二氧化钒,一种导电但不导热的金属

二氧化钒,一种导电但不导热的金属

二氧化钒,一种导电但不导热的金属

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伯克利实验室的科学家吴俊乔(左),Changhyun Ko(中)和范杨在科学用户设施能源办公室Molecular Foundry的纳米俄歇电子能谱仪工作。 照片:Marilyn Chung / Berkeley Lab

根据将于1月27日出版发表的一项新研究的结果,科学家们已经在一种称为二氧化钒的材料中发现了“奇异的电学和热学性质”,这种材料可用于开发更有效的热电系统。

已知深蓝色无机固体二氧化钒表现出奇怪的性质。 例如,绝缘体在达到67摄氏度(152华氏度)时变成导电金属,在约30摄氏度以下变得透明,并且吸收60摄氏度以上的红外光。

但是在最近的题为“金属二氧化钒中的异常低电子热导率”的研究中,发现该材料表现出的特性与Wiedemann-Franz定律不同,后者建立了导电性和导热性之间的一般关系。 根据法律规定,良好的电导体通常也是良好的导热体。

利用模拟和X射线散射实验的结果,能源部劳伦斯伯克利国家实验室(伯克利实验室)和加州大学伯克利分校的科学家发现,二氧化钒中的电子能够在不导热的情况下导电。导热率“比Wiedemann-Franz Law预期的小十倍”。

“这是一个完全出人意料的发现......电子彼此一致地移动,就像流体一样,而不是像普通金属那样的单个粒子,”伯克利实验室材料科学部和加州大学伯克利分校的物理学家Junqiao Wu解释道。 的材料科学与工程教授。

VO2-Suspended-Pads 由伯克利研究人员合成的二氧化钒(VO2)纳米束显示出奇异的电学和热学性质。 在该伪彩色扫描电子显微镜图像中,通过将热量从悬挂的热源垫(红色)传递到传感垫(蓝色)来测量热导率。 焊盘由VO2纳米束桥接。 照片:Junqiao Wu / Berkeley Lab

“对于电子,热量是随机运动。 普通金属有效地传输热量,因为有许多不同的可能的微观配置,各个电子可以在它们之间跳跃。 相比之下,二氧化钒中电子的协调,行进带状运动对热传递是有害的,因为电子之间随机跳跃的配置较少,“吴说。

最重要的是,该研究表明,材料可以传导的热量和电量可以通过将其与其他材料混合来改变和控制,并且这种现象可能导致多种热传导应用,例如通过散热或发展来产生电力。具有高效能量传输的窗户涂料。

“这种材料可用于帮助稳定温度......通过调整其导热系数,材料可以在炎热的夏天有效地自动散热,因为它具有高导热性,但由于其低热量,可以防止寒冷冬天的热量损失在较低温度下的电导率,“该研究的共同主要作者范杨说。


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