一种新的无机材料具有迄今为止最低的热导率

我们都知道世界迫切需要向可再生能源过渡——但我们中的许多人忘记了我们还需要使我们的能源系统本身更高效。

目前，我们在世界上产生的所有能源中，估计有70%以热量的形式流失——通常是发电厂本身。这是一个重要的问题，至少可以通过改进热电材料来部分解决，这可以减少热损失并捕获浪费的热能。

现在，由英国利物浦大学领导的研究人员朝着这一目标迈出了重要一步，发现了一种新的无机材料，该材料的导热系数是有史以来最低的。

事实上，在室温下，该材料热量传导性能几乎与空气一样。

新闻稿解释说，这种新材料被称为Bi4O4SeCl2（我们知道不是很吸引人），它的发明是“在原子尺度上控制热流的突破”。

利物浦大学的化学家兼团队负责人马特·罗森斯基(MattRosseinsky)说：“我们发现的这种材料在所有无机固体中导热率最低，而且导热性几乎与空气本身一样差。”

“这一发现的意义非常重要，无论是对于基础科学理解，还是对于收集废热的热电设备的实际应用，以及作为更高效燃气轮机的热障涂层。”

如果您将钢的导热系数视为1，则水和建筑砖的导热系数均为0.01。空气约为0.0005，而新材料仅为0.001。

特别令人兴奋的是，这种材料是通过巧妙的原子层排列创造的，该团队表示他们可以使用相同的技术来添加额外的特性。

未来，这可能意味着制作材料不仅具有令人难以置信的耐热性，而且还是电的超导体——这两种特性对能源网极为有益。

物理学家乔恩·阿拉里亚（JonAlaria）解释说：“除了热传导之外，这种策略还可以应用于其他重要的基本物理特性，例如磁性和超导性，从而降低能量计算和更有效的电力传输。”

无机材料是那些不含任何碳的材料，这种材料是由BiOCl和Bi2O2Se制成的。顾名思义，它是铋、氧、硒和氯的化合物。

为了创造新的导电材料，该团队发现这些材料中原子的两种不同排列导致导热性差。

然后，他们研究了每种排列中减缓热量的机制，并找到了一种方法，将两者结合起来，使它们能够结合热量减缓效应，而不是简单地平均差异。

在下图中，您可以看到两种不同原子排列的视觉表示，用黄色和蓝色表示，它们结合起来最有效地减缓了热量通过材料的运动。

结果Bi4O4SeCl2的导热性比两种原子排列中的任何一种都差得多，室温热导率仅为0.1WK^-1m^-1。

需要注意的是，这项研究仅着眼于新材料的导热性，没有其他影响，如导电性或磁性。因此，目前尚不清楚这种材料是否可用于实际应用，例如计算或电网。

但是现在我们知道如何以这种复杂的方式分层原子，它为新材料的开辟提供了新的方法，这些材料具有这些导热特性，并将它们与其他理想特性相结合，以增强热电性能或开辟超导性。

研究人员写道：“这种多属性优化的潜力说明了具有兼容键合的模块化单元之间的协同作用如何能够产生化学物质和控制功能。”

该研究已发表在《科学》杂志上。