Научная сенсация: в метеорите найден материал, сочетающий свойства кристаллов и стекла

Учёные не только предсказали, но и экспериментально доказали существование уникального материала, сочетающего в себе теплопроводные свойства как кристаллов, так и стекла. Речь идёт о редкой разновидности диоксида кремния — тридимите. Этот минерал ранее был обнаружен в составе метеоритов, а также зафиксирован на поверхности Марса. По словам исследователей, он нарушает привычные законы теплопередачи, демонстрируя свойства, ранее не наблюдавшиеся ни у одного известного материала.

Об этом сообщает Interesting Engineering.

Способность веществ эффективно передавать тепло напрямую влияет на их надёжность и эксплуатационные характеристики. В большинстве случаев кристаллические материалы теряют проводимость по мере нагрева, в то время как стекла, напротив, начинают передавать тепло лучше. Однако тридимит демонстрирует поразительное постоянство: его теплопроводность остаётся неизменной при колебаниях температуры от −190 до +105 °C.

Открытие было опубликовано в журнале Proceedings of the National Academy of Sciences, сообщает издание Interesting Engineering. Исследователи утверждают, что поведение тридимита невозможно описать исключительно через модели, применимые либо к кристаллам, либо к аморфным материалам. В связи с этим они разработали новое математическое уравнение, способное описывать теплопередачу в промежуточных, частично упорядоченных структурах.

Такие структуры характерны для ряда современных технологий, включая термоэлектрические материалы, применяемые в системах рекуперации тепла, перовскитные солнечные панели и защитные покрытия, устойчивые к высоким температурам. Разработка универсального уравнения позволила физикам предсказать, что тридимит — одна из форм диоксида кремния, входящего в состав обычного песка, — должен вести себя как гибрид между кристаллом и стеклом.

Гипотеза была проверена экспериментально: учёные исследовали образец тридимита, извлечённый из метеорита, упавшего в Германии в 1724 году. Оказалось, что его микроструктура действительно представляет собой нечто среднее между строгим порядком кристалла и хаотичной организацией аморфного тела. Это подтверждает, что материал сохраняет стабильную теплопроводность в широком диапазоне температур, несмотря на экстремальные условия.

Авторы исследования считают, что тридимит обладает значительным промышленным потенциалом. Он может сыграть ключевую роль в контроле тепловых процессов при производстве стали, где высокая температура приводит к серьёзным энергетическим потерям и выбросам углерода. Более эффективное управление теплом позволит существенно сократить вредное воздействие сталелитейной отрасли на окружающую среду.

Кроме того, тридимит уже был обнаружен на Марсе, и изучение его тепловых свойств может дать ценную информацию о термальной эволюции Красной планеты. Понимание того, как такой материал формировался и вел себя в марсианских условиях, может пролить свет на историю геологических процессов вне Земли.

Физики подчеркивают, что открытия в области гибридных материалов открывают путь к созданию новых поколений высокоэффективных электронных устройств, улучшенных термоэлектрических систем, решений для охлаждения ИИ-серверов и применения в аэрокосмических технологиях. Тридимит может стать одним из тех материалов, которые помогут пересмотреть сами основы теплообмена в инженерии будущего.

Ранее "Курсор" сообщал, что новое открытие о дыхании акул совершили ученые.