Об этом сообщила пресс-служба Университета штата Северная Каролина.
Вещество на основе синтетического аналога природного перовскита обычно представляет собой перовскитный материал или гибридный галогенидный перовскит, который имитирует уникальную кристаллическую структуру природного минерала перовскита (CaTiO3).Вместо использования природного оксида титана-кальция ученые синтезируют эти соединения, используя искусственно созданные комбинации органических молекул, металлов и галогенов, чтобы настраивать их химические и физические свойства.
Университетской исследователи синтезировали особый класс слоистых гибридных органическо-неорганических перовскитов — иодиды азобензол-этил-аммония-свинца (azobenzene ethyl ammonium lead iodides).
Полученное вещество пропускает крайне мало тепла - 0,04 Вт на м2 - и одновременно обладает высокой механической прочностью. Пленки из данного материала можно применять в нагревательных приборах и космической технике.
Профессор Университета штата Северная Каролина Д. Сунь отметил, что теплоизоляторы с высокой механической прочностью и твердостью найдут множество применений на практике - от кухонной утвари до электроники и космической отрасли промышленности. По его словам, их разработка оказалась крайне сложной задачей, поскольку тепло обычно плохо проводят мягкие материалы. Ученым удалось обойти эту проблему и создать