Создан «невозможный» супер-теплоизолятор: ультратонкая пленка прочнее силикона и в пять раз эффективнее против тепла

Специалисты из Университета штата Северная Каролина создали уникальный тонкопленочный композит, объединивший исключительную механическую прочность и рекордно низкую теплопроводность. Новинка изолирует тепло примерно впятеро эффективнее обычного силикона, превосходя его по жесткости в сотни и тысячи раз.

Подобный симбиоз характеристик — редкость для современной науки о материалах. Как правило, жесткие структуры (прежде всего металлы) обладают высокой теплопроводностью, тогда как надежные изоляторы страдают хрупкостью или пористой структурой. Представленный же образец полностью лишен пор.

При стандартной комнатной температуре коэффициент теплопроводности материала держится на отметке 0,04 Вт/(м·К), тогда как у силикона этот показатель достигает 0,2 Вт/(м·К). Чем ниже данное значение, тем эффективнее преграждается путь теплу. Параллельно с этим инженеры отмечают, превосходство материала по жесткости над силиконом составляет от 700 до 10 000 раз.

Фундаментом для разработки послужили двумерные гибридные перовскиты органо-неорганического типа. Их кристаллическая решетка образована чередованием органики и неорганических соединений. Исследователи усовершенствовали молекулярную конфигурацию, интегрировав вместо привычных углеродных цепочек специализированные бензольные кольца.

Подобная модификация позволила эффективно блокировать фононы — колебания кристаллической решетки, ответственные за перенос тепловой энергии, — не нарушая при этом жесткости каркаса. Итогом работы стала тончайшая пленка из азобензол-этиламмоний-свинец-йодного соединения, обладающая парадоксальным набором физических свойств.

Важным достоинством инновации выступает технологичность и перспективы массового производства. Авторы проекта утверждают, что состав пригоден для нанесения на масштабные площади в качестве защитного барьера.

В перспективе такие защитные экраны найдут применение в микроэлектронике для термоизоляции чувствительных микросхем. Кроме того, разработка востребована в аэрокосмической сфере и прочих отраслях, где критически важны прочность, малый вес и термическая изоляция.

Тем не менее, до коммерциализации технологии пройдет немало времени. Экспертам предстоит детально изучить износостойкость покрытия, стабильность его параметров при длительной эксплуатации, рентабельность производства и экологические аспекты. В частности, присутствие в формуле соединений свинца может наложить ограничения на коммерческое использование материала в ряде сфер.