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一种导电但不导热的金属
研究人员已经发现了一种不导热但导电的金属，这是一种非常有用的特性，有悖于我们目前对导体工作原理的理解。2017年发现的这种金属，与维德曼-弗朗茨定律相矛盾。维德曼-弗朗茨定律认为，电的良导体也是热的良导体，这就是为什么电器使用久了会发热。
但是，美国的一个研究小组表明，金属二氧化钒的情况并非如此。众所周知，这种材料具有在67摄氏度下从绝缘体转变为导电金属的奇特能力。伯克利实验室材料科学部门的首席研究员吴俊桥表示：“这是一个完全出乎意料的发现，显示了一个教科书式定律的彻底崩溃，这个定律对于传统导体来说是很有效的。这一发现对于理解新型导体的基本电子行为至关重要。”
这种意想不到的特性不仅改变了我们对导体的认识，而且还可能非常有用。有朝一日，这种金属可以用来将发动机和电器产生的废热转化为电能，甚至可以制造出更好的窗户覆盖物，从而保持建筑物的凉爽。研究人员也知道一些其它材料的导电性能比热好，但是它们只能在零下几百度的温度下显示这些特性，这使得这些材料在现实中的应用非常不切实际。另一方面，二氧化钒作导体的温度只是稍高于室温，这意味着它有更多的实用性。
为了揭示这种奇异的特性，研究小组观察了电子在二氧化钒晶格中的运动方式，以及产生了多少热量。令人惊讶的是，他们发现，材料中电子的热导率比维德曼-弗朗茨定律所预测的要小10倍，原因似乎是电子通过这种材料时的同步运动。
吴俊桥表示：“这些电子在二氧化钒的运动是一致的，就像流体一样，而不像普通金属那样是单个的粒子。对电子来说，产热是因为随机运动。正常的金属能有效地传输热量，因为有许多不同的微观结构，使得单个电子可以在其间跳跃。相比之下，二氧化钒中电子协调的、行进带状的运动不利于热传导，因为电子可以随机跃迁的机会很少。”
有趣的是，当研究人员将二氧化钒与其它材料混合时，他们可以“调整”二氧化钒所能导电和导热的总量，这对于未来的应用将是非常有用的。例如，当研究人员在二氧化钒中加入金属钨时，他们降低了材料变成导体的温度，同时也使其成为更好的导热体。这意味着二氧化钒只有在达到一定温度时才会导热，从而有助于驱散系统中的热量。
二氧化钒还具有独特的能力，可以在30摄氏度左右透明，但是可以反射60摄氏度以上的红外光，同时对可见光保持透明。因此，这意味着它甚至可以用作窗户涂层来降低室内温度。研究人员樊洋表示：“这种材料可以用来帮助稳定温度。通过调节热导率，这种材料在炎热的夏天能够自动有效地散热，因为它的热导率很高。但在寒冷的冬天，由于温度较低，它的热导率很低，因此能够防止热量损失。”
在这种令人费解的材料进一步商业化之前，还需要做更多的研究。但是我们现在知道这些奇异的特性存在于室温下的材料中，是非常令人兴奋的。
本文译自 sciencealert，由 Lough 编辑发布。