Цікавості

Команда з Університету штату Північна Кароліна створила незвичайний матеріал: тонку плівку, яка майже не пропускає тепло, але водночас є надзвичайно твердою. За теплопровідністю вона наближається до теоретичної межі для щільних, непористих матеріалів, а за жорсткістю може бути до 10 000 разів твердішою за силікон, що використовується, наприклад, у кухонних рукавицях. Про роботу повідомляє видання SсіТесhDаіly.Розроблена плівка поєднує дві властивості, які зазвичай «не дружать»: високу жорсткість і дуже слабку теплопровідність. Зазвичай матеріали, що добре протидіють деформації, одночасно ефективно проводять тепло, а хороші ізолятори, навпаки, є досить м’якими.

Розрив звичного зв’язку між твердістю і теплом

Фізик Далі Сун (Dаlі Sun) та його колеги пояснюють: у природі жорсткі матеріали майже завжди є хорошими провідниками тепла, тоді як м’які краще ізолюють. Тому створити речовину, яка поєднує обидві бажані властивості, було серйозним викликом.У попередніх роботах ця ж команда вже помічала незвичайну комбінацію жорсткості й теплопровідності в окремому класі сполук. Нинішнє дослідження стало кроком від простого спостереження до цілеспрямованого конструювання матеріалу з максимально «екстремальним» поєднанням цих характеристик.Співавтор дослідження, інженер-механік Джун Лю (Jun Lіu), зазначає, що цього разу вчені застосували більш просунуту молекулярну інженерію: вони спеціально перебудували будову матеріалу на рівні молекул, щоб «налаштувати» і жорсткість, і теплопровідність у потрібний бік.

Гібридні перовскіти та робота з молекулярною структурою

Дослідники працювали з підкласом двовимірних гібридних органо-неорганічних перовскітів. Це напівпровідникові плівки, у яких органічні та неорганічні шари чергуються, утворюючи впорядковану кристалічну структуру.Щоб змінити властивості цих плівок, команда замінила частину ланцюжків вуглець–вуглець в органічних шарах на певну комбінацію бензольних кілець. Така перебудова на молекулярному рівні дала змогу керувати як жорсткістю, так і здатністю матеріалу передавати тепло.У результаті вчені отримали плівку з азобензен-етиламоній-свинцевого йодиду з теплопровідністю близько 0,04 Вт/м·К при кімнатній температурі. Для порівняння, у силікону цей показник приблизно 0,2 Вт/м·К. За однакових умов новий матеріал проводить лише близько п’ятої частини того тепла, яке проходить через силікон.При цьому, за словами дослідників, отримана плівка є приблизно у 700–10 000 разів жорсткішою за силікон і водночас у п’ять разів кращою за нього як теплоізолятор. Така комбінація властивостей не зустрічається у природних матеріалів.

Тонкі плівки, які можна масштабувати

Окрім унікальних фізичних характеристик, новий матеріал має ще одну важливу перевагу — його спосіб виготовлення можна відносно легко масштабувати. Плівку можна друкувати у великому форматі та наносити як покриття на різні поверхні.На думку авторів роботи, це відкриває можливості для застосування в багатьох сферах: від кухонного посуду та термозахисту електроніки до елементів обладнання для космічних апаратів, де важливі і міцність, і надійна теплова ізоляція.Науковці наголошують, що їх захоплює не лише сам отриманий матеріал, а й продемонстрований підхід: молекулярна інженерія дає змогу «тонко налаштовувати» гібридні шаруваті перовскіти під завдання, які вимагають незвичних поєднань жорсткості й теплоізоляції.Стаття Новий твердий перовскіт надзвичайно погано пропускає тепло з'явилася спочатку на Цікавості.