Учёные из Университета штата Северная Каролина создали тонкоплёночный материал, который сочетает высокую жёсткость с исключительными теплоизоляционными свойствами. Его теплопроводность оказалась одной из самых низких среди плотных беспористых материалов и приблизилась к теоретическому пределу способности вещества блокировать тепло. Плёнку можно наносить в виде покрытия и печатать в больших масштабах.
«Жёсткие материалы, которые хорошо изолируют тепло, были бы крайне полезны во множестве сфер — от кухонной посуды до электроники и космических полётов», — приводит SciTechDaily слова Дали Суня, профессора физики в Университете штата Северная Каролина и одного из авторов работы.
Создать материал с такими свойствами непросто, поскольку жёсткость и теплопередача обычно связаны: материалы, сопротивляющиеся деформации, как правило, хорошо проводят тепло, а эффективные изоляторы менее жёсткие. «Мы получили материал, который очень жёсткий и при этом отлично изолирует тепло — лучше любого природного материала», — отметил Сунь.
Исследователи работали с двумерными гибридными органико-неорганическими перовскитами — полупроводниковыми плёнками с упорядоченной кристаллической структурой из чередующихся органических и неорганических слоёв. Часть углеродных цепочек в органических слоях заменили специально подобранным сочетанием бензольных колец, что позволило управлять как жёсткостью, так и теплопередачей. Полученная плёнка на основе азобензол-этиламмоний-свинец-йода показала теплопроводность около 0,04 ватта на метр на кельвин при комнатной температуре, тогда как у силикона этот показатель составляет примерно 0,2 ватта на метр на кельвин.
«Если сравнивать с силиконом, наш материал в 700–10 000 раз жёстче и в пять раз лучше изолирует тепло», — сказал Цзюнь Лю, доцент кафедры машиностроения и аэрокосмической техники и соавтор работы. По его словам, метод производства легко масштабируется: материал можно выпускать в больших объёмах и наносить в качестве покрытия. Учёные рассчитывают, что их подход покажет потенциал молекулярной инженерии для тонкой настройки гибридных слоистых материалов под задачи, где нужны новые сочетания жёсткости и теплоизоляции.