Ученые создали «невозможный» теплоизолятор: тонкая пленка в 10 000 раз жестче силикона, а тепло проводит в пять раз хуже
iXBT.com ·
Исследователи Университета штата Северная Каролина разработали тонкопленочный материал, который сочетает крайне низкую теплопроводность с высокой жесткостью. Он проводит тепло примерно в пять раз хуже стандартного силикона, но при этом в сотни и тысячи раз жестче.
Исследователи Университета штата Северная Каролина разработали тонкопленочный материал, который сочетает крайне низкую теплопроводность с высокой жесткостью. Он проводит тепло примерно в пять раз хуже стандартного силикона, но при этом в сотни и тысячи раз жестче.
Такое сочетание свойств необычно для материаловедения. Обычно жесткие материалы, особенно металлы, хорошо проводят тепло, а эффективные теплоизоляторы отличаются меньшей механической прочностью или имеют пористую структуру. Новый материал, напротив, является непористым.
При комнатной температуре его теплопроводность составляет около 0,04 Вт/(м·К), в то время как у силикона этот показатель находится примерно на уровне 0,2 Вт/(м·К). Чем ниже теплопроводность, тем хуже материал передает тепло. При этом разработчики заявляют, что их материал в 700–10 000 раз жестче силикона.
Основой разработки стали двумерные гибридные органо-неорганические перовскиты. Их структура состоит из чередующихся органических и неорганических кристаллических слоев. Ученые изменили молекулярную архитектуру материала, заменив традиционные углеродные цепочки специально подобранными бензольными кольцами.
Такая перестройка позволила подавить распространение колебаний, через которые в материале переносится тепловая энергия, при этом сохранив жесткую кристаллическую структуру. В результате получилась тонкая пленка на основе азобензол-этиламмоний-свинец-йодного соединения с необычным сочетанием механических и тепловых свойств.
Еще одно преимущество технологии — потенциальная возможность масштабирования. По словам исследователей, материал можно наносить тонким слоем на большие поверхности или использовать в качестве защитного покрытия.
В будущем такие покрытия могут пригодиться в электронике, где необходимо изолировать отдельные компоненты от источников тепла. Другими потенциальными областями применения разработчики называют аэрокосмическую отрасль и другие системы, где одновременно важны жесткость, теплоизоляция и низкая масса.
До промышленного применения разработки еще далеко. Ученым предстоит проверить долговечность материала, стабильность его характеристик, стоимость производства и поведение в различных условиях эксплуатации. Кроме того, наличие свинца в составе может ограничить использование такого материала в некоторых областях.