研究發現新奇材料 既導熱又隔熱

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【大紀元2021年10月12日訊】(大紀元記者張妮編譯報導)生活中常有需要加熱升溫的情況,比如冬天房子需要取暖、電吹風需要加熱;也有需要隔熱降溫的情況,比如汽車引擎和冰箱。導熱和隔熱功能相結合的材料在生活中有很多重要的用途。

任何活動都會產生熱量,但是很多時候熱量的累積是副作用,也是工程設計上希望能夠避免的問題。比如手機電池的使用後升溫,筆記本電腦放在腿上使用一段時間後不斷升溫,都是散熱不利的典型例子。

芝加哥大學的研究人員新發明一種材料,從微觀結構上賦予它特殊的導熱和隔熱性能:熱量可以在這種材料平面上順利傳遞,但是在垂直材料面的方向上,這種材料具有良好的隔熱性能。

他們把非常薄的晶體材料層層疊加起來,但是讓每一層晶體的朝向相對隔壁的材料都錯開一定角度。這樣造出的材料在每個平面上,晶體都呈現有序的朝向,但是在縱向上,卻是無序的。

這份研究報告的第一作者施恩金(Shi En Kim)說:「就像一個還沒整理好的魔方,不同的層面朝一個隨機的方向錯開。這意味著,在每一個這樣的晶體薄層之內,裡面的原子還是有序的晶格佈局;一旦你移動到隔壁的薄層,你就不知道那裡的原子會朝向哪個方向,也就說,從這個方向上看,你無法預計下一層晶體原子的朝向。」

所以他們造出的材料在一個方向上,有著極好的導熱性能;而從另一個方向上,有著極好的隔熱性能。這樣的材料在電子和其它科技領域都有廣泛的用途。

「在一個方向上導熱性好、在另一個方向上隔熱性好的材料在自然界中是不存在的。」這項研究的負責人芝加哥大學化學和分子工程學教授帕克(Jiwoong Park)說,「我們希望這項成果為研發各種創新材料開闢一個全新的方向。」

這份研究只用二硫化鉬這一種材料進行測試,但是研究組認為,很多其它材料都可以配合這項技術使用。

這份研究9月29日發表於《自然》(Nature)期刊。◇

責任編輯:朱涵儒

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