Cercetătorii au creat un izolator termic rigid care depășește performanțele oricărui material natural
O echipă de cercetători a dezvoltat un material care combină rigiditatea ridicată cu o capacitate de izolare termică extremă, reușind să atingă una dintre cele mai scăzute valori ale conductivității termice înregistrate vreodată pentru un material dens, nepăros. Rezultatele au fost publicate pe 18 septembrie în revista Science Advances.
Materialul aparține clasei de perovskites hibride organice-anorganice bidimensionale, semiconductori sub formă de pelicule subțiri alcătuiți din straturi alternative organice și anorganice, cu o structură cristalină înalt ordonată. Prin înlocuirea unor lanțuri de carbon din straturile organice cu o combinație adaptată de inele de benzen, cercetătorii au reușit să controleze rigiditatea și conductivitatea termică a materialului.
„Materialele rigide care sunt și izolatori termici buni ar avea o utilitate substanțială într-o varietate de aplicații, de la veselă la dispozitive electronice și călătorii spațiale”, a declarat Dali Sun, co-autor corespondent al studiului și profesor de fizică. „Dar aceasta este o provocare semnificativă, pentru că, în general, materialele rigide conduc bine căldura, iar cele care nu sunt rigide izolează bine. Noi am creat un material care este foarte rigid și extrem de bun la izolarea termică, mai bun decât orice material din natură.”
Performanțe termice aproape de limita teoretică
Película subțire realizată de cercetători, pe bază de azobenzen etil amoniu plumb iod, a prezentat o conductivitate termică de aproximativ 0,04 W m⁻¹ K⁻¹ la temperatura camerei. Această valoare este de cinci ori mai mică decât cea a siliconului, care are o conductivitate termică de 0,2 W m⁻¹ K⁻¹ și este folosit ca izolator termic în aplicații precum mănușile de cuptor.
„Dacă vrem să comparăm acest material cu siliconul, materialul nostru este de 700 până la 10.000 de ori mai rigid și de cinci ori mai bun la izolarea termică”, a explicat Jun Liu, co-autor corespondent și profesor asociat de inginerie mecanică și aerospațială.
Conductivitatea termică extrem de scăzută se apropie de limita teoretică a ceea ce poate fi atins de un material dens, ceea ce îl plasează printre cei mai performanți izolatori termici cunoscuți.
Producție scalabilă și perspective de aplicare
Pe lângă proprietățile remarcabile, metoda de fabricație dezvoltată de cercetători poate fi scalată relativ ușor. Materialul poate fi produs la scară largă și aplicat ca peliculă de acoperire pe diverse suprafețe.
„Suntem încântați de acest material datorită proprietăților sale, dar și pentru că această lucrare evidențiază potențialul ingineriei moleculare de a regla fin aceste materiale hibride stratificate pentru aplicații care necesită combinații noi de rigiditate și izolație termică”, a adăugat Liu.
Cercetarea sugerează că astfel de materiale ar putea fi utilizate în domenii variate, de la veselă și dispozitive electronice până la aplicații în explorarea spațială, acolo unde izolarea termică eficientă și durabilitatea mecanică sunt esențiale.
