Leitet Strom, aber nicht Wärme: VO2 verletzt physikalische Gesetze!

7. Februar 2017, 13:53 Uhr
Leitet Strom, aber nicht Wärme: VO2 verletzt physikalische Gesetze!
Leitet Strom, aber nicht Wärme: VO2 verletzt physikalische Gesetze!
Forschern der Duke University und der University of California (Berkeley) gelang die Entdeckung, dass VO2 bzw. Vanadiumdioxid zwar gut Strom leiten kann, aber nicht Wärme! Diese Nachricht wird von Entwicklern von Wärmepumpen etc. begeistert aufgenommen.

Als Elektroniker hat man zumindest indirekt schon einmal etwas vom Wiedemann-Franz-Gesetz gehört, das den (festen) Zusammenhang zwischen Strom- und Wärmeleitfähigkeit von Metallen beschreibt. Gute Stromleiter sind auch gute Wärmeleiter. Die Ergebnisse von Experimenten von Nanostrukturen aus VO2 zeigten nun aber, dass die Wärmeleitfähigkeit dieses Materials hauptsächlich durch Phononen, also durch Gittervibrationen bestimmt wird. Verglichen mit der Elektronenbeweglichkeit betrug die Wärmeleitung nur ein Zehntel dessen was nach dem Wiedemann-Franz-Gesetz zu erwarten gewesen wäre.

Der Grad an Strom- und Wärmeleitfähigkeit von VO2 kann durch Mischung mit anderen Materialien verändert werden. Als die Forscher beispielsweise einen Kristall aus VO2 mit Wolfram dotierten, wurde die Temperatur des Phasenübergangs erniedrigt, ab dem VO2 metallische Eigenschaften aufweist. In dieser metallischen Phase trugen die Elektronen unerwartet wenig zur Wärmeleitung bei.

Die Ergebnisse zur Erforschung der erstaunlichen Eigenschaften von VO2 sind im Science-Artikel Anomalously low electronic thermal conductivity in metallic vanadium dioxide beschrieben.
 
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