Ученые разрабатывают уникальный теплоизолятор: пленка в 10 000 раз прочнее силикона

Эта тонкая пленка может защищать электронику и космические аппараты от тепла

Исследователи из Университета штата Северная Каролина создали тонкопленочный материал, который объединяет крайне низкую теплопроводность с высокой жесткостью. Он передает тепло примерно в пять раз хуже обычного силикона, но при этом в сотни и тысячи раз жестче.

Такое сочетание характеристик необычно для материаловедения. Обычно жесткие материалы, в частности металлы, обладают хорошей теплопроводностью, в то время как эффективные теплоизоляторы выделяются меньшей механической прочностью или имеют пористую структуру. Новый материал, напротив, является непористым.

При комнатной температуре его теплопроводность составляет около 0,04 Вт/(м·К), тогда как у силикона этот показатель примерно равен 0,2 Вт/(м·К). Чем меньше теплопроводность, тем хуже материал передает тепло. При этом разработчики утверждают, что их материал в 700–10 000 раз жестче силикона.

Основой разработки стали двумерные гибридные органо-неорганические перовскиты. Их структура состоит из чередующихся органических и неорганических кристаллических слоев. Ученые изменили молекулярную архитектуру материала, заменив традиционные углеродные цепочки специально подобранными бензольными кольцами.

Такое перестроение позволило подавить распространение вибраций, через которые в материале передается тепловая энергия, при этом сохранив жесткую кристаллическую структуру. В результате получилась тонкая пленка на основе азобензол-этиламмоний-свинец-йодного соединения с необычным сочетанием механических и тепловых свойств.

Еще одним преимуществом технологии является потенциальная возможность масштабирования. По словам исследователей, материал можно наносить тонким слоем на большие площади или использовать в качестве защитного покрытия.

В будущем такие покрытия могут оказаться полезными в электронике, где требуется изолировать отдельные компоненты от источников тепла. Другими предполагаемыми областями применения разработчики называют аэрокосмическую отрасль и другие системы, где одновременно важны жесткость, теплоизоляция и низкая масса.

До промышленного использования разработки еще далеко. Ученым предстоит проверить долговечность материала, стабильность его характеристик, стоимость производства и поведение в различных условиях эксплуатации. Кроме того, наличие свинца в составе может ограничить использование такого материала в некоторых сферах.