Pesquisadores criam materiais com combinação única de rigidez e isolamento térmico
Crédito:Jun Liu Os pesquisadores demonstraram a capacidade de projetar materiais que sejam rígidos e capazes de isolar o calor. Esta combinação de propriedades é extremamente incomum e promete uma série de aplicações, como o desenvolvimento de novos revestimentos de isolamento térmico para dispositivos eletrônicos.
"Materiais que têm um módulo elástico alto tendem a também ser altamente condutores térmicos e vice-versa", diz Jun Liu, co-autor correspondente de um artigo sobre o trabalho e professor associado de engenharia mecânica e aeroespacial na Universidade Estadual da Carolina do Norte.
“Em outras palavras, se um material for rígido, ele conduz bem o calor. E se um material não for rígido, geralmente é bom para isolar o calor.
“Mas há casos em que você deseja materiais rígidos, mas que também sejam bons isolantes”, diz Liu. "Por exemplo, você pode querer criar revestimentos de isolamento térmico para proteger os eletrônicos de altas temperaturas. Historicamente, isso tem sido um desafio.
"Descobrimos agora uma variedade de materiais que são rígidos e excelentes isolantes térmicos. Além do mais, podemos projetar os materiais conforme necessário para controlar o quão rígidos eles são e quão termicamente condutivos eles são."
Especificamente, os pesquisadores estavam trabalhando com um subconjunto da classe de materiais chamados perovskitas híbridas orgânicas-inorgânicas bidimensionais (2D HOIP). O artigo, "Correlação anômala entre condutividade térmica e módulo de elasticidade em perovskitas de haleto metálico híbrido bidimensional", foi publicado na revista ACS Nano .
“São filmes finos que consistem em camadas alternadas orgânicas e inorgânicas em uma estrutura cristalina altamente ordenada”, diz Wei You, co-autor deste artigo e professor de química e ciências físicas aplicadas na Universidade da Carolina do Norte em Chapel Hill. "E podemos ajustar a composição da camada inorgânica ou orgânica."
"Descobrimos que podemos controlar o módulo de elasticidade e a condutividade térmica de alguns HOIPs 2D, substituindo algumas das cadeias carbono-carbono nas camadas orgânicas por anéis de benzeno", diz Qing Tu, co-autor correspondente deste artigo e professor assistente. de ciência e engenharia de materiais na Texas A&M University. "Basicamente - dentro deste subconjunto específico de materiais em camadas - quanto mais anéis de benzeno adicionamos, mais rígido fica o material e mais capaz ele é de isolar contra o calor."
"Embora a descoberta destes materiais por si só tenha um enorme potencial para uma série de aplicações, como investigadores estamos particularmente entusiasmados porque identificamos o mecanismo que é responsável por estas características - nomeadamente o papel crítico que os anéis de benzeno desempenham", diz Liu.
Em experimentos, os pesquisadores descobriram pelo menos três materiais HOIP 2D distintos que se tornavam menos condutores térmicos à medida que se tornavam mais rígidos.
"Este trabalho é emocionante porque sugere um novo caminho para a engenharia de materiais com combinações de propriedades desejáveis", diz Liu.
Os pesquisadores também descobriram outro fenômeno interessante com materiais 2D HOIP. Especificamente, eles descobriram que, ao introduzir a quiralidade nas camadas orgânicas - isto é, tornando as cadeias de carbono nessas camadas assimétricas - eles poderiam efetivamente manter a mesma rigidez e condutividade térmica, mesmo ao fazer alterações substanciais na composição das camadas orgânicas.
"Isso levanta algumas questões interessantes sobre se poderemos otimizar outras características desses materiais sem ter que nos preocupar sobre como essas mudanças podem influenciar a rigidez ou a condutividade térmica do material", diz Liu.
