Ученые поражены загадочным материалом, упавшим на Землю, который раскрывает секрет перемещения тепла во Вселенной.

DNVN - Этот материал не является ни полностью кристаллическим, ни полностью стеклянным, а существует в гибридной форме, проводя тепло беспрецедентным способом: сохраняя одно и то же состояние при повышении или понижении температуры.

Tạp chí Doanh Nghiệp•16/08/2025

Значение теплопроводности в современных технологиях

В материаловедении кристаллы и стекла, которые проводят тепло противоположным образом, служат основой многих современных технологий. От миниатюризации электроники до повышения эффективности рекуперации отходящего тепла в энергию и продления срока службы теплозащитных экранов аэрокосмической техники – всё зависит от понимания того, как расположение атомов влияет на теплопередачу.

По словам Микеле Симончелли, доцента инженерного факультета Колумбийского университета, исследовательская группа подошла к проблеме с точки зрения квантовой механики и применила искусственный интеллект для точного решения основных уравнений.

Открытия метеоритов и Марса

В статье, опубликованной 11 июля в журнале Proceedings of the National Academy of Sciences (PNAS), Симончелли и его коллеги Никола Марцари (Федеральная политехническая школа Лозанны) и Франческо Маури (Римский университет Ла Сапиенца) предсказали существование гибридного материала, представляющего собой смесь кристалла и стекла. Это предсказание позднее было подтверждено группой учёных из Сорбоннского университета во Франции.

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

Повышенный беспорядок в атомной структуре материала влияет на его макроскопическую теплопроводность — свойство, важное для технологий терморегулирования. Изученные материалы включают кристаллический метеоритный тридимит (слева), фазу тридимита с кристаллическим порядком связей и аморфной геометрией связей (в центре) и полностью аморфное кварцевое стекло (справа). Красный цвет соответствует кислороду (O), синий — кремнию (Si), а распространённые тетраэдрические структуры SiO4 выделены синим цветом. Источник: Simoncelli Lab.

Примечательно, что этот уникальный материал был обнаружен в метеоритах и даже на Марсе. Его необычный механизм теплопередачи обещает открыть новые направления в разработке материалов, способных выдерживать экстремальные перепады температур, и дать важную информацию о тепловой истории планет.

Метеоритный кремний и редкая тепловая константа

Основываясь на прогнозах 2019 года, группа определила, что гибридным материалом является особая форма диоксида кремния, называемая «тридимит», впервые описанная в 1960-х годах. Образец был добыт из метеорита, упавшего в Штайнбахе (Германия) в 1724 году, и изучался с разрешения Парижского музея естественной истории.

Результаты показали, что метеоритный тридимит обладает атомной структурой, находящейся между упорядоченным кристаллом и аморфным стеклом. Примечательно, что его теплопроводность остаётся постоянной в диапазоне температур от 80 до 380 К, что является редкостью в мире материалов.

Потенциальные возможности применения в сталелитейной промышленности

Помимо научной ценности, это открытие открывает и практические перспективы. Ученые прогнозируют, что тридимит может образовываться в течение десятилетий термического старения огнеупорных кирпичей в сталеплавильных печах. Учитывая, что 1 кг произведенной стали выделяет 1,3 кг CO₂, а на производство почти 1 миллиарда тонн стали ежегодно приходится около 7% выбросов углерода в США, этот новый материал может способствовать улучшению терморегулирования, тем самым снижая выбросы в сталелитейной промышленности.

ИИ, квантовая механика и будущее управления теплом

Симончелли рассказал, что его команда использовала машинное обучение для преодоления вычислительных ограничений традиционных методов, моделируя теплопередачу с квантовой точностью. Эти механизмы не только проливают свет на тайну теплопередачи в гибридных материалах, но и открывают путь для новых технологий, таких как носимые термоэлектрические устройства, нейроморфные вычисления и спинтроника.

«Это только начало. Этот материал не только бросает вызов существующей теории, но и открывает будущее терморегулирования для многих отраслей», — подчеркнул Симончелли.

Ла Кхе (по данным 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