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研究人員設(shè)計出用于電子設(shè)備的隔熱涂料

文章來源：慧正資訊更新時間：2025-09-11 16:03:09

慧正資訊：北卡羅來納州立大學(xué)研究人員展示了設(shè)計既堅硬又能隔熱的材料的能力。這種特性的組合非同尋常，有望應(yīng)用于一系列領(lǐng)域。其中包括開發(fā)用于電子設(shè)備的新型隔熱涂層。

工程剛性和隔熱材料

具體來說，研究人員正在研究一類名為二維混合有機-無機鈣鈦礦 (2D HOIP) 的材料。

“具有高彈性模量的材料往往也具有高導(dǎo)熱性，反之亦然，”該論文的共同通訊作者、北卡羅來納州立大學(xué)機械與航空航天工程副教授Jun Liu說。“換句話說，如果一種材料很硬，那么它的導(dǎo)熱性就很好。而如果一種材料不硬，那么它通常具有很好的隔熱性。 ”

“但在某些情況下，你想要的材料既要堅硬，又要有良好的絕緣體。例如，你可能想要創(chuàng)建隔熱涂層來保護(hù)電子設(shè)備免受高溫影響。從歷史上看，這是一個挑戰(zhàn)。現(xiàn)在，我們發(fā)現(xiàn)了一系列既堅硬又優(yōu)秀的隔熱材料。此外，我們可以根據(jù)需要對材料進(jìn)行工程設(shè)計，以控制它們的硬度和導(dǎo)熱性。”

雖然發(fā)現(xiàn)這些材料本身就具有一系列應(yīng)用的巨大潛力，但作為研究人員，我們特別興奮，因為我們已經(jīng)確定了導(dǎo)致這些特性的機制——即苯環(huán)所起的關(guān)鍵作用。這項工作令人興奮，因為它為設(shè)計具有理想性能組合的材料提供了一條新途徑。 ”

“這些薄膜由交替的有機層和無機層組成，具有高度有序的晶體結(jié)構(gòu)，”本改論文的共同通訊作者、北卡羅來納大學(xué)教堂山分校化學(xué)與應(yīng)用物理科學(xué)教授Wei You說。 “我們可以調(diào)整無機層或有機層的組成成分。 ”

利用二維混合有機-無機鈣鈦礦

在實驗中，研究人員發(fā)現(xiàn)至少有三種不同的2D HOIP材料，它們的硬度越高，導(dǎo)熱性就越差。

研究人員還發(fā)現(xiàn)了2D HOIP材料的另一個有趣現(xiàn)象。具體來說，他們發(fā)現(xiàn)通過在有機層中引入手性，即使這些層中的碳鏈不對稱。即使對有機層的組成進(jìn)行實質(zhì)性改變，它們也能有效地保持相同的剛度和導(dǎo)熱性。

“我們發(fā)現(xiàn)，通過用苯環(huán)替換有機層中的部分碳-碳鏈，我們可以控制某些 2D HOIP的彈性模量和導(dǎo)熱系數(shù)，”該論文共同通訊作者、德克薩斯A&M大學(xué)材料科學(xué)與工程助理教授Qing Tu說。“基本上——在這個特定的層狀材料子集中——我們添加的苯環(huán)越多，材料就越堅硬，隔熱能力就越強。“

這引發(fā)了一些有趣的問題，即我們是否能夠優(yōu)化這些材料的其他特性，而不必?fù)?dān)心這些變化會如何影響材料的剛度或熱導(dǎo)率，”Jun Liu補充道。

這項工作得到了美國國家科學(xué)基金會、海軍研究辦公室和能源部的支持。

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