Oamenii de știință sunt uimiți de substanța misterioasă care a căzut pe Pământ, dezvăluind secretul modului în care căldura se mișcă în spațiu.

Importanța conductivității termice în tehnologia modernă

În știința materialelor, cristalele și sticla, care procesează căldura în moduri opuse, stau la baza multor tehnologii contemporane. De la miniaturizarea electronicii, la creșterea eficienței recuperării căldurii reziduale pentru energie, până la extinderea duratei de viață a scuturilor termice aerospațiale, toate depind de înțelegerea modului în care aranjamentul atomic afectează transferul de căldură.

Potrivit lui Michele Simoncelli – profesor asistent la Universitatea Columbia Engineering – echipa de cercetare a abordat problema din mecanica cuantică și a aplicat inteligența artificială pentru a rezolva cu precizie ecuațiile subiacente.

Descoperiri de la meteoriți și Marte

Într-un articol publicat pe 11 iulie în Proceedings of the National Academy of Sciences (PNAS), Simoncelli și colegii săi, Nicola Marzari (EPFL Lausanne) și Francesco Mauri (Universitatea Sapienza din Roma), au prezis existența unui material hibrid între cristal și sticlă. Această predicție a fost confirmată ulterior de o echipă de la Universitatea Sorbona (Franța).

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

Dezordinea crescută în structura atomică a unui material afectează conductivitatea sa termică macroscopică - o proprietate importantă pentru tehnologiile de management termic. Materialele studiate includ tridimit cristalin de meteorit (stânga), o fază tridimită cu ordin de legături cristaline și geometrie amorfă a legăturilor (centru) și o sticlă de silice complet amorfă (dreapta). Roșul reprezintă oxigenul (O), albastrul reprezintă siliciul (Si), iar aranjamentele tetraedrice comune de SiO4 sunt evidențiate cu albastru. Credit: Simoncelli Lab.

Ceea ce este special este faptul că acest material unic a fost descoperit în meteoriți și chiar pe Marte. Mecanismul său neobișnuit de transfer de căldură promite să deschidă noi direcții pentru proiectarea materialelor care pot rezista la diferențe extreme de temperatură și oferă indicii importante despre istoria termică a planetelor.

Silice meteoritică și constanta termică rară

Pe baza predicțiilor din 2019, echipa a stabilit că o formă specială de dioxid de siliciu numită „tridimit” – descrisă pentru prima dată în anii 1960 – era materialul hibrid. Proba a fost extrasă dintr-un meteorit căzut în Steinbach, Germania, în 1724 și a fost studiată cu permisiunea Muzeului de Istorie Naturală din Paris.

Rezultatele au arătat că tridimita meteorită posedă o structură atomică situată între un cristal ordonat și un sticlă amorfă. În mod remarcabil, conductivitatea sa termică rămâne constantă între 80 K și 380 K – o raritate în lumea materialelor.

Aplicații potențiale în industria siderurgică

Dincolo de valoarea sa științifică, descoperirea deschide și perspective practice. Echipa de cercetare prezice că tridimita s-ar putea forma în timpul procesului de îmbătrânire termică, care durează decenii, în cărămizile refractare din cuptoarele de fabricare a oțelului. Având în vedere că 1 kg de oțel produs emite 1,3 kg de CO₂, aproape 1 miliard de tone de oțel reprezentând anual aproximativ 7% din emisiile de carbon din Statele Unite, acest nou material ar putea contribui la un mai bun control al căldurii, reducând astfel emisiile din industria siderurgică.

Inteligența artificială, mecanica cuantică și viitorul controlului căldurii

Simoncelli a spus că echipa sa a folosit învățarea automată pentru a depăși limitele de calcul ale metodelor tradiționale, simulând transferul de căldură cu precizie cuantică. Aceste mecanisme nu numai că aruncă lumină asupra misterului transferului de căldură în materialele hibride, dar deschid și calea pentru noi tehnologii, cum ar fi dispozitivele termoelectrice purtabile, calculul neuromorfic și spintronica.

„Acesta este doar începutul. Acest material nu numai că pune sub semnul întrebării teoria actuală, dar deschide și viitorul controlului termic pentru multe industrii”, a subliniat Simoncelli.

La Khe (conform SciTechDaily)

Sursă: 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