Ученые создают материал, который может двигаться и блокировать тепло

Перемещение тепла туда, куда вы хотите, – добавление его в дома и фены, удаление его из автомобильных двигателей и холодильников – это одна из самых сложных задач инженерной мысли.


Всякая деятельность генерирует тепло, потому что энергия уходит из всего, что мы делаем. Но слишком много может привести к износу батарей и электронных компонентов – например, детали в стареющем ноутбуке, который слишком сильно нагревается, чтобы на самом деле сидеть у вас на коленях. Если вы не можете избавиться от тепла, у вас проблемы.

Ученые из Чикагского университета изобрели новый способ отвода тепла на микроскопическом уровне: теплоизолятор, изготовленный с использованием инновационной технологии. Они накладывают ультратонкие слои кристаллических листов друг на друга, но слегка поворачивают каждый слой, создавая материал с атомами, которые выровнены в одном направлении, но не в другом.

«Представьте себе частично законченный кубик Рубика, в котором все слои повернуты в случайном направлении», – сказал Ши Эн Ким, аспирант Притцкеровской школы молекулярной инженерии, который является первым автором исследования. “Это означает, что внутри каждого слоя кристалла у нас все еще есть упорядоченная решетка атомов, но если вы перейдете к соседнему слою, вы не будете знать, где следующие атомы будут относительно предыдущего слоя – атомы совершенно беспорядочные в этом направлении “.

В результате получается материал, который чрезвычайно хорош как в удерживании тепла, так и в его перемещении, хотя и в разных направлениях – необычная способность в микромасштабе, которая может иметь очень полезные применения в электронике и других технологиях.

«Сочетание превосходной теплопроводности в одном направлении и отличной изоляции в другом направлении вообще не существует в природе», – сказал ведущий автор исследования Дживун Парк, профессор химии и молекулярной инженерии в Чикагском университете. «Мы надеемся, что это может открыть совершенно новое направление для создания новых материалов».

“Просто удивительно низко”

Ученые постоянно ищут материалы с необычными свойствами, потому что они могут открыть совершенно новые возможности для таких устройств, как электроника, датчики, медицинские технологии или солнечные батареи. Например, аппараты МРТ стали возможны благодаря открытию странного материала, который отлично проводит электричество.

Группа Парка изучала способы создания чрезвычайно тонких слоев материалов, толщиной всего в несколько атомов. Обычно материалы, используемые для устройств, состоят из чрезвычайно регулярных повторяющихся решеток атомов, что позволяет электричеству (и теплу) очень легко проходить через материал. Но ученые задались вопросом, что произойдет, если они вместо этого слегка повернут каждый последующий слой при их укладке.