Isopor ou cobre - ambos os materiais têm propriedades muito diferentes no que diz respeito à capacidade de conduzir calor. Cientistas do Instituto Max Planck para Pesquisa de Polímeros (MPI-P) em Mainz e da Universidade de Bayreuth desenvolveram e caracterizaram em conjunto um romance, material extremamente fino e transparente que possui diferentes propriedades de condução térmica dependendo da direção. Embora possa conduzir o calor extremamente bem em uma direção, mostra um bom isolamento térmico na outra direção.

O isolamento térmico e a condução térmica desempenham um papel crucial em nossa vida cotidiana - de processadores de computador, onde é importante dissipar o calor o mais rápido possível, para casas, onde um bom isolamento é essencial para os custos de energia. Muitas vezes extremamente leve, materiais porosos, como poliestireno, são usados ​​para isolamento, enquanto materiais pesados ​​como metais são usados ​​para dissipação de calor. Um material recém-desenvolvido, que os cientistas do MPI-P desenvolveram e caracterizaram em conjunto com a Universidade de Bayreuth, agora pode combinar as duas propriedades.

O material consiste em camadas alternadas de placas de vidro muito finas, entre as quais cadeias de polímeros individuais são inseridas. "Em princípio, nosso material produzido desta forma corresponde ao princípio de vidros duplos, "diz Markus Retsch, Professor da Universidade de Bayreuth. "Isso só mostra a diferença de que não temos apenas duas camadas, mas centenas. "

Bom isolamento térmico é observado perpendicularmente às camadas. Em termos microscópicos, calor é um movimento ou oscilação de moléculas individuais no material que é transferido para moléculas vizinhas. Ao construir muitas camadas umas sobre as outras, essa transferência é reduzida:cada nova camada limite bloqueia parte da transferência de calor. Em contraste, o calor dentro de uma camada pode ser bem conduzido - não há interfaces que bloqueiem o fluxo de calor. Geral, a transferência de calor dentro de uma camada é 40 vezes maior do que perpendicular a ela.

A condutividade térmica ao longo das camadas é comparável à condutividade térmica da pasta térmica, que é usado, entre outras coisas, para aplicar dissipadores de calor a processadores de computador. Para materiais eletricamente isolantes à base de polímero / vidro, esse valor é excepcionalmente alto - excede o dos plásticos disponíveis comercialmente por um fator de seis.

Para que o material funcione de forma eficiente e também seja transparente, as camadas tinham de ser produzidas com altíssima precisão - qualquer falta de homogeneidade perturbaria a transparência semelhante a um arranhão em um pedaço de acrílico. Cada camada tem apenas um milionésimo de milímetro de altura - ou seja, um nanômetro. A fim de investigar a homogeneidade da sequência de camadas, o material foi caracterizado no grupo de Josef Breu, Professor de Química Inorgânica da Universidade de Bayreuth.

“Usamos raios X para iluminar o material, "diz Breu." Ao sobrepor esses raios, que são refletidos pelas camadas individuais, pudemos mostrar que as camadas podiam ser produzidas com muita precisão. "

Prof. Fytas, membro do departamento do Prof. Hans-Jürgen Butt, foi capaz de dar uma resposta à pergunta por que essa estrutura em camadas tem propriedades tão extraordinariamente diferentes ao longo ou perpendiculares às placas de vidro individuais. Usando uma medição especial baseada em laser, seu grupo foi capaz de caracterizar a propagação de ondas sonoras, que é como o calor também relacionado ao movimento das moléculas do material. "Este material estruturado, porém transparente, é excelente para entender como o som se propaga em diferentes direções, "diz Fytas. As diferentes velocidades do som permitem que conclusões diretas sejam tiradas sobre as propriedades mecânicas dependentes da direção, que não são acessíveis com nenhum outro método.

Em seu trabalho posterior, os pesquisadores esperam obter um melhor entendimento de como a propagação do som e do calor pode ser influenciada pela estrutura da placa de vidro e pela composição do polímero. Os pesquisadores veem uma possível aplicação no campo de diodos emissores de luz de alto desempenho, em que a camada de polímero de vidro serve por um lado como um encapsulamento transparente e por outro lado pode dissipar o calor liberado lateralmente.

Os cientistas já publicaram seus resultados na renomada revista Angewandte Chemie - Edição Internacional .