Разработан материал, который является теплоизоляционным и теплопроводящим одновременно
Материал состоит из чередующихся слоев тонких пластин из стекла, между которыми вставлены отдельные полимерные цепи.
Ученые из Института исследований полимеров Макса Планка (MPI-P) в Майнце разработали и охарактеризовали новый, чрезвычайно тонкий и прозрачный материал, который имеет различные свойства теплопроводности в зависимости от направления. Хотя он может очень хорошо проводить тепло в одном направлении, он показывает хорошую теплоизоляцию в другом.
Теплоизоляция и теплопроводность играют большую роль в нашей повседневной жизни — от компьютерных процессоров, где важно максимально быстро рассеивать тепло, до домов, где хорошая теплоизоляция необходима для затрат на электроэнергию.
Часто чрезвычайно легкие, пористые материалы, такие как полистирол, используются для изоляции, в то время как тяжелые материалы, такие как металлы, используются для отвода тепла. Недавно разработанный материал, который ученые из MPI-P совместно разработали с Университетом Байройта, теперь может сочетать оба свойства.
Материал состоит из чередующихся слоев тонких пластин из стекла, между которыми вставлены отдельные полимерные цепи.
Хорошая теплоизоляция наблюдается перпендикулярно слоям. В микроскопических терминах тепло — это движение или колебание отдельных молекул в материале, которое передается соседним молекулам.
Создавая много слоев друг над другом, этот перенос уменьшается: каждый новый пограничный слой блокирует часть теплопередачи. Напротив, тепло в слое может проводиться хорошо — нет препятствий, которые блокировали бы тепловой поток.
В целом теплообмен внутри слоя в 40 раз выше, чем перпендикулярно ему.
Теплопроводность вдоль слоев сравнима с теплопроводностью термопасты, которая используется, среди прочего, для нанесения на радиаторы в компьютерных процессорах. Для электроизоляционных материалов на основе полимера / стекла эта величина исключительно высока — она превышает таковую у имеющихся в продаже материалов в шесть раз.
Чтобы материал функционировал эффективно, а также был прозрачным, слои должны были быть изготовлены с очень высокой точностью — любая неоднородность могла бы нарушить прозрачность, подобную царапине на куске оргстекла.
Каждый слой имеет высоту только в одну миллионную часть миллиметра, т.е. один нанометр.
В своей дальнейшей работе исследователи надеются получить лучшее понимание того, как на распространение звука и тепла может влиять структура стеклянной пластины и полимерная композиция.
Они видят возможное применение в области высокоэффективных светодиодов, в которых стекло-полимерный слой служит, с одной стороны, в качестве прозрачной оболочки, а с другой стороны, может рассеивать выделяемое тепло в боковом направлении.