Οι επιστήμονες μένουν έκπληκτοι από το μυστηριώδες υλικό που έπεσε στη Γη, αποκαλύπτοντας το μυστικό για το πώς κινείται η θερμότητα στο σύμπαν.

DNVN - Αυτό το υλικό δεν είναι ούτε εντελώς κρυσταλλικό ούτε εντελώς γυάλινο, αλλά υπάρχει σε υβριδική μορφή, αγωγώντας θερμότητα με έναν πρωτοφανή τρόπο: Διατηρώντας την ίδια κατάσταση καθώς η θερμοκρασία αυξάνεται ή μειώνεται.

Η Σημασία της Θερμικής Αγωγιμότητας στη Σύγχρονη Τεχνολογία

Στην επιστήμη των υλικών, οι κρύσταλλοι και τα γυαλιά, τα οποία επεξεργάζονται τη θερμότητα με αντίθετους τρόπους, αποτελούν τη βάση για πολλές σύγχρονες τεχνολογίες. Από τη σμίκρυνση των ηλεκτρονικών, έως την αύξηση της αποδοτικότητας της ανάκτησης της απορριπτόμενης θερμότητας σε ενέργεια, έως την παράταση της διάρκειας ζωής των αεροδιαστημικών θερμικών ασπίδων, όλα εξαρτώνται από την κατανόηση του τρόπου με τον οποίο η ατομική διάταξη επηρεάζει τη μεταφορά θερμότητας.

Σύμφωνα με τον Michele Simoncelli – επίκουρο καθηγητή στο Πανεπιστήμιο Columbia Engineering – η ερευνητική ομάδα προσέγγισε το πρόβλημα από την κβαντομηχανική και εφάρμοσε τεχνητή νοημοσύνη για να λύσει με ακρίβεια τις υποκείμενες εξισώσεις.

Ανακαλύψεις από μετεωρίτες και τον Άρη

Σε μια εργασία που δημοσιεύτηκε στις 11 Ιουλίου στα Πρακτικά της Εθνικής Ακαδημίας Επιστημών (PNAS), ο Simoncelli και οι συνάδελφοί του Nicola Marzari (EPFL Lausanne) και Francesco Mauri (Πανεπιστήμιο Sapienza της Ρώμης) προέβλεψαν την ύπαρξη ενός υβριδικού υλικού μεταξύ ενός κρυστάλλου και ενός γυαλιού. Αυτή η πρόβλεψη επιβεβαιώθηκε αργότερα από μια ομάδα του Πανεπιστημίου της Σορβόννης στη Γαλλία.

Η αυξημένη αταξία στην ατομική δομή ενός υλικού επηρεάζει τη μακροσκοπική θερμική αγωγιμότητά του—μια ιδιότητα σημαντική για τις τεχνολογίες θερμικής διαχείρισης. Τα υλικά που μελετήθηκαν περιλαμβάνουν κρυσταλλικό τριδυμίτη μετεωρίτη (αριστερά), μια φάση τριδυμίτη με κρυσταλλική τάξη δεσμών και άμορφη γεωμετρία δεσμών (κέντρο) και ένα εντελώς άμορφο πυριτικό γυαλί (δεξιά). Το κόκκινο αντιπροσωπεύει το οξυγόνο (O), το μπλε αντιπροσωπεύει το πυρίτιο (Si) και οι συνήθεις τετραεδρικές διατάξεις SiO4 επισημαίνονται με μπλε χρώμα. Πίστωση: Simoncelli Lab.

Αυτό που είναι ξεχωριστό είναι ότι αυτό το μοναδικό υλικό έχει βρεθεί σε μετεωρίτες, ακόμη και στον Άρη. Ο ασυνήθιστος μηχανισμός μεταφοράς θερμότητας που διαθέτει υπόσχεται να ανοίξει νέες κατευθύνσεις για το σχεδιασμό υλικών που μπορούν να αντέξουν σε ακραίες διαφορές θερμοκρασίας και να παράσχει σημαντικές ενδείξεις για την θερμική ιστορία των πλανητών.

Πυριτικό μετεωρίτη και η σπάνια θερμική σταθερά

Με βάση τις προβλέψεις του 2019, η ομάδα διαπίστωσε ότι μια ειδική μορφή διοξειδίου του πυριτίου που ονομάζεται «τριδυμίτης» —που περιγράφηκε για πρώτη φορά τη δεκαετία του 1960— ήταν το υβριδικό υλικό. Το δείγμα εξορύχθηκε από έναν μετεωρίτη που έπεσε στο Στάινμπαχ της Γερμανίας το 1724 και μελετήθηκε με άδεια από το Μουσείο Φυσικής Ιστορίας του Παρισιού.

Τα αποτελέσματα έδειξαν ότι ο τριδυμίτης του μετεωρίτη διαθέτει μια ατομική δομή που βρίσκεται ανάμεσα σε έναν διατεταγμένο κρύσταλλο και ένα άμορφο γυαλί. Είναι αξιοσημείωτο ότι η θερμική του αγωγιμότητα παραμένει σταθερή μεταξύ 80 K και 380 K - κάτι σπάνιο στον κόσμο των υλικών.

Πιθανές εφαρμογές στη χαλυβουργία

Πέρα από την επιστημονική της αξία, η ανακάλυψη ανοίγει και πρακτικές προοπτικές. Η ομάδα προβλέπει ότι ο τριδυμίτης θα μπορούσε να σχηματιστεί κατά τη διάρκεια δεκαετιών θερμικής γήρανσης σε πυρίμαχα τούβλα σε κλιβάνους χαλυβουργίας. Δεδομένου ότι 1 κιλό χάλυβα που παράγεται εκπέμπει 1,3 κιλά CO₂, με σχεδόν 1 δισεκατομμύριο τόνους χάλυβα κάθε χρόνο να αντιπροσωπεύουν περίπου το 7% των εκπομπών άνθρακα στις Ηνωμένες Πολιτείες, αυτό το νέο υλικό θα μπορούσε να συμβάλει στον καλύτερο έλεγχο της θερμότητας, μειώνοντας έτσι τις εκπομπές στη χαλυβουργία.

Τεχνητή Νοημοσύνη, κβαντομηχανική και το μέλλον του ελέγχου θερμότητας

Ο Simoncelli δήλωσε ότι η ομάδα του χρησιμοποίησε τη μηχανική μάθηση για να ξεπεράσει τους υπολογιστικούς περιορισμούς των παραδοσιακών μεθόδων, προσομοιώνοντας τη μεταφορά θερμότητας με κβαντική ακρίβεια. Αυτοί οι μηχανισμοί όχι μόνο ρίχνουν φως στο μυστήριο της μεταφοράς θερμότητας σε υβριδικά υλικά, αλλά ανοίγουν και το δρόμο για νέες τεχνολογίες όπως οι φορητές θερμοηλεκτρικές συσκευές, η νευρομορφική υπολογιστική και η σπιντρονική.

«Αυτή είναι μόνο η αρχή. Αυτό το υλικό όχι μόνο αμφισβητεί την τρέχουσα θεωρία, αλλά ανοίγει και το μέλλον του θερμικού ελέγχου για πολλές βιομηχανίες», τόνισε ο Simoncelli.

Λα Κε (Σύμφωνα με το SciTechDaily)

Πηγή: 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