科学家发现导电而不发热的材料

科学家们已经发现了一种导电而不导热的金属--这是一种非常有用的特性，可能为将发动机和电器的废热转化为电力的系统铺平道路。据美国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研究人员介绍，二氧化钒中的电子可以导电，而不传热学。

他们说，这些发现可能会导致广泛的应用，比如将发动机和电器的废热转化为电力的热电系统。

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对于大多数金属来说，导电性和导热性之间的关系受Wiedemann-Franz定律的支配，该定律指出，电的良导体也是热的良导体。但金属二氧化钒却不是这样，这种材料已经以其在达到67摄氏度时从绝缘体转变为金属的非凡能力而闻名。

伯克利实验室的物理学家吴俊乔说：“这表明教科书上的定律被彻底打破了，该定律对传统导体来说是稳健的。”“这一发现对理解新型导体的基本电子行为具有根本性的重要性，”吴俊乔说。

利用模拟和X射线散射实验的结果，研究人员能够梳理出归因于材料晶格振动（称为声子）和电子运动的热导率比例。他们发现，归因于电子的热导率比Wiedemann-Franz定律的预期要小十倍。

“对电子来说，热是一种随机运动。正常金属有效地传输热量，因为有太多不同的可能的微观构型，双电子可以在两者之间跳跃，“吴说。“相比之下，电子在二氧化钒中的协调、行进带状运动不利于传热，因为电子在两者之间随机跳跃的构型较少，”他说。

二氧化钒能传导的电和热的量可以通过与其他材料混合来调节。当研究人员用金属钨掺杂单晶二氧化钒样品时，他们降低了它变成金属的相变温度。

同时，金属相中的电子成为更好的热传导体。这使得研究人员能够在可调的温度下，通过将二氧化钒的相位从绝缘体转换为金属来控制其散热量，反之亦然。研究人员说，这种材料可以用来帮助清除或消散发动机中的热量，或者开发成窗户涂层，提高建筑中能源的有效利用。

研究结果发表在《科学》杂志上。