Вчені з Інституту досліджень полімерів Макса Планка (MPI-P) в Майнці розробили і охарактеризували новий, надзвичайно тонкий і прозорий матеріал, який має різні властивості теплопровідності в залежності від напрямку. Хоча він може дуже добре проводити тепло в одному напрямку, він показує хорошу теплоізоляцію в іншому.
Теплоізоляція і теплопровідність відіграють велику роль у нашому повсякденному житті - від комп'ютерних процесорів, де важливо максимально швидко розсіювати тепло, до будинків, де хороша теплоізоляція необхідна для витрат на електроенергію.
Часто надзвичайно легкі, пористі матеріали, такі як полістирол, використовуються для ізоляції, в той час як важкі матеріали, такі як метали, використовуються для відведення тепла. Нещодавно розроблений матеріал, який вчені з MPI-P спільно розробили з Університетом Байройта, тепер може поєднувати обидві властивості.
Матеріал складається з шарів тонких пластин зі скла, між якими вставлені окремі полімерні ланцюги.
Хороша теплоізоляція спостерігається перпендикулярно шарам. У мікроскопічних термінах тепло - це рух або коливання окремих молекул у матеріалі, який передається сусіднім молекулам.
Створюючи багато шарів один над одним, цей перенос зменшується: кожен новий прикордонний шар блокує частину теплопередачі. Навпаки, тепло в шарі може проводитися добре - немає перешкод, які блокували б тепловий потік. В цілому теплообмін всередині шару в 40 разів вище, ніж перпендикулярно йому.
Теплопровідність уздовж шарів порівнянна з теплопровідністю термопасти, яка використовується, серед іншого, для нанесення на радіатори в комп'ютерних процесорах. Для електроізоляційних матеріалів на основі полімеру/скла ця величина виключно висока - вона також перевищує таку у наявних у продажу матеріалів у шість разів.
Щоб матеріал функціонував ефективно, а також був прозорим, шари повинні були бути виготовлені з дуже високою точністю - будь-яка неоднорідність могла б порушити прозорість, подібну до подряпини на шматку оргстекла. Кожен шар має висоту тільки в одну мільйонну частину міліметра, тобто один нанометр.
У своїй подальшій роботі дослідники сподіваються отримати краще розуміння того, як на поширення звуку і тепла може впливати структура скляної пластини і полімерна композиція.
Вони бачать можливе застосування в області високоефективних світлодіодів, в яких скло-полімерний шар служить, з одного боку, в якості прозорої оболонки, а з іншого боку, може розсіювати тепло, що виділяється в бічному напрямку.