Επιστήμονες από τη Σχολή Μοριακής Μηχανικής του Πανεπιστημίου του Σικάγο και του Πανεπιστημίου της Καλιφόρνιας, στο Σαν Ντιέγκο, ανακάλυψαν μια νέα κατηγορία υλικών που εμφανίζουν συμπεριφορά αντίθετη με τους θεμελιώδεις νόμους της θερμοδυναμικής.
Αυτά τα νεοανακαλυφθέντα μετασταθερά υλικά συρρικνώνονται σε όγκο όταν θερμαίνονται και διαστέλλονται υπό υψηλή πίεση.
«Πιστεύουμε ότι μπορούμε να ρυθμίσουμε τις ιδιότητες αυτών των υλικών μέσω της οξειδοαναγωγικής χημείας. Αυτό θα μπορούσε να ανοίξει πολύ συναρπαστικούς δρόμους», δήλωσε η καθηγήτρια Dr. Σίρλεϊ Μενγκ, επικεφαλής της ερευνητικής ομάδας.
Τα αποτελέσματα της μελέτης δημοσιεύθηκαν στο περιοδικό Nature.
Χαρακτηριστικά που αψηφούν τους νόμους της Φυσικής
Σύμφωνα με τους κανόνες της θερμοδυναμικής, όταν μια ουσία θερμαίνεται, διαστέλλεται και όταν συμπιέζεται, ο όγκος της μειώνεται. Ωστόσο, οι ερευνητές ανέπτυξαν μετασταθερά υλικά που συμπεριφέρονται με τον αντίθετο τρόπο από αυτούς τους κανόνες.
«Όταν θερμαίνεται το υλικό, ο όγκος του συρρικνώνεται. Αυτό είναι αρκετά ασυνήθιστο», εξήγησε η καθηγήτρια Μενγκ.
Αυτή η συμπεριφορά της ύλης είναι επαναστατική όχι μόνο για τη θεμελιώδη επιστήμη αλλά και για τις εφαρμοσμένες τεχνολογίες.
Προσφέρει μεγάλες ευκαιρίες, ιδίως σε τομείς όπως η ανανέωση των μπαταριών των ηλεκτρικών οχημάτων, τα δομικά συστήματα μπαταριών και η παραγωγή θερμοανθεκτικών υλικών.
Δομική μπαταρία και μηδενική θερμική διαστολή
Ο Dr. Μινγκάο Ζανγκ, που συμμετέχει στην ερευνητική ομάδα, σημείωσε ότι αυτή η νέα κατηγορία υλικών θα μπορούσε να ρυθμιστεί ώστε να παρουσιάζει μηδενική θερμική διαστολή, γεγονός που θα μπορούσε να φέρει επανάσταση στον κατασκευαστικό κλάδο.
«Οι μεταβολές του όγκου λόγω της θερμότητας στα διάφορα δομικά υλικά που χρησιμοποιούνται σε κάθε κτίριο μπορεί να προκαλέσουν σοβαρά προβλήματα. Ωστόσο, τα προβλήματα αυτά μπορούν να αποφευχθούν χάρη σε αυτά τα υλικά», δήλωσε.
Η συμπεριφορά των υλικών αυτών, υπό πίεση καθώς και υπό θερμότητα, προκαλεί έκπληξη: Η ουσία συνεχίζει να διαστέλλεται ακόμη και υπό έντονη πίεση σε επίπεδο γιγαπασκάλ.
Ο Dr. Ζανγκ εξήγησε αυτή την ιδιότητα λέγοντας: «Αν συμπιέσετε μια ουσία από όλες τις πλευρές, θα περιμένατε φυσικά να συρρικνωθεί ο όγκος της. Αλλά αυτή η ουσία κάνει το αντίθετο».
Οι χρησιμοποιημένες μπαταρίες μπορούν να επανέλθουν στην αρχική τους κατάσταση
Οι ερευνητές μελέτησαν επίσης την ανταπόκριση αυτών των υλικών στην ηλεκτροχημική ενέργεια. Όταν εφαρμόζεται ηλεκτρική τάση σε αυτά τα μετασταθή υλικά, μπορούν να επιστρέψουν στην αρχική τους σταθερή κατάσταση. Αυτό σημαίνει ότι οι χρησιμοποιημένες μπαταρίες μπορούν να γίνουν καινούργιες.
Στόχος, όμως, της έρευνας αυτής είναι η επιστημονική ανακάλυψη να φτάσει στην πράξη, δηλαδή στη βιομηχανία.
Μελετώντας λεπτομερέστερα τη χημική συμπεριφορά του νέου υλικού, οι ερευνητές στοχεύουν να το καταστήσουν εφαρμόσιμο σε πολλούς τομείς, από συστήματα αποθήκευσης ενέργειας έως διαστημικές τεχνολογίες.
