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慧正資訊：北卡羅來納州立大學研究人員展示了設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，有望應用于一系列領域。其中包括開發用于電子設備的新型隔熱涂層。
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，你可能想要創建隔熱涂層來保護電子設備免受高溫影響。從歷史上看，這是一個挑戰。現在，我們發現了一系列既堅硬又優秀的隔熱材料。此外，我們可以根據需要對材料進行工程設計，以控制它們的硬度和導熱性。”
雖然發現這些材料本身就具有一系列應用的巨大潛力，但作為研究人員，我們特別興奮，因為我們已經確定了導致這些特性的機制——即苯環所起的關鍵作用。這項工作令人興奮，因為它為設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構，”本改論文的共同通訊作者、北卡羅來納大學教堂山分校化學與應用物理科學教授Wei You說。 “我們可以調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，研究人員發現至少有三種不同的2D HOIP材料，它們的硬度越高，導熱性就越差。
研究人員還發現了2D HOIP材料的另一個有趣現象。具體來說，他們發現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行實質性改變，它們也能有效地保持相同的剛度和導熱性。
“我們發現，通過用苯環替換有機層中的部分碳-碳鏈，我們可以控制某些 2D HOIP的彈性模量和導熱系數，”該論文共同通訊作者、德克薩斯A&M大學材料科學與工程助理教授Qing Tu說。“基本上——在這個特定的層狀材料子集中——我們添加的苯環越多，材料就越堅硬，隔熱能力就越強。“
這引發了一些有趣的問題，即我們是否能夠優化這些材料的其他特性，而不必擔心這些變化會如何影響材料的剛度或熱導率，”Jun Liu補充道。
這項工作得到了美國國家科學基金會、海軍研究辦公室和能源部的支持。
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