Elektronika hřeje. Datacentra, výkonné telefony nebo třeba notebooky jsou jako hodně drahé ohřívače. Jakmile jsou nějakou dobu v provozu, zahřejí se tak, že to omezuje jejich výkon. Výrobci elektroniky se to obvykle snaží řešit použitím mědi, která výtečně vede teplo. Jak ale dobře ví každý uživatel elektroniky, nestačí to.
Tepelná vodivost (přesněji řečeno součinitel tepelné vodivosti) mědi není špatná. Při pokojové teplotě to je asi 401 W/mK (wattů na metr a kelvin). Měď je v tomto ohledu mezi kovy na druhém místě, těsně za stříbrem, oproti kterému je mnohem levnější. Výzkumný tým University of California Los Angeles (UCLA) teď ale potvrdil tepelnou vodivost materiálu, který stříbro s mědí strčí do kapsy.
Jde o nitrid tantalu ve fázi théta (Théta-Phase TaN), což je jedna z fází precipitace, srážení tohoto materiálu, která má specifickou strukturu. Vědci už před pár lety předpověděli, že tenhle materiál bude tepelně supervodivý. Yongjie Hu a jeho kolegové ho vyrobili a prověřili v experimentech. Potvrdili, že nitrid tantalu ve fázi théta má extrémní tepelnou vodivost 1 100 W/mK, téměř trojnásobnou oproti tepelně nejvíce vodivým kovům.
Badatelé analyzovali molekulární strukturu Théta-Phase TaN pomocí metod jako je rozptyl rentgenového záření (synchrotron-based X-ray scattering) a ultrarychlá optická spektroskopie (ultrafast optical spectroscopy) a zjistili, že se v tomto materiálu vyskytují neobvykle slabé interakce mezi elektrony a fonony. To umožňuje velmi efektivní proudění tepla s mnohem nižším odporem než ve zmíněné mědi nebo stříbru.
Jak říká Hu, prudký rozvoj umělých inteligencí, jejichž provoz hřeje doopravdy hodně, tlačí klasické tepelné vodiče jako je měď na hranici jejich možností. Materiál Théta-Phase TaN by se mohl stát alternativou mědi v chladičích (heat sink), nejen v klasické elektronice, ale také ve kvantových systémech nebo v leteckých a kosmických technologiích.
Video: International Colloquia on Thermal Innovations #8: High Thermal Conductivity Materials
Literatura
Exotický kov pohrdá zákony: vede elektřinu, ale teplo ne
Autor: Stanislav Mihulka (18.02.2017)
Materiálová magie: Špetka grafenu razantně zvýší vodivost mědi
Autor: Stanislav Mihulka (25.12.2023)
Exotický supravodič je možné ovládat magnetickým polem
Autor: Stanislav Mihulka (20.04.2024)
Sesazení legendy: Arsenid bóru se vyrovná tepelné vodivosti diamantu
Autor: Stanislav Mihulka (02.11.2025)
Diskuze:
Nie je tepelna vodivost spojena z elektrickou?
Radoslav Pořízek,2026-01-31 15:51:51
Pokial sa pamatam, minimalne v kovoch su dolezite volne elektrony, ktore prenasaju teplo aj eletricky prud. Cim viac su "volne", tym lepsi prenost, teda tym nizsi elektricky odpor a lepsia tepelna vodivost.
V tomto pripade je to nejako inac?
> ... že se v tomto materiálu vyskytují neobvykle slabé interakce mezi elektrony a fonony. To umožňuje velmi efektivní proudění tepla ...
Tomuto velmi nerozumiem. "proudění tepla" asi bude vseobecny prenos tepla, nie termin "prenos tepla prudenim", ktory v tomto kontexte nedava velmi zmysel.
Jedine, co ma napada, ze slaba interkacia medzi elektronmi a fotonmi by mohla znamenat zvysenu priehladnost materialu voci tepelnemu ziareniu, ktore by nejak pri8spievalo k teplenej vodivosti.
Re: Nie je tepelna vodivost spojena z elektrickou?
F M,2026-02-03 12:23:23
Přiznám se, že jsem to nevěděl (fonony v izolantech a tak), ale po chvilce googlení to vypadá takto (k článku není přístup). Ano v kovech se přenáší díky elektronům, ale už třeba u toho diamantu se přenáší těmi fonony (zjednodušeně vibrace mřížky, ale složitěji jde o kvazičástice). Obvykle je ten přenos slabý (proto většina pevných látek teplo nevede dobře), jenže existují (domýšlím) konstelace kdy je ten přednost energie (vibrace hmoty=teplo) vysoce efektivní (ten vypočítaný materiál). Pokud (úvaha) ty fonony budou reagovat s elektrony nevedoucími teplo tak se budou "brzdit". Důležitá bude i prostorová konstelace, aby se energie vedla správným směrem (nerozptylovala se)
Je možné, že ta vodivost bude jen v jednom směru. A je za pokojové teploty, to by se v článku taky mohlo zmínit.
