外媒：导电但不导热的金属被发现 违反导体定律!

【阿波罗新闻网 2017-02-05 讯】

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违反导体最基本的定律之一。

研究人员确认出一种金属能够导电而不导热，一种非常有用的特性但违反我们目前对导体是如何运作的理解。

这种金属与所谓的维德曼-夫兰兹定律(Wiedemann-Franz Law)抵触，这个基本上叙述好的导电体也会相对应地是好的导热体，这就是为什么像马达和电器这类的东西在经常使用时会变热。

但对于金属二氧化钒(vanadium dioxide，VO2)来说，美国的一个研究小组证明不是这么一回事。这种材料已经被很清楚地知道它的奇特能力，在摄氏67度(华氏152度)，从透明绝缘体转变成导电金属。

来自柏克莱实验室材料科学部的首席研究员吴军桥(Junqiao Wu)说：“这是一个完全出乎意料的发现。”

“它显示出一个教科书定律的严重崩溃，已知这个定律对于传统的导体是很吻合的。这项发现对于了解新导体的基本电子行为是相当重要的。”

这种意料之外的特性不只改变了我们对导体的了解，而且也是非常的有用。这种金属可能有一天被用来把引擎和电器的废热转回电力，甚至创造出更好的窗户覆盖物，来维持建筑物的凉爽。

研究人员已经知道少数其他材料的导电性优于导热性，但只能在零下数百度的温度出现这些特性，使得它们对于任何真实世界的应用都是高度不切实际。

另一方面，二氧化钒通常只在温度更高于室温下成为导体，意味着它有能力更为实用。

为了揭露这个奇特的新特性，研究小组详细观察电子在二氧化钒晶格中移动的方式，以及产生多少热量。

令人惊讶的是，他们发现由材料中的电子所造成的导热性，比维德曼-夫兰兹定律所预测的量小10倍。

对于造成这种现象的原因，看起来好像是电子移动通过材料的同步方式。

吴说：“电子彼此一致地移动，很像是液体，而不像是一般金属中的个别粒子。”

“对于电子来说，热是一种随机运动。一般金属能有效地导热是因为有多不同的可能微观结构，能够让个别的电子在这些结构间跳跃。”

他补充：“相较之下，二氧化钒中有协调性的、像齐步行进团的电子运动，对热传递是不利的，因为几乎没有可用的结构让电子在其间随机的跳跃。”

有趣的是，当研究人员把二氧化钒与其他材料混合在一起时，他们能够’调整’导电和导热的量，这对于未来的应用是非常的有用。

例如，当研究人员把金属钨加到二氧化钒时，降低了材料变成金属的温度，还造成它成为更好的导热体。

这意味着二氧化钒有助于一个系统的散热，藉由在达到特定温度时只传导热量。在此之前，它是一个绝缘体。

二氧化钒还具有在大约摄氏30度(华氏86度)变成透明的独特能力，但随后反射高于摄氏60度(华氏140度)的红外光，同时维持对可见光透明。

因此这意味着它甚至可以被用来作为降低温度的窗户涂层，而不需要空调。

研究人员之一的Fan Yang说：“这种材料可以被用来协助稳定温度。”

“透过调整导热性，这种材料可以在炎热的夏天有效且自动地散热，因为它具有高导热性。但在寒冷的冬天则防止热散失，因为在较低温下的低导热性。”

在进一步商业化之前，需要对这种谜样的材料进行更多的研究。但令人非常兴奋的是，我们现在知道这些怪异的特性存在于室温下的材料。

这项研究发表于科学(Science)期刊。

来源：ScienceAlert

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