Naukowcy są zdumieni tajemniczą substancją, która spadła na Ziemię, ujawniając tajemnicę przemieszczania się ciepła w kosmosie.

DNVN - Materiał ten nie jest ani całkowicie krystaliczny, ani całkowicie szklany, ale występuje w formie hybrydowej i przewodzi ciepło w niespotykany dotąd sposób: utrzymuje ten sam stan, gdy temperatura rośnie lub spada.

Znaczenie przewodzenia ciepła w nowoczesnej technologii

W materiałoznawstwie kryształy i szkła, które przetwarzają ciepło w przeciwny sposób, stanowią podstawę wielu współczesnych technologii. Od miniaturyzacji elektroniki, przez zwiększenie efektywności odzyskiwania ciepła odpadowego w celu uzyskania energii, po wydłużenie żywotności osłon termicznych w przemyśle lotniczym i kosmicznym – wszystko zależy od zrozumienia, jak układ atomów wpływa na wymianę ciepła.

Według Michele Simoncelli – adiunkta na Wydziale Inżynierii Uniwersytetu Columbia – zespół badawczy podszedł do problemu od strony mechaniki kwantowej i zastosował sztuczną inteligencję, aby dokładnie rozwiązać podstawowe równania.

Odkrycia z meteorytów i Marsa

W artykule opublikowanym 11 lipca w czasopiśmie „Proceedings of the National Academy of Sciences” (PNAS), Simoncelli i jego współpracownicy, Nicola Marzari (EPFL Lozanna) i Francesco Mauri (Uniwersytet La Sapienza w Rzymie), przewidzieli istnienie materiału hybrydowego łączącego kryształ ze szkłem. Przewidywanie to zostało później potwierdzone przez zespół z Uniwersytetu Sorbona (Francja).

Zwiększony nieporządek w strukturze atomowej materiału wpływa na jego makroskopowe przewodnictwo cieplne – właściwość istotną dla technologii zarządzania temperaturą. Badane materiały obejmują krystaliczny meteoryt trydymit (po lewej), fazę trydymitu o uporządkowaniu wiązań krystalicznych i amorficznej geometrii wiązań (w środku) oraz całkowicie amorficzne szkło krzemionkowe (po prawej). Kolor czerwony oznacza tlen (O), niebieski krzem (Si), a typowe układy tetraedryczne SiO4 zaznaczono na niebiesko. Źródło: Simoncelli Lab.

Co wyjątkowe, ten unikalny materiał został znaleziony w meteorytach, a nawet na Marsie. Jego niezwykły mechanizm wymiany ciepła obiecuje otworzyć nowe kierunki w projektowaniu materiałów odpornych na ekstremalne różnice temperatur i dostarczyć ważnych wskazówek na temat historii termicznej planet.

Krzemionka meteorytowa i rzadka stała termiczna

Na podstawie przewidywań z 2019 roku zespół ustalił, że materiałem hybrydowym jest specjalna forma dwutlenku krzemu zwana „trydymitem” – opisana po raz pierwszy w latach 60. XX wieku. Próbka została wydobyta z meteorytu, który spadł w Steinbach w Niemczech w 1724 roku i została zbadana za zgodą Muzeum Historii Naturalnej w Paryżu.

Wyniki pokazały, że meteoryt trydymit posiada strukturę atomową plasującą się pomiędzy uporządkowanym kryształem a szkłem amorficznym. Co ciekawe, jego przewodność cieplna pozostaje stała w zakresie od 80 K do 380 K – co jest rzadkością w świecie materiałów.

Potencjalne zastosowania w przemyśle stalowym

Oprócz wartości naukowej, odkrycie otwiera również perspektywy praktyczne. Zespół badawczy przewiduje, że trydymit może powstawać w wyniku trwającego dziesiątki lat procesu starzenia termicznego cegieł ogniotrwałych w piecach hutniczych. Biorąc pod uwagę, że 1 kg wyprodukowanej stali emituje 1,3 kg CO₂, a prawie miliard ton stali rocznie odpowiada za około 7% emisji dwutlenku węgla w Stanach Zjednoczonych, ten nowy materiał może przyczynić się do lepszej kontroli ciepła, a tym samym do zmniejszenia emisji w przemyśle stalowym.

Sztuczna inteligencja, mechanika kwantowa i przyszłość kontroli ciepła

Simoncelli powiedział, że jego zespół wykorzystał uczenie maszynowe do pokonania ograniczeń obliczeniowych tradycyjnych metod, symulując wymianę ciepła z kwantową precyzją. Mechanizmy te nie tylko rzucają światło na tajemnicę wymiany ciepła w materiałach hybrydowych, ale także torują drogę nowym technologiom, takim jak przenośne urządzenia termoelektryczne, komputery neuromorficzne i spintronika.

„To dopiero początek. Ten materiał nie tylko podważa obecną teorię, ale także otwiera przyszłość kontroli ciepła dla wielu branż” – podkreślił Simoncelli.

La Khe (według SciTechDaily)

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