Material yang diteliti meliputi tridimit meteorit kristal (kiri), fase tridimit dengan tatanan ikatan kristal dan geometri ikatan amorf (tengah), dan kaca silika yang sepenuhnya amorf (kanan). Merah mewakili oksigen (O), biru mewakili silikon (Si), dan susunan tetrahedral SiO4 yang umum disorot dengan warna biru. Kredit: Laboratorium Simoncelli.
Keistimewaannya adalah material unik ini telah ditemukan di meteorit dan bahkan di Mars. Mekanisme perpindahan panasnya yang unik menjanjikan akan membuka arah baru dalam merancang material yang mampu menahan perbedaan suhu ekstrem dan memberikan petunjuk penting tentang sejarah termal planet.
Silika meteorit dan konstanta termal yang langka
Berdasarkan prediksi dari tahun 2019, tim tersebut menentukan bahwa bentuk khusus silikon dioksida yang disebut "tridimit" – yang pertama kali dideskripsikan pada tahun 1960-an – adalah material hibrida tersebut. Sampel tersebut ditambang dari sebuah meteorit yang jatuh di Steinbach, Jerman, pada tahun 1724 dan dipelajari dengan izin dari Museum Sejarah Alam Paris.
Hasil penelitian menunjukkan bahwa tridimit meteorit memiliki struktur atom yang terletak di antara kristal teratur dan kaca amorf. Hebatnya, konduktivitas termalnya tetap konstan antara 80 K dan 380 K – suatu hal yang langka di dunia material.
Potensi aplikasi dalam industri baja
Selain nilai ilmiahnya, penemuan ini juga membuka prospek praktis. Tim peneliti memperkirakan bahwa tridimit dapat terbentuk selama proses penuaan termal yang berlangsung selama puluhan tahun pada bata tahan api di tungku pembuatan baja. Mengingat 1 kg baja yang diproduksi menghasilkan 1,3 kg CO₂, dengan hampir 1 miliar ton baja setiap tahun menyumbang sekitar 7% emisi karbon di Amerika Serikat, material baru ini dapat berkontribusi pada pengendalian panas yang lebih baik, sehingga mengurangi emisi di industri baja.
AI, mekanika kuantum, dan masa depan pengendalian panas
Simoncelli mengatakan timnya menggunakan pembelajaran mesin untuk mengatasi keterbatasan komputasi metode tradisional, mensimulasikan perpindahan panas dengan presisi kuantum. Mekanisme ini tidak hanya mengungkap misteri perpindahan panas dalam material hibrida, tetapi juga membuka jalan bagi teknologi baru seperti perangkat termoelektrik yang dapat dikenakan, komputasi neuromorfik, dan spintronik.
"Ini baru permulaan. Material ini tidak hanya menantang teori yang ada, tetapi juga membuka masa depan pengendalian panas bagi banyak industri," tegas Simoncelli.
Source: 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
Komentar (0)