德國科學家開發出可兼顧導熱與隔熱特性的新型材料

在熱量的抗旨方面,不同類型的材料可以發揮不同的作用。如果我們想要保持深冬時節的室內溫暖,就可以藉助外牆上的絕緣保溫材料,以減少熱量的流失。反之,若要保持室內的涼爽,就必須使用導熱性能更加優異的材料。那麼在實驗室中,是否可以發明出一種兼顧兩種特性的新材料呢?

德國科學家開發出可兼顧導熱與隔熱特性的新型材料

(來自:University of Bayreuth,via New Atlas)

好消息是,在拜羅伊特大學和馬克斯·普朗克聚合物研究所的科學家們的通力合作下,他們成功地將聚苯乙烯等材料的絕熱性能、與常用於散熱的重金屬的導熱性能結合了起來。

技術上的突破,歸功於一種控制熱量傳播的方法,即通過單個分子的振盪來傳遞熱量。

這些分子繼續向相鄰分子移動,而研究團隊通過創建一種由納米厚度的玻璃板製成的材料,來解決這一問題。

玻璃板上散布着聚合物鏈,構成了一塊薄如晶圓的堆疊,而堆疊本身恰好也是透明的。材料中多層的工作方式,有些類似於雙層玻璃窗,但仍需被賦予真正獨特的屬性。

拜羅伊特大學教授 Markus Retsch 表示:以這種方式生產的材料,與雙層玻璃的原理是相通的。只是新材料不止兩層,而是有數百層。

基於此,新材料能夠極大地減少沿垂直方向的熱量傳遞。同時每一層中都沒有阻擋熱量的界面,因而能夠有效地沿着平行方向的各層去傳導。

德國科學家開發出可兼顧導熱與隔熱特性的新型材料

(研究配圖 – 1:超各向異性與高度受限的 Hec / PVP Bragg 堆棧)

在對材料進行測試後,科學家報告稱:沿着每一層的導熱率,與用於計算機芯片的導熱硅脂性能相當。但在垂直方向上,導熱性能就只有 1 / 40 了。

同時,研究發現新材料的隔熱性能相當優異,約為當前商用塑料製品的六倍。

更妙的是,這種獨特的材料,在聲音傳播方面也有獨特的屬性。畢竟當聲音在材料中傳播時,其行為與熱量的傳導也是類似的。

研究合著者、Georg Fytas 教授表示:「這種結構化但透明的材料,非常適合用於理解聲音在不同方向上的傳播方式」。

之後,研究人員將通過調整材料的設計,以更好地理解這些過程。至於實際應用,研究團隊認為可以從高性能 LED 上開始,因其需要同時堅固散熱與隔熱。

有關這項研究的詳情,已經發表在近日出版的《應用化學國際版》(Angewandte Chemie-International Edition)期刊上。原標題為:

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

來源:cnBeta