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科學家設計出既堅硬又能隔熱的新型混合材料
文章來源:新能源網     更新時間:2024-06-05 15:01:47
科學家們成功地設計出了既堅硬又能有效隔熱的材料。這種極其罕見的屬性組合為各種應用提供了巨大的潛力,包括為電子設備制造新型隔熱涂層。這項研究論文的共同通訊作者、北卡羅來納州立大學機械與航空航天工程系副教授Jun Liu說:"彈性模量高的材料往往導熱性也高,反之亦然。換句話說,如果一種材料很堅硬,它的導熱性能就很好。而如果一種材料不堅硬,那么它的隔熱性能通常很好。"

研究人員已經證明,他們有能力設計出既堅硬又能隔熱的材料。這種特性的結合極為罕見,有望應用于一系列領域,如開發(fā)用于電子設備的新型隔熱涂層。研究人員使用的是二維有機-無機混合包晶石材料的一個子集。這些薄膜由高度有序的晶體結構中的有機層和無機層交替組成,如圖所示。資料來源:北卡羅來納州立大學 Jun Liu

"但在有些情況下,需要既堅硬又絕緣的材料。例如,你可能想制造隔熱涂層,以保護電子產品免受高溫影響。從歷史上看,這一直是個難題。我們現(xiàn)在已經發(fā)現(xiàn)了一系列既堅硬又具有出色隔熱性能的材料。更重要的是,我們可以根據需要設計這些材料,以控制它們的硬度和導熱性。"Liu說:

研究人員正在研究一種被稱為二維有機-無機混合包晶石(2D HOIP)的材料。

本文共同通訊作者、北卡羅來納大學教堂山分?;瘜W與應用物理科學教授 Wei You 說:"這些薄膜由高度有序的晶體結構中的有機層和無機層交替組成。我們可以調整無機層或有機層的成分。"

本文共同通訊作者、德克薩斯農工大學材料科學與工程系助理教授 Qing Tu 說:"我們發(fā)現(xiàn),通過用苯環(huán)取代有機層中的部分碳-碳鏈,可以控制某些二維 HOIP 的彈性模量和導熱性?;旧?,在這個特定的層狀材料子集中,我們添加的苯環(huán)越多,材料就越硬,隔熱性能就越好。"

Liu說:"雖然發(fā)現(xiàn)這些材料本身就蘊含著一系列應用的巨大潛力,但作為研究人員,我們感到特別興奮,因為我們已經確定了造成這些特性的機制,即苯環(huán)發(fā)揮的關鍵作用。"

在實驗中,研究人員至少發(fā)現(xiàn)了三種不同的二維 HOIP 材料,它們的導熱性能越差,硬度越高。

Liu說:"這項工作令人興奮,因為它為具有理想性能組合的工程材料提供了一條新的途徑。"

研究人員還發(fā)現(xiàn)了二維 HOIP 材料的另一個有趣現(xiàn)象。具體來說,他們發(fā)現(xiàn),通過在有機層中引入手性(即使有機層中的碳鏈不對稱),即使有機層的成分發(fā)生了重大變化,也能有效地保持相同的硬度和導熱性。

這提出了一些有趣的問題,即是否能夠優(yōu)化這些材料的其他特性,而不必擔心這些變化會影響材料的剛度或導熱性。

論文發(fā)表在《ACS Nano》雜志上。曾在北卡羅來納州立大學攻讀博士學位的 Ankit Negi 是該論文的第一作者。

編譯自/scitechdaily

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