Abstrakt druhý odkaz pod článkem: "Neelastický rentgenový rozptyl založený na synchrotronech odhaluje charakteristickou fononovou pásovou strukturu s velkou akusticko-optickou mezerou a shlukováním fononů, které potlačují fonon-fononový rozptyl. Ultrarychlá optická spektroskopie potvrzuje mimořádně slabou vazbu elektron-fonon"
Cena a použití
Honza .,2026-01-30 21:08:27
"Nový materiál by se mohl stát alternativou mědi, která si v současných aplikacích sahá na hranice svých možností."
Měď je velmi dobrý elektrický vodič a není náhodou nitrid tantalu spíše odpor?
Pak by nemohl být použit jako alternativa měděných vodičů.
A nemohl by se stát ani alternativou mědi jakožto chladič, protože cena tantalu jej diskvalifikuje hned na začátku a výroba nitridu tantalu bude energeticky i technologicky značně nároční v porovnání s mědí.
Pomíjím teď to, že ty vlastnosti má navíc ve specifickém stavu materiálu.
O autorem navrhovaném užití materiálu pochybuji a více použití z článku nevidím nebo to autor uměle(cky) ukryl.
Vidí v tom někdo prakticky použitelný, ekonomicky životaschopný a technologicky škálovatelný zázrak?
Re: Cena a použití
D@1imi1 Hrušk@,2026-01-30 23:52:53
A diamant má tepelnou vodivost proti tomu nitridu tantalu asi dvojnásobnou, takže kde nezávisí na ceně, ale jen extrémní tepelné vodivosti, by ten nitrid také nejspíš neuspěl.
Nicméně je zajímavé alespoň z teoretického hlediska o další takové látce s extrémní vodivostí vědět.
Re: Re: Cena a použití
F M,2026-02-03 11:47:25
Nevím hádám, půjde o drobnější, nebo speciální použití, kde by to bez toho nemohlo fungovat/existovat a bude vysoký "zisk". Diamant se nedá příliš tvarovat ani spojovat a jakékoli dělení do toho hodí vidle, tedy myslím to tak, že se také nedá použít všude.
Ale hádám to bude zase k reálným aplikacím daleko.
Re: Re: Re: Cena a použití
D@1imi1 Hrušk@,2026-02-03 14:57:45
Ona se výroba syntetických diamantů v posledních letech hodně posunula, takže jsou zaprvé relativně levné a zadruhé není problém vyrobit je ve velkém formátu (pomocí CVD se běžně vyrábějí destičky s průměrem několika centrimetrů). K obrábění pak slouží laser. Ona se hlavně při potřebě extrémní tepelné vodivosti většinou používá tepelná trubice. Pevný materiál s extrémní vodivostí by se mohl hodit k odvodu tepla z nějakého malého bodu a nebo jako přísada do teplovodivých past, ale na obojí jde právě využít diamant, který má vodivost vyšší.
Re: Re: Re: Re: Cena a použití
F M,2026-02-04 10:49:39
Nejsem si jistý jestli je zde kompatibilní ta relativně nižší cena za gram s těmi většími. Mám dojem, že těmi "levnými" metodami se vyrábí ten prach (ale je možné, že se pletu, nesleduji to). U těch procesorů, je právě třeba ty heatpipe z něčeho vyvést a to je nějaké to rozšíření (průřezu), na začátku je křemík potom buď IHS a pasta, nebo ta pasta rovnou, pak se to teprve může rozšířit a tam bych to viděl téměř jistě. "Solidní" blok materiálu vhodný k opracování na který se po zvětšení průřezu nasadí něco levnějšího. Výhledově klidně litrové kusy k průmyslovým aplikacim. Otázka je kolik tantalu je v tom výsledkem materiálu, ono ho zase tolik není.
Nějak žiji v dojmu, že to půjde vyrábět a obrábět vcelku jednoduše (3D tisk) a ve velkých kusech a snad i spojovat s těmi kovy (pasta), cena bude zlomková snad o řád i víc (diamant blok), ale je pravda, že v tom článku nejspíš jde jen o měření nějakého nepodstatného množství prášku a nemá s průmyslovou výrobou nic společného a jde jen o základní výzkum materiálu (nemám přístup). A nikde není psáno, že vlastnosti se při tisku neztratí, spíš se bojím, že ano.
Každopádně to opravdu nevidím v nejbližších letech.
Diskuze je otevřená pouze 7dní od zvěřejnění příspěvku nebo na povolení redakce
