既隔热又导热的材料开发

 
新开发的材料沿各层传导良好的热量，同时垂直提供隔热。信用：MPI-P，许可证CC-BY-SA。聚苯乙烯泡沫塑料或铜-两种材料的导热能力都有很大不同。美因茨的马克斯·普朗克聚合物研究所(MPI-P)和拜罗伊特大学的科学家现已共同开发并鉴定了一种新颖，极薄且透明的材料，该材料根据方向具有不同的导热特性。尽管它可以在一个方向上极好地导热，但在另一个方向上却显示出良好的隔热性。
隔热和导热在我们的日常生活中起着至关重要的作用-从计算机处理器(在其中重要的是尽快散发热量)到房屋(在房屋中，良好的绝缘是降低能源成本的关键)。通常将极轻的多孔材料(例如聚苯乙烯)用于绝缘，而将重材料(例如金属)用于散热。 MPI-P的科学家与拜罗伊特大学共同开发并鉴定了一种新开发的材料，现在可以兼顾这两种特性。
该材料由薄晶圆玻璃板的交替层组成，在这些薄板之间插入了各个聚合物链。拜罗伊特大学教授马库斯·雷奇(Markus Retsch)表示：“原则上，以这种方式生产的材料符合双层玻璃的原理。” “这仅显示出我们不仅有两层，而且有数百层。”
垂直于各层观察到良好的热绝缘。用微观的术语来说，热量是材料中单个分子的运动或振荡，并传递给相邻分子。通过在彼此之上构建许多层，可以减少这种传递：每个新的边界层都会阻止一部分热传递。相比之下，一层内的热量可以很好地传导-没有界面会阻碍热量的流动。总体而言，一层内的传热比垂直于层的传热高40倍。
沿着这些层的导热率可与导热膏的导热率相媲美，导热膏除了其他用途外，还用于将散热器应用于计算机处理器。对于基于聚合物/玻璃的电绝缘材料，该值异常高-比市售塑料高出六倍。
为了使材料有效发挥功能并保持透明，必须以非常高的精度生产这些层-任何不均匀性都会干扰透明性，就像在一块有机玻璃上产生划痕一样。每层只有毫米的百万分之一。一纳米。为了研究层序列的均质性，在拜罗伊特大学无机化学教授约瑟夫·布鲁(Josef Breu)的小组中对该材料进行了表征。
“我们使用X射线照亮材料，” Breu说。 “通过叠加这些光线，这些光线被各个层反射，我们能够证明这些层可以非常精确地生产出来。”
汉斯·于尔根·巴特(Hans-JürgenButt)教授的部门成员费塔斯(Fytas)教授能够回答以下问题：为什么这种层状结构沿着或垂直于单个玻璃板具有如此显着不同的特性。使用基于激光的特殊测量，他的小组能够表征声波的传播，就像热也与材料分子的运动有关。 Fytas说：“这种结构化而又透明的材料非常适合理解声音在不同方向上的传播方式。”不同的声速允许得出与方向相关的机械性能的直接结论，而其他任何方法都无法获得这些结论。
研究人员希望在进一步的工作中更好地了解玻璃板的结构和聚合物组成如何影响声音和热量的传播。研究人员看到了在高性能发光二极管领域中的一种可能的应用，其中玻璃聚合物层一方面用作透明封装，另一方面可以从侧面散发释放的热量。
科学家们现已将其结果发表在国际知名的Angewandte Chemie杂志上。