北卡罗来纳州立大学研究人员展示了设计既坚硬又能隔热的材料的能力。这种特性的组合非同寻常，有望应用于一系列领域。其中包括开发用于电子设备的新型隔热涂层。
工程刚性和隔热材料
具体来说，研究人员正在研究一类名为二维混合有机-无机钙钛矿 (2D HOIP) 的材料。
“具有高弹性模量的材料往往也具有高导热性，反之亦然，”该论文的共同通讯作者、北卡罗来纳州立大学机械与航空航天工程副教授Jun Liu说。“换句话说，如果一种材料很硬，那么它的导热性就很好。而如果一种材料不硬，那么它通常具有很好的隔热性。 ”
“但在某些情况下，你想要的材料既要坚硬，又要有良好的绝缘体。例如，你可能想要创建隔热涂层来保护电子设备免受高温影响。从历史上看，这是一个挑战。现在，我们发现了一系列既坚硬又优秀的隔热材料。此外，我们可以根据需要对材料进行工程设计，以控制它们的硬度和导热性。”
虽然发现这些材料本身就具有一系列应用的巨大潜力，但作为研究人员，我们特别兴奋，因为我们已经确定了导致这些特性的机制——即苯环所起的关键作用。这项工作令人兴奋，因为它为设计具有理想性能组合的材料提供了一条新途径。 ”
“这些薄膜由交替的有机层和无机层组成，具有高度有序的晶体结构，”本改论文的共同通讯作者、北卡罗来纳大学教堂山分校化学与应用物理科学教授Wei You说。 “我们可以调整无机层或有机层的组成成分。 ”
利用二维混合有机-无机钙钛矿
在实验中，研究人员发现至少有三种不同的2D HOIP材料，它们的硬度越高，导热性就越差。
研究人员还发现了2D HOIP材料的另一个有趣现象。具体来说，他们发现通过在有机层中引入手性，即使这些层中的碳链不对称。即使对有机层的组成进行实质性改变，它们也能有效地保持相同的刚度和导热性。
“我们发现，通过用苯环替换有机层中的部分碳-碳链，我们可以控制某些 2D HOIP的弹性模量和导热系数，”该论文共同通讯作者、德克萨斯A&M大学材料科学与工程助理教授Qing Tu说。“基本上——在这个特定的层状材料子集中——我们添加的苯环越多，材料就越坚硬，隔热能力就越强。“
这引发了一些有趣的问题，即我们是否能够优化这些材料的其他特性，而不必担心这些变化会如何影响材料的刚度或热导率，”Jun Liu补充道。
这项工作得到了美国国家科学基金会、海军研究办公室和能源部的支持。
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