科学家是怎么用新的混合材料设计出不可想象的东西的

设计成既坚硬又隔热的新材料，可能会给电子产品的隔热应用带来革命性的变化。

科学家们已经成功地设计出既坚固又能有效隔热的材料。这种极为罕见的属性组合为各种应用提供了巨大的潜力，包括为电子设备创造新的隔热涂层。

“具有高弹性模量的材料往往也具有高导热性，反之亦然，”北卡罗莱纳州立大学机械和航空航天工程副教授刘军（音译）说，他是该工作论文的共同通讯作者。“换句话说，如果一种材料是硬的，它就能很好地导热。如果一种材料不坚硬，那么它通常隔热效果很好。

材料性能及应用

“但在某些情况下，你想要的材料是坚硬的，但也是良好的绝缘体，”刘军说。“例如，你可能想要制造隔热涂层来保护电子产品免受高温的影响。从历史上看，这是一个挑战。”

“我们现在已经发现了一系列既坚固又优秀的隔热材料。更重要的是，我们可以根据需要设计材料，以控制它们的硬度和导热性。”

材料成分研究进展

具体来说，研究人员正在研究一类称为“二维混合有机-无机钙钛矿（2D HOIP）”的材料的子集。

“这些薄膜是由高度有序的晶体结构中交替的有机和无机层组成的，”魏友（音译）说，他是这篇论文的共同通讯作者，也是北卡罗来纳大学教堂山分校的化学和应用物理科学教授。“我们可以调整无机层或有机层的组成。”

“我们发现，我们可以通过用苯环取代有机层中的一些碳-碳链来控制一些2D HOIP的弹性模量和导热性，”该论文的共同通讯作者、德克萨斯A&M大学材料科学与工程助理教授涂青（音译）说。“基本上，在这一层状材料的特定子集中，我们添加的苯环越多，材料就越坚硬，隔热能力也就越强。”

“虽然，发现这些材料本身具有巨大的应用潜力，但作为研究人员，我们特别兴奋，因为我们已经确定了产生这些特性的机制-即苯环所起的关键作用，”刘军教授说。

在实验中，研究人员发现至少有三种不同的2D HOIP材料，它们变得越硬，导热性就越差。

发现与启示

“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，”刘军教授说。

研究人员还发现了2D 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，即使这些层中的碳链不对称，即使对有机层的组成进行实质性改变，它们也能有效地保持相同的刚度和导热性。

刘军教授说：“这提出了一些有趣的问题，即我们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如何影响材料的刚度或导热性。”

这篇论文发表在ACS Nano杂志上。北卡罗来纳州立大学的前博士生Ankit Negi是这篇论文的第一作者。

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