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科学家设计出既坚硬又能隔热的新型混合材料

文章来源：新能源网更新时间：2024-06-05 15:01:47

科学家们成功地设计出了既坚硬又能有效隔热的材料。这种极其罕见的属性组合为各种应用提供了巨大的潜力，包括为电子设备制造新型隔热涂层。这项研究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系副教授Jun Liu说："弹性模量高的材料往往导热性也高，反之亦然。换句话说，如果一种材料很坚硬，它的导热性能就很好。而如果一种材料不坚硬，那么它的隔热性能通常很好。"

研究人员已经证明，他们有能力设计出既坚硬又能隔热的材料。这种特性的结合极为罕见，有望应用于一系列领域，如开发用于电子设备的新型隔热涂层。研究人员使用的是二维有机-无机混合包晶石材料的一个子集。这些薄膜由高度有序的晶体结构中的有机层和无机层交替组成，如图所示。资料来源：北卡罗来纳州立大学 Jun Liu

"但在有些情况下，需要既坚硬又绝缘的材料。例如，你可能想制造隔热涂层，以保护电子产品免受高温影响。从历史上看，这一直是个难题。我们现在已经发现了一系列既坚硬又具有出色隔热性能的材料。更重要的是，我们可以根据需要设计这些材料，以控制它们的硬度和导热性。"Liu说：

研究人员正在研究一种被称为二维有机-无机混合包晶石（2D HOIP）的材料。

本文共同通讯作者、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："这些薄膜由高度有序的晶体结构中的有机层和无机层交替组成。我们可以调整无机层或有机层的成分。"

本文共同通讯作者、德克萨斯农工大学材料科学与工程系助理教授 Qing Tu 说："我们发现，通过用苯环取代有机层中的部分碳-碳链，可以控制某些二维 HOIP 的弹性模量和导热性。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，材料就越硬，隔热性能就越好。"

Liu说："虽然发现这些材料本身就蕴含着一系列应用的巨大潜力，但作为研究人员，我们感到特别兴奋，因为我们已经确定了造成这些特性的机制，即苯环发挥的关键作用。"

在实验中，研究人员至少发现了三种不同的二维 HOIP 材料，它们的导热性能越差，硬度越高。

Liu说："这项工作令人兴奋，因为它为具有理想性能组合的工程材料提供了一条新的途径。"

研究人员还发现了二维 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（即使有机层中的碳链不对称），即使有机层的成分发生了重大变化，也能有效地保持相同的硬度和导热性。

这提出了一些有趣的问题，即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影响材料的刚度或导热性。

论文发表在《ACS Nano》杂志上。曾在北卡罗来纳州立大学攻读博士学位的 Ankit Negi 是该论文的第一作者。

编译自/scitechdaily

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