德国科学家开发出可兼顾导热与隔热特性的新型材料

摘要:

在热量的抗旨方面,不同类型的材料可以发挥不同的作用。如果我们想要保持深冬时节的室内温暖,就可以借助外墙上的绝缘保温材料,以减少热量的流失。反之,若要保持室内的凉爽,就必须使用导热性能更加优异的材料。那么在实验室中,是否可以发明出一种兼顾两种特性的新材料呢?

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(来自:University of Bayreuth,via New Atlas

好消息是,在拜罗伊特大学和马克斯·普朗克聚合物研究所的科学家们的通力合作下,他们成功地将聚苯乙烯等材料的绝热性能、与常用于散热的重金属的导热性能结合了起来。

技术上的突破,归功于一种控制热量传播的方法,即通过单个分子的振荡来传递热量。

这些分子继续向相邻分子移动,而研究团队通过创建一种由纳米厚度的玻璃板制成的材料,来解决这一问题。

玻璃板上散布着聚合物链,构成了一块薄如晶圆的堆叠,而堆叠本身恰好也是透明的。材料中多层的工作方式,有些类似于双层玻璃窗,但仍需被赋予真正独特的属性。

拜罗伊特大学教授 Markus Retsch 表示:以这种方式生产的材料,与双层玻璃的原理是相通的。只是新材料不止两层,而是有数百层。

基于此,新材料能够极大地减少沿垂直方向的热量传递。同时每一层中都没有阻挡热量的界面,因而能够有效地沿着平行方向的各层去传导。

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(研究配图 - 1:超各向异性与高度受限的 Hec / PVP Bragg 堆栈)

在对材料进行测试后,科学家报告称:沿着每一层的导热率,与用于计算机芯片的导热硅脂性能相当。但在垂直方向上,导热性能就只有 1 / 40 了。

同时,研究发现新材料的隔热性能相当优异,约为当前商用塑料制品的六倍。

更妙的是,这种独特的材料,在声音传播方面也有独特的属性。毕竟当声音在材料中传播时,其行为与热量的传导也是类似的。

研究合著者、Georg Fytas 教授表示:“这种结构化但透明的材料,非常适合用于理解声音在不同方向上的传播方式”。

之后,研究人员将通过调整材料的设计,以更好地理解这些过程。至于实际应用,研究团队认为可以从高性能 LED 上开始,因其需要同时坚固散热与隔热。

有关这项研究的详情,已经发表在近日出版的《应用化学国际版》(Angewandte Chemie-International Edition)期刊上。原标题为:

《Tunable Thermoelastic Anisotropy in Hybrid Bragg Stacks with Extreme Polymer Confinement》

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