世界最悪の指揮者が気候危機のゲームチェンジャーになるかもしれない

金属製のカップに入った熱いお茶は、泡の入ったカップに入った熱いお茶よりも手に取るのに不愉快だということは、おそらくご存知でしょう。これは、一部の素材が他の素材よりも熱伝導性に優れていることを示す典型的な例です。住宅がセルロースやグラスファイバーなどの素材で断熱されているのはそのためです。また、熱い液体が泡の入ったカップに入っているのはこのためです。特に、金属は非金属よりも熱伝導性が高く、固体は気体よりも熱伝導性が高いです。二重窓が家の断熱性に優れているのは、このためです。窓の中に薄い空気の層があれば、その空気が大いに役立ちます。

英国リバプール大学の研究者らは、人類がこれまでに研究した固体物質の中で、事実上最も熱伝導率の悪い物質を開発したという。奇妙な方向性のように聞こえるかもしれないが、そうではない。熱伝導率が非常に低い物質が優れた断熱材になる可能性があり、このような物質は世界の温室効果ガス排出量を実質ゼロにするのに重要な役割を果たす可能性がある。研究者らは、この研究を木曜日にサイエンス誌に発表した。

「私たちが発見した物質は、無機固体の中で最も熱伝導率が低く、空気そのものと同じくらい熱伝導率が低い」と、英国リバプール大学の化学者で研究論文の著者の一人であるマット・ロセインスキー氏は声明で述べている。

熱伝導率は原子構造に関係しています。気体は液体や固体よりも高温ですが、原子間の距離が広いため熱伝導率は低くなります。原子の振動方法が多いほど、原子が熱を伝導する方法も多くなります。これらの振動パターンはフォノンと呼ばれ、物質の振動パターンが多いほど、熱伝導性は高くなります。

したがって、より悪い導体、よりよい絶縁体を作るための鍵の 1 つは、物質の原子構造をいじることです。その結果、その物質全体にわたるフォノンの働きが変わります。

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リバプール大学の研究者たちは、2つの異なる化合物に注目した。1つはオキシ塩化ビスマス（化粧品に真珠のような雰囲気を与えるためによく使われる虹色の固体）で、もう1つはオキシセレン化ビスマスと呼ばれる化合物だ。

どちらの材料も、異なる方向に働くフォノンを持っています。そのため、研究者はこれらを 1 つの層に積み重ねることで、層間の熱伝導が特に悪い材料に融合できる可能性があります。

その結果、開発者によれば、この素材は気体空気とほぼ同じくらい熱伝導が悪いという。つまり、この素材の熱伝導率は液体の水の10倍、固体のチタンの100倍、鋼鉄の1000倍も悪いのだ。

リバプール大学の物理学者で、この研究論文の著者の一人であるジョン・アラリア氏は、彼らのような低伝導性材料を作ることは、記録を破る以上の応用が可能であると考えている。「この戦略は、磁性や超伝導性など、他の重要な基本的物理的特性にも応用でき、低エネルギーコンピューティングやより効率的な電気輸送につながる可能性がある」と、同氏は声明で述べている。

熱損失が主な障害です。実際、熱損失は世界のエネルギー システムのあらゆる部分に取り憑く悪霊と見なすのは難しくありません。熱損失の多くは摩擦によって生じますが、材料を通して失われる熱も大きく関係しています。家を暖めるために使われるエネルギーが外の空気中に逃げていくとしたら、それは無駄であり、エネルギー システムから無駄が排出されることになります。

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実際、ローレンス・リバモア国立研究所のアナリストらは、不適切な使用、電力網の損失、そして熱の逃散といったさまざまな非効率性が重なり、米国のエネルギー生産のなんと3分の2が最終目的を達成していないと推定している。

したがって、科学者たちは、こうした材料の研究を続けることには十分な理由があると述べている。より優れた断熱材や材料を開発すれば、エネルギー使用量を大幅に削減でき、世界の化石燃料への依存を大幅に減らすことができる可能性がある。