Пленка-теплоизолятор превзошла по свойствам любой природный материал
По уровню теплопроводности новый материал приближается к теоретическому пределу.
Администратор
Международная команда материаловедов изобрела пленку, которая по своим теплоизолирующим свойствам превосходит любой плотный природный материал, вплотную приближаясь к теоретическому минимуму теплопроводности. Разработка описана в журнале Science Advances.
«Жесткие материалы, которые при этом хорошо удерживают тепло, были бы весьма полезны во множестве областей — от кухонной утвари до электроники и космических полетов. Но получить их непросто — жесткие материалы, как правило, хорошо проводят тепло, а мягкие — хорошо от него защищают. Наша же разработка одновременно очень жесткая и чрезвычайно хорошо изолирует от тепла — лучше, чем любой материал, который можно найти в природе», — утверждает профессор Дали Сунь из Университета штата Северная Каролина, один из руководителей исследования.
«Мы уже показывали сочетание жесткости и теплопроводности в одном конкретном классе материалов. В этой работе мы применили более продвинутую молекулярную инженерию, чтобы улучшить и то, и другое», — добавляет его коллега и соавтор Цзюнь Лю.
Ученые работали с самыми передовыми на сегодня, пожалуй, материалами — двумерными перовскитами. Это тонкопленочные полупроводники, состоящие из чередующихся органических и неорганических слоев с высокоупорядоченной кристаллической структурой. Заменяя часть углеродных цепочек в органических слоях специально подобранной комбинацией бензольных колец, можно управлять жесткостью и теплопроводностью материала.
Для испытаний авторы синтезировали тонкую пленку из азобензолэтиламмонийного иодида свинца. Измерения показали, что при комнатной температуре теплопроводность материала составляет примерно 0,04 Вт⋅м⁻¹⋅К⁻¹. Для сравнения: у силикона этот показатель равен 0,2 Вт⋅м⁻¹⋅К⁻¹, то есть у нового жесткого материала теплопроводность в пять раз ниже.
А ведь силикон используют для теплоизоляции — например, в виде вставок в кухонных рукавицах. «Если сравнивать с силиконом, то наш материал в 700–10000 раз жестче и в пять раз лучше удерживает тепло», — говорит Лю.
Кроме этого, были получены еще три пленки с другими органическими катионами:
бутиламмоний (алифатическая цепь); фенилэтиламмоний (одно бензольное кольцо); стильбенэтиламмоний (два кольца, C=C).Они чуть менее хороши по теплоизоляции и очень похожи внешне — тонкие пленки желтого-оранжевого цвета с зеркальным блеском.
«Метод, которым мы получаем этот материал, довольно легко масштабируется. Его можно производить в больших объемах, наносить в виде покрытия и так далее», — доволен Лю.
Пленка очень хороша, но главное достижение в этой работе — доказана эффективность тонкой настройки свойств новых материалов методами молекулярной инженерии, заключил он.
Создана сверхтонкая пленка с двойной защитой от опасных видов излучения
Создан прозрачный материал, позволяющий держать огонь в руке: видео
Подписывайтесь и читайте «Науку» в MAX
