Ученые поражены загадочным веществом, упавшим на Землю, которое раскрывает секрет перемещения тепла в космосе.

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.

Значение теплопроводности в современных технологиях

В материаловедении кристаллы и стекла, которые проводят тепло противоположным образом, лежат в основе многих современных технологий. От миниатюризации электроники до повышения эффективности рекуперации отходящего тепла и продления срока службы теплозащитных экранов в аэрокосмической технике – 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 впоследствии подтвердила группа учёных из Сорбоннского университета (Франция).

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 имеет атомную структуру, находящуюся 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. Исследовательская группа прогнозирует, что тридимит может образовываться в ходе многолетнего процесса 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