Para saintis kagum dengan bahan misteri yang jatuh ke Bumi, mendedahkan rahsia bagaimana haba bergerak di angkasa.

Kepentingan pengaliran haba dalam teknologi moden

Dalam sains bahan, kristal dan gelas, yang memproses haba dengan cara yang bertentangan, adalah asas kepada banyak teknologi kontemporari. Daripada mengecilkan elektronik, kepada meningkatkan kecekapan memulihkan haba sisa untuk tenaga, kepada memanjangkan hayat pelindung haba aeroangkasa, semuanya bergantung pada pemahaman bagaimana susunan atom mempengaruhi pemindahan haba.

Menurut Michele Simoncelli - penolong profesor di Columbia University Engineering - pasukan penyelidik mendekati masalah dari mekanik kuantum dan menggunakan kecerdasan buatan untuk menyelesaikan persamaan asas dengan tepat.

Penemuan daripada meteorit dan Marikh

Dalam kertas kerja yang diterbitkan pada 11 Julai dalam Prosiding Akademi Sains Kebangsaan (PNAS), Simoncelli dan rakan-rakannya Nicola Marzari (EPFL Lausanne) dan Francesco Mauri (Sapienza University of Rome) meramalkan kewujudan bahan hibrid antara kristal dan kaca. Ramalan ini kemudiannya disahkan oleh pasukan dari Universiti Sorbonne (Perancis).

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

Kecelaruan yang meningkat dalam struktur atom bahan menjejaskan kekonduksian terma makroskopiknya—sifat yang penting untuk teknologi pengurusan haba. Bahan yang dikaji termasuk tridimit meteorit kristal (kiri), fasa tridimit dengan susunan ikatan kristal dan geometri ikatan amorfus (tengah), dan kaca silika amorfus sepenuhnya (kanan). Merah mewakili oksigen (O), biru mewakili silikon (Si), dan susunan tetrahedral SiO4 biasa diserlahkan dengan warna biru. Kredit: Simoncelli Lab.

Apa yang istimewa ialah bahan unik ini telah ditemui dalam meteorit dan juga di Marikh. Mekanisme pemindahan haba yang luar biasa menjanjikan untuk membuka arah baharu untuk mereka bentuk bahan yang boleh menahan perbezaan suhu yang melampau dan memberikan petunjuk penting tentang sejarah haba planet.

Meteorit silika dan pemalar haba yang jarang berlaku

Berdasarkan ramalan dari 2019, pasukan itu menentukan bahawa bentuk khas silikon dioksida yang dipanggil "tridymite" - pertama kali diterangkan pada tahun 1960-an - adalah bahan hibrid. Sampel itu dilombong daripada meteorit yang jatuh di Steinbach, Jerman, pada tahun 1724 dan telah dikaji dengan kebenaran dari Muzium Sejarah Alam Paris.

Keputusan menunjukkan bahawa tridimit meteorit mempunyai struktur atom yang terletak di antara kristal tersusun dan kaca amorf. Hebatnya, kekonduksian termanya kekal malar antara 80 K dan 380 K – jarang berlaku dalam dunia bahan.

Aplikasi yang berpotensi dalam industri keluli

Di luar nilai saintifiknya, penemuan itu juga membuka prospek praktikal. Pasukan penyelidik meramalkan bahawa tridimit boleh terbentuk semasa proses penuaan haba selama beberapa dekad dalam batu bata refraktori dalam relau pembuatan keluli. Memandangkan 1 kg keluli yang dihasilkan mengeluarkan 1.3 kg CO₂, dengan hampir 1 bilion tan keluli setiap tahun menyumbang kira-kira 7% daripada pelepasan karbon di Amerika Syarikat, bahan baharu ini boleh menyumbang kepada kawalan haba yang lebih baik, sekali gus mengurangkan pelepasan dalam industri keluli.

AI, mekanik kuantum dan masa depan kawalan haba

Simoncelli berkata pasukannya menggunakan pembelajaran mesin untuk mengatasi batasan pengiraan kaedah tradisional, mensimulasikan pemindahan haba dengan ketepatan kuantum. Mekanisme ini bukan sahaja memberi penerangan tentang misteri pemindahan haba dalam bahan hibrid, tetapi juga membuka jalan untuk teknologi baharu seperti peranti termoelektrik boleh pakai, pengkomputeran neuromorfik dan spintronics.

"Ini hanyalah permulaan. Bahan ini bukan sahaja mencabar teori semasa tetapi juga membuka masa depan kawalan haba untuk banyak industri," Simoncelli menekankan.

La Khe (Menurut SciTechDaily)

Sumber: 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/2025030808