研究人员创造出具有独特刚度和隔热性能的材料

研究人员已经展示了设计既坚硬又能隔热的材料的能力。这种特性的组合非常不寻常，有望用于一系列应用，例如开发用于电子设备的新型隔热涂层。

“具有高弹性模量的材料往往也具有高导热性，反之亦然，”该论文的共同通讯作者，北卡罗来纳州立大学机械与航空航天工程副教授刘军说。

“换句话说，如果一种材料很硬，它就能很好地传导热量。而如果一种材料不硬，那么它通常就能很好地隔热。

“但有些情况下，你需要的材料既坚硬，又要具有良好的绝缘性，”刘说。“例如，你可能想制造隔热涂层来保护电子设备免受高温影响。从历史上看，这一直是一个挑战。

“我们现在已经发现了一系列既坚硬又具有优良热绝缘性的材料。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。”

具体来说，研究人员正在研究一种名为二维混合有机-无机钙钛矿 (2D HOIP) 的材料。这篇题为“二维混合金属卤化物钙钛矿中的热导率和弹性模量之间的异常相关性”的论文发表在《ACS Nano》杂志上。

“这些薄膜由高度有序的晶体结构中交替的有机层和无机层组成，”本文共同通讯作者、北卡罗来纳大学教堂山分校化学与应用物理科学教授魏友说。“我们可以调整无机层或有机层的成分。”

“我们发现，通过将有机层中的一些碳碳链替换为苯环，我们可以控制一些 2D HOIP 的弹性模量和热导率，”本文共同通讯作者、德克萨斯农工大学材料科学与工程助理教授青涂说道。“基本上，在这个特定的层状材料子集中，我们添加的苯环越多，材料就越硬，隔热能力就越强。”

刘说：“虽然发现这些材料本身在一系列应用方面具有巨大的潜力，但作为研究人员，我们特别兴奋，因为我们已经确定了造成这些特性的机制 - 即苯环发挥的关键作用。”

在实验中，研究人员发现至少三种不同的 2D HOIP 材料，它们的刚度越大，导热性就越差。

刘说：“这项工作令人兴奋，因为它为工程材料中具有理想性能组合指明了一条新途径。”

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)，即使在对有机层的成分进行重大改变时，它们也可以有效地保持相同的刚度和热导率。

刘说：“这引发了一些有趣的问题，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热导率。”