과학자들은 지구로 떨어진 신비한 물질에 경탄하며, 우주에서 열이 어떻게 이동하는지에 대한 비밀을 밝혀냈습니다.

DNVN - 이 소재는 완전히 결정질도 아니고 완전히 유리도 아니지만, 혼합 형태로 존재하며 전례 없는 방식으로 열을 전도합니다. 즉, 온도가 증가하거나 감소하더라도 동일한 상태를 유지합니다.

현대 기술에서 열전도의 중요성

재료 과학 에서 열을 반대 방향으로 처리하는 결정과 유리는 여러 현대 기술의 기반이 됩니다. 전자 기기의 소형화부터 폐열의 에너지 회수 효율 향상, 항공우주용 열 차폐막의 수명 연장에 이르기까지, 이 모든 것은 원자 배열이 열 전달에 미치는 영향을 이해하는 데 달려 있습니다.

컬럼비아 대학교 공학과 조교수인 미셸 시몬첼리에 따르면, 연구팀은 양자역학을 통해 문제에 접근하고 인공지능을 적용하여 기본 방정식을 정확하게 풀었습니다.

운석과 화성에서 의 발견

7월 11일 미국 국립과학원 회보(PNAS)에 발표된 논문에서 시몬첼리와 그의 동료 니콜라 마르자리(EPFL 로잔), 프란체스코 마우리(로마 사피엔자 대학교)는 결정과 유리 사이의 하이브리드 물질의 존재를 예측했습니다. 이 예측은 이후 프랑스 소르본 대학교 연구팀에 의해 확인되었습니다.

재료의 원자 구조가 무질서하게 배열되면 거시적인 열전도도에 영향을 미치는데, 이는 열 관리 기술에 중요한 특성입니다. 연구 대상 재료는 결정질 운석 트리다이마이트(왼쪽), 결정질 결합 질서와 비정질 결합 구조를 가진 트리다이마이트 상(가운데), 그리고 완전히 비정질인 실리카 유리(오른쪽)입니다. 빨간색은 산소(O), 파란색은 실리콘(Si)을 나타내며, 일반적인 SiO4 사면체 배열은 파란색으로 강조되어 있습니다. 출처: Simoncelli Lab.

특별한 점은 이 독특한 물질이 운석은 물론 화성에서도 발견되었다는 것입니다. 이 물질의 독특한 열 전달 메커니즘은 극한의 온도 차이를 견디고 행성의 열 역사에 대한 중요한 단서를 제공할 수 있는 소재 설계에 새로운 방향을 제시할 것으로 기대됩니다.

운석 실리카와 희귀한 열 상수

연구팀은 2019년의 예측을 바탕으로 1960년대에 처음 보고된 "트리디마이트(tridymite)"라는 특수한 형태의 이산화규소가 이 하이브리드 물질임을 확인했습니다. 이 샘플은 1724년 독일 슈타인바흐에 떨어진 운석에서 채취되었으며, 파리 자연사 박물관의 허가를 받아 연구되었습니다.

연구 결과, 운석 트리다이마이트는 규칙적인 결정과 비정질 유리 사이의 원자 구조를 가지고 있음이 밝혀졌습니다. 놀랍게도 열전도도는 80K에서 380K 사이에서 일정하게 유지되는데, 이는 재료 계 에서 매우 드문 현상입니다.

철강 산업의 잠재적 응용 분야

이 발견은 과학적 가치 외에도 실용적인 가능성을 열어줍니다. 연구팀은 제강로 내화벽돌에서 수십 년간 열 노화가 진행되는 동안 트리디마이트가 형성될 수 있다고 예측합니다. 생산된 강철 1kg은 1.3kg의 이산화탄소를 배출하며, 매년 약 10억 톤의 강철이 미국 탄소 배출량의 약 7%를 차지한다는 점을 고려할 때, 이 새로운 물질은 열 제어를 개선하여 철강 산업의 탄소 배출량을 줄이는 데 기여할 수 있습니다.

AI, 양자역학 및 열 제어의 미래

시몬첼리는 자신의 팀이 머신러닝을 사용하여 기존 방식의 계산적 한계를 극복하고 양자 정밀도로 열 전달을 시뮬레이션했다고 밝혔습니다. 이러한 메커니즘은 하이브리드 소재의 열 전달에 대한 미스터리를 밝혀낼 뿐만 아니라, 웨어러블 열전 소자, 신경모사 컴퓨팅, 스핀트로닉스와 같은 새로운 기술의 길을 열어줍니다.

"이것은 시작에 불과합니다. 이 소재는 기존 이론에 도전할 뿐만 아니라 여러 산업 분야에서 열 제어의 미래를 열어줄 것입니다."라고 시몬첼리는 강조했습니다.

라 케(SciTechDaily에 따르면)

출처: 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