Wetenschappers staan ​​versteld van de mysterieuze substantie die op aarde is neergestort en die het geheim onthult van de manier waarop warmte zich door de ruimte verplaatst.

DNVN - Dit materiaal is noch volledig kristallijn, noch volledig glas, maar bestaat in een hybride vorm, die warmte op een ongekende manier geleidt: het behoudt dezelfde toestand, ongeacht of de temperatuur stijgt of daalt.

Het belang van thermische geleiding in moderne technologie

In de materiaalkunde vormen kristallen en glas, die warmte op tegengestelde manieren verwerken, de basis van veel hedendaagse technologieën. Van het miniaturiseren van elektronica tot het verhogen van de efficiëntie van het terugwinnen van restwarmte voor energie en het verlengen van de levensduur van hitteschilden in de lucht- en ruimtevaart, alles hangt af van inzicht in hoe atomaire ordening de warmteoverdracht beïnvloedt.

Volgens Michele Simoncelli, universitair docent aan de Columbia University Engineering, benaderde het onderzoeksteam het probleem vanuit de kwantummechanica en paste kunstmatige intelligentie toe om de onderliggende vergelijkingen nauwkeurig op te lossen.

Ontdekkingen van meteorieten en Mars

In een artikel gepubliceerd op 11 juli in de Proceedings of the National Academy of Sciences (PNAS) voorspelden Simoncelli en zijn collega's Nicola Marzari (EPFL Lausanne) en Francesco Mauri (Universiteit Sapienza Rome) het bestaan ​​van een hybride materiaal tussen een kristal en een glas. Deze voorspelling werd later bevestigd door een team van de Sorbonne-universiteit (Frankrijk).

Een verhoogde wanorde in de atomaire structuur van een materiaal beïnvloedt de macroscopische thermische geleidbaarheid – een belangrijke eigenschap voor technologieën voor thermisch beheer. De bestudeerde materialen omvatten kristallijn meteoriettridymiet (links), een tridymietfase met een kristallijne bindingsorde en amorfe bindingsgeometrie (midden) en een volledig amorf silicaglas (rechts). Rood staat voor zuurstof (O), blauw voor silicium (Si), en veelvoorkomende SiO4-tetraëdrische structuren zijn blauw gemarkeerd. Bron: Simoncelli Lab.

Het bijzondere is dat dit unieke materiaal is aangetroffen in meteorieten en zelfs op Mars. Het ongewone warmteoverdrachtsmechanisme belooft nieuwe mogelijkheden te bieden voor het ontwerpen van materialen die extreme temperatuurverschillen kunnen weerstaan ​​en belangrijke aanwijzingen kunnen geven over de thermische geschiedenis van planeten.

Meteorietsilica en de zeldzame thermische constante

Op basis van voorspellingen uit 2019 stelde het team vast dat een speciale vorm van siliciumdioxide, genaamd "tridymiet", – voor het eerst beschreven in de jaren 60 – het hybride materiaal was. Het monster werd gewonnen uit een meteoriet die in 1724 in Steinbach, Duitsland, insloeg en werd met toestemming van het Natuurhistorisch Museum van Parijs bestudeerd.

De resultaten toonden aan dat de meteoriet-tridymiet een atomaire structuur heeft die tussen een geordend kristal en een amorf glas ligt. Opmerkelijk genoeg blijft de thermische geleidbaarheid constant tussen 80 K en 380 K – een zeldzaamheid in de wereld van materialen.

Mogelijke toepassingen in de staalindustrie

Naast de wetenschappelijke waarde opent de ontdekking ook praktische perspectieven. Het onderzoeksteam voorspelt dat tridymiet zich zou kunnen vormen tijdens het decennialange thermische verouderingsproces in vuurvaste stenen in staalovens. Aangezien 1 kg geproduceerd staal 1,3 kg CO₂ uitstoot, en bijna 1 miljard ton staal per jaar goed is voor ongeveer 7% van de CO₂-uitstoot in de Verenigde Staten, zou dit nieuwe materiaal kunnen bijdragen aan een betere warmtebeheersing en daarmee de uitstoot in de staalindustrie kunnen verminderen.

AI, kwantummechanica en de toekomst van warmtebeheersing

Simoncelli zei dat zijn team machine learning gebruikte om de computationele beperkingen van traditionele methoden te overwinnen en warmteoverdracht met kwantumprecisie te simuleren. Deze mechanismen werpen niet alleen licht op het mysterie van warmteoverdracht in hybride materialen, maar effenen ook de weg voor nieuwe technologieën zoals draagbare thermo-elektrische apparaten, neuromorfische computing en spintronica.

"Dit is nog maar het begin. Dit materiaal daagt niet alleen de huidige theorie uit, maar opent ook de weg naar de toekomst van warmtebeheersing voor veel industrieën", benadrukte Simoncelli.

La Khe (volgens SciTechDaily)

Bron: 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