¿Existe un material con alta conductividad eléctrica y baja conductividad térmica?

Sí.

Actualmente estoy investigando algunos materiales con esta propiedad en el departamento de física de la Universidad Central de Michigan con el Dr. Marco Fornari. Estos materiales se denominan Cristales de electrones de vidrio de fonón (PGEC) y son materiales termoeléctricos particularmente excelentes, también conocidos como materiales que pueden transformar el calor en un curador eléctrico y viceversa. En el caso del material termoeléctrico, queremos que el material solo conduzca electricidad para que los usuarios puedan controlar la energía del sistema a través de su corriente eléctrica, una tarea mucho más simple que controlar la energía del sistema a través de fonones.

Los cristales metálicos tienen la conductividad eléctrica pero carecen del aislamiento térmico. Los no metales tienen el problema opuesto. Esto deja solo semiconductores. Los cristales semiconductores muestran parte de la conductividad eléctrica y el aislamiento térmico necesarios para los cristales termoeléctricos.

Estos materiales PGEC se pueden refinar aún más por dopaje o agregando sonajeros. Doparse en 5 palabras es esencialmente agregar electrones al sistema; aumentando así la conductividad eléctrica. Agregar sonajeros es esencial para agregar átomos pesados ​​al sistema para reducir la conducción de fonones.

Una vez dicho todo esto, debe tenerse en cuenta que los materiales termoeléctricos de vanguardia actuales aún no son tan eficientes como los refrigeradores o calentadores industriales. Los materiales PGEC todavía tienen un largo camino por recorrer en términos de aumentar la conductividad electrónica y reducir la conductividad térmica.

Sí hay !

Los investigadores del Berkeley Lab y de la Universidad de California acaban de identificar un metal que conduce electricidad sin conducir calor. Un hecho extraño, por supuesto, pero, ¿qué es la investigación si no es extraña?

El metal es óxido de vanadio. Según ellos, los electrones en el óxido de vanadio pueden conducir electricidad sin conducir calor. Muestra un desglose drástico de una ley de libros de texto: “los buenos conductores de electricidad también son buenos conductores de calor” que se sabe que son robustos para los conductores convencionales.

Recursos:

Metal que conduce electricidad pero no calor encontrado

Para este metal, la electricidad fluye, pero no el calor | Laboratorio Berkeley

Estoy de acuerdo con todas las otras respuestas. Pero me pregunto por qué nadie mencionó soluciones electrolíticas. Bueno, son conductores de electricidad como es evidente por el nombre mismo. Y, su conductividad térmica depende del disolvente.

La conductividad eléctrica se debe al flujo de iones bajo la influencia del potencial eléctrico. Mientras que la conductividad térmica está asociada con los fonones. Para líquidos, la conductividad térmica es mucho más baja que la de los sólidos debido a la menor densidad.

Hay un material de transición llamado óxido de vanadio (VO2) que en su fase metálica tiene una alta conductividad como cualquier otro metal convencional. Pero el VO2 metálico no conduce el calor como otro metal.

Recientemente, un equipo de científicos del Laboratorio Nacional Lawrence Berkeley del Departamento de Energía descubrió este importante aspecto del material. Según sus hallazgos, el material metálico de VO2 conduce corriente sin conducir calor. Esto está en conflicto directo con la Ley Wiedemann-Franz que define la relación entre conductividad eléctrica y térmica. Según la ley, los materiales con buena conductividad eléctrica también son buenos en conductividad térmica. Hasta ahora, el VO2 es el único metal que a pesar de ser metálico (después de la transición) viola la ley. Esto se debe a la naturaleza del movimiento de electrones dentro del VO2 que es diferente de otros metales convencionales.

Para los electrones, el calor es un movimiento aleatorio. Los metales normales transportan el calor de manera eficiente porque hay tantas configuraciones microscópicas posibles diferentes que los electrones individuales pueden saltar entre ellas. En contraste, el movimiento coordinado, similar a una banda de marcha de los electrones en el dióxido de vanadio es perjudicial para la transferencia de calor, ya que hay menos configuraciones disponibles para que los electrones salten aleatoriamente. “[1]

Puede leer más sobre este hallazgo interesante sobre VO2 aquí en este enlace que se proporciona a continuación. Además, no te olvides de leer el artículo publicado por ellos para obtener más información.

[1] Para este metal, la electricidad fluye, pero no el calor | Laboratorio Berkeley

El acero inoxidable tiene una conductividad eléctrica relativamente alta, al igual que la mayoría de los metales (aunque no tan alta como la plata, el cobre y el aluminio). Pero su conductividad térmica es bastante baja, por lo que se usa donde se requiere un metal, pero uno que casi puede actuar como un aislante (para el calor).

Los polímeros conductores serían un buen lugar para buscar.

Se mencionan los materiales termoeléctricos, pero no creo que en realidad representen una baja conductancia térmica. Más bien las termoeléctricas son más como bombas de calor de estado sólido.

La conductividad térmica en superconductores de cerámica puede ser muy baja. Al menos en proporción a la conductancia eléctrica.

Una clase de materiales llamados cerámicas iónicas puede tener una alta conductancia eléctrica y una baja conductancia térmica en comparación con los metales.

Me pregunto si una espuma conductora podría funcionar también.

Puede ser al revés, algunos óxidos de cerámica o berilio son buenos conductores de calor pero también buenos aislantes.

Sin embargo, no puedo pensar en lo contrario. Los conductores eléctricos tienden a ser metales y tienden a conducir el calor realmente bien. Lo peor que se me ocurre es el hierro fundido.