陳根：導熱率最低的無機材料，助力廢熱轉化為動力

文/陳根

根據基礎新材料按照化學成分的分類，

無機非金屬材料已經成為四大材料之一，其他三大材料則分別為金屬材料、有機高分子材料以及複合材料。

其中，無機非金屬材料是由矽酸鹽、鋁酸鹽、硼酸鹽、磷酸鹽、鍺酸鹽等原料和（或）氧化物、氮化物、碳化物、硼化物、硫化物、矽化物、鹵化物等原料經一定的工藝製備而成的材料。一般將其分為傳統的（普通的）和新型的（先進的）無機非金屬材料兩大類。

先進（或新型）無機非金屬材料是用氧化物、氮化物、碳化物、硼化物、硫化物、矽化物以及各種無機非金屬化合物經特殊的先進工藝製成的材料

，主要包括先進陶瓷、非晶態材料、人工晶體、無機塗層、無機纖維等。

無機非金屬材料具有電導性、半導體性、光電性、壓電性、鐵電性、耐腐蝕、化學吸附性、吸氣性、耐輻射性等許多功能特性。這類材料品種多，具有技術含量高、產品更新換代快、附加值高、經濟效益明顯的特點。基於此，無機材料的發展也備受科學家們的關注。

近日，由英國利物浦大學領導的一個合作研究小組稱，他們發現了一種有史以來導熱率最低的新無機材料。

這一發現代表了材料設計在原子尺度上控制熱流的新突破，這將促進廢熱轉化為電能和有效利用燃料的新型熱電材料的加速開發，為構建可持續發展社會找到新路。

要知道，原子有兩種不同的排列結構，這種新材料結合了這兩種結構

。兩結構中每種原子的排列方式都能減緩原子在固體結構中的熱運動速度。研究人員透過測量和模擬兩結構的導熱率，確定了導致這兩種結構中熱傳輸減少的機制。

事實上，在一種材料中結合這些機制是很困難的，因為研究人員必須準確控制原子在其中的排列方式。

直觀地說，科學家們期望得到兩個組成部分的物理特性的平均值。透過在這些不同的原子排列之間選擇有利的化學介面，研究小組透過實驗合成了一種將兩者結合起來的材料。

透過實驗，研究人員透過精準控制，將兩種不同排列結構合併在一起形成了新材料，目的是得到這兩種不同排列下原子成分的平均物理性質。結果顯示，透過化學實驗控制原子的位置後，

這種具有兩種組合排列的新材料產生了“1+1＞2”的協同效應，其熱導率遠低於只具有一種排列的母體材料的導熱率

。

研究人員表示，這一發現的意義重大，既有利於基礎科學的理解，也有利於在收集廢熱的熱電裝置中的實際應用，以及作為更高效的燃氣輪機的熱障塗層。除了熱傳輸之外，這種策略還可以應用於其他重要的基本物理特性，如磁性和超導性，從而實現更低的能量計算和更有效的電力傳輸。

其研究結果已發表在15日的《科學》雜誌上。