MWC 2018
2018
Computex
IFA 2018
Учёные из Университета штата Северная Каролина создали плотный, непористый материал, который одновременно обладает крайне низкой теплопроводностью и высокой механической жёсткостью. Обычно это не сочетаемые свойства, и открытие стало настоящим прорывом максимально близким к теоретическому пределу теплоизоляционных свойств материалов.
Источник изображения: ИИ-генерация ChatGPT/3DNews
В новой работе речь идёт о тонкой плёнке из двумерного гибридного органо-неорганического перовскита — йодида азобензол-этиламмония со свинцом. При комнатной температуре её теплопроводность достигает примерно 0,04 Вт/(м·К), что близко к теоретическому пределу для плотных твёрдых материалов. При этом модуль упругости материала составляет 7,7 ГПа — значительно больше, чем у большинства полимеров, пены и аэрогелей, которые обычно используют для получения низкой теплопроводности.
Необычное сочетание свойств удалось получить за счёт молекулярного проектирования структуры перовскита. Такие материалы состоят из чередующихся органических и неорганических слоёв с упорядоченной кристаллической структурой. Исследователи модифицировали органический слой, заменив часть углеродных цепочек специально подобранными бензольными фрагментами. В результате удалось одновременно изменить жёсткость кристаллической решётки и снизить перенос тепловой энергии через неё. Иными словами, механическая нагрузка эффективно передаётся через достаточно жёсткую структуру, тогда как распространение тепловых колебаний — фононов — оказывается сильно подавлено.
По теплопроводности новый материал примерно в пять раз превосходит силиконовый теплоизолятор: у силикона показатель составляет около 0,2 Вт/(м·К). При этом, по оценке авторов, разработанная плёнка в 700–10 000 раз жёстче силикона. Особенно важно, что речь идёт не о пористом аэрогеле или пене, где низкая теплопроводность достигается за счёт большого количества воздуха в порах, а о плотном твёрдом материале.
Практическим преимуществом разработки является и технология изготовления: плёнки получают методом проката с нанесением материала, то есть нанесением раствора с последующим формированием тонкого слоя при вращении подложки. По словам исследователей, этот подход относительно легко масштабировать, а сам материал можно наносить в виде тонкого теплоизоляционного покрытия. Поэтому потенциальные области применения включают электронные устройства, теплоизоляционные покрытия, кухонную и аэрокосмическую технику, где обычные мягкие термоизоляторы банально не подходят из-за недостаточной механической прочности.
Источник:
