聚苯乙烯泡沫塑料和铜都是导热性能非常不同的材料。位于美因茨的马克斯·普朗克聚合物研究所(MPI-P)和拜罗伊特大学的科学家们现在已经联合开发并表征了一种新型、极薄且透明的材料，这种材料根据方向具有不同的热传导特性。虽然它在一个方向上导热性能非常好，但在另一个方向上却表现出良好的隔热性能。


隔热和热传导在我们的日常生活中起着至关重要的作用——从计算机处理器到房屋都涉及到保温传热。在计算机处理器中，尽可能快地散热是非常重要的，而在节能房屋中，良好的隔热对于降低能源成本至关重要。通常非常轻。多孔材料例如聚苯乙烯用于绝缘，而重的材料例如金属用于散热。现在有一种新开发的材料，由麻省理工学院的科学家和拜罗伊特大学共同开发和表征，现在可以结合这两种特性。


这种材料由交替的薄片状玻璃板层组成，在这些层之间插入了单独的聚合物链。拜罗伊特大学的马库斯·雷奇教授说:“原则上，我们用这种方法生产的材料符合双层玻璃的原理。”“这只能说明，我们不仅有两层，还有数百层。”


好的热绝缘材料垂直于观察面。从微观角度来说，热是物质中单个分子的运动或振动，并传递给邻近的分子。通过在彼此之上建立许多层，这种传递被减少了:每个新的边界层阻挡了部分热传递。相比之下，一层中的热量可以很好地传导——没有界面会阻挡热流。总的来说，一层内的热传递比垂直于它的热传递高40倍。


为了使这种材料既能有效地工作，又能保持透明，这些层必须以非常高的精度生产——任何不均匀性都会干扰透明度，就像有机玻璃上的划痕一样。每层只有百万分之一毫米高——即一纳米。为了研究层序列的均匀性，拜罗伊特大学无机化学教授约瑟夫·布鲁对这种材料进行了表征。


Breu说:“我们使用x光来照亮材料。”“通过叠加这些被各个层反射的光线，我们能够证明这些层可以非常精确地产生。”


汉斯-于尔根·巴特教授部门的成员费塔斯教授能够回答为什么这种层状结构沿着或垂直于单个玻璃板具有如此不同的性质的问题。利用一种特殊的基于激光的测量，他的团队能够表征声波的传播，这就像热量也与材料分子的运动有关。


在他们进一步的工作中，研究人员希望更好地了解玻璃板的结构和聚合物的组成如何影响声音和热量的传播。研究人员看到了在高性能发光二极管领域的一个可能的应用，其中玻璃聚合物层一方面用作透明封装，另一方面可以传到垂直方向的热量。