Створена унікальна плівкова теплоізоляція — вона утримує тепло в п'ять разів краще за силікон

Вчені з Університету штату Північна Кароліна створили щільний, непористий матеріал, який одночасно має надзвичайно низьку теплопровідність і високу механічну жорсткість. Зазвичай ці властивості не поєднуються, і відкриття стало справжнім проривом, максимально наближеним до теоретичного межі теплоізоляційних властивостей матеріалів.

Джерело зображення: ШІ-генерація ChatGPT/3DNews

У новій роботі йдеться про тонку плівку з двовимірного гібридного органо-неорганічного перовскита — йодиду азобензол-етиламмонію зі свинцем. При кімнатній температурі її теплопровідність досягає приблизно 0,04 Вт/(м·К), що близько до теоретичного межі для щільних твердих матеріалів. При цьому модуль пружності матеріалу становить 7,7 ГПа — значно більше, ніж у більшості полімерів, пін і аерогелів, які зазвичай використовують для досягнення низької теплопровідності.

Незвичайне поєднання властивостей вдалося отримати завдяки молекулярному проєктуванню структури перовскита. Такі матеріали складаються з чергуючих органічних і неорганічних шарів з упорядкованою кристалічною структурою. Дослідники модифікували органічний шар, замінивши частину вуглецевих ланцюгів спеціально підібраними бензольними фрагментами. В результаті вдалося одночасно змінити жорсткість кристалічної решітки і знизити перенесення теплової енергії через неї. Іншими словами, механічне навантаження ефективно передається через досить жорстку структуру, тоді як поширення теплових коливань — фононів — виявляється сильно пригніченим.

За теплопровідністю новий матеріал приблизно в п’ять разів перевершує силіконовий теплоізолятор: у силікону показник становить близько 0,2 Вт/(м·К). При цьому, за оцінками авторів, розроблена плівка в 700–10 000 разів жорсткіша за силікон. Особливо важливо, що йдеться не про пористий аерогель або піну, де низька теплопровідність досягається завдяки великій кількості повітря в порах, а про щільний твердий матеріал.

Практичною перевагою розробки є також технологія виготовлення: плівки отримують методом прокату з нанесенням матеріалу, тобто нанесенням розчину з подальшим формуванням тонкого шару при обертанні підкладки. За словами дослідників, цей підхід відносно легко масштабувати, а сам матеріал можна наносити у вигляді тонкого теплоізоляційного покриття. Тому потенційні області застосування включають електронні пристрої, теплоізоляційні покриття, кухонну та аерокосмічну техніку, де звичайні м’які теплоізолятори просто не підходять через недостатню механічну міцність.

Хочеш дізнатися більше — читай відгуки