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工程剛性和隔熱材料

具體來說，研究人員正在研究一類名為二維混合有機-無機鈣鈦礦 (2D HOIP) 的材料。

“具有高彈性模量的材料往往也具有高導熱性，反之亦然，”該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副教授Jun Liu說。“換句話說，如果一種材料很硬，那么它的導熱性就很好。而如果一種材料不硬，那么它通常具有很好的隔熱性。 ”

“但在某些情況下，你想要的材料既要堅硬，又要有良好的絕緣體。例如，你可能想要創建隔熱涂層來保護電子設備免受高溫影響。從歷史上看，這是一個挑戰。現在，我們發現了一系列既堅硬又優秀的隔熱材料。此外，我們可以根據需要對材料進行工程設計，以控制它們的硬度和導熱性。”

雖然發現這些材料本身就具有一系列應用的巨大潛力，但作為研究人員，我們特別興奮，因為我們已經確定了導致這些特性的機制——即苯環所起的關鍵作用。這項工作令人興奮，因為它為設計具有理想性能組合的材料提供了一條新途徑。 ”

“這些薄膜由交替的有機層和無機層組成，具有高度有序的晶體結構，”本改論文的共同通訊作者、北卡羅來納大學教堂山分校化學與應用物理科學教授Wei You說。 “我們可以調整無機層或有機層的組成成分。 ”

利用二維混合有機-無機鈣鈦礦

在實驗中，研究人員發現至少有三種不同的2D HOIP材料，它們的硬度越高，導熱性就越差。

研究人員還發現了2D HOIP材料的另一個有趣現象。具體來說，他們發現通過在有機層中引入手性，即使這些層中的碳鏈不對稱。即使對有機層的組成進行實質性改變，它們也能有效地保持相同的剛度和導熱性。

“我們發現，通過用苯環替換有機層中的部分碳-碳鏈，我們可以控制某些 2D HOIP的彈性模量和導熱系數，”該論文共同通訊作者、德克薩斯A&M大學材料科學與工程助理教授Qing Tu說。“基本上——在這個特定的層狀材料子集中——我們添加的苯環越多，材料就越堅硬，隔熱能力就越強。“

這引發了一些有趣的問題，即我們是否能夠優化這些材料的其他特性，而不必擔心這些變化會如何影響材料的剛度或熱導率，”Jun Liu補充道。

這項工作得到了美國國家科學基金會、海軍研究辦公室和能源部的支持。