北卡羅來納州立大學研究人員展示了設計既堅硬又能隔熱的材料的能力。這種特性的組合非同尋常，有望應用於(yu) 一係列領域。其中包括開發用於(yu) 電子設備的新型隔熱塗層。
工程剛性和隔熱材料
具體(ti) 來說，研究人員正在研究一類名為(wei) 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(yu) 航空航天工程副教授Jun Liu說。“換句話說，如果一種材料很硬，那麽(me) 它的導熱性就很好。而如果一種材料不硬，那麽(me) 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(ti) 。例如，你可能想要創建隔熱塗層來保護電子設備免受高溫影響。從(cong) 曆史上看，這是一個(ge) 挑戰。現在，我們(men) 發現了一係列既堅硬又優(you) 秀的隔熱材料。此外，我們(men) 可以根據需要對材料進行工程設計，以控製它們(men) 的硬度和導熱性。”
雖然發現這些材料本身就具有一係列應用的巨大潛力，但作為(wei) 研究人員，我們(men) 特別興(xing) 奮，因為(wei) 我們(men) 已經確定了導致這些特性的機製——即苯環所起的關(guan) 鍵作用。這項工作令人興(xing) 奮，因為(wei) 它為(wei) 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(ti) 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(yu) 應用物理科學教授Wei You說。 “我們(men) 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(men) 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(ge) 有趣現象。具體(ti) 來說，他們(men) 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(men) 也能有效地保持相同的剛度和導熱性。
“我們(men) 發現，通過用苯環替換有機層中的部分碳-碳鏈，我們(men) 可以控製某些 2D HOIP的彈性模量和導熱係數，”該論文共同通訊作者、德克薩斯A&M大學材料科學與(yu) 工程助理教授Qing Tu說。“基本上——在這個(ge) 特定的層狀材料子集中——我們(men) 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(men) 是否能夠優(you) 化這些材料的其他特性，而不必擔心這些變化會(hui) 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(hui) 、海軍(jun) 研究辦公室和能源部的支持。
文章來源：北卡羅來納州立大學
責任編輯：雷達
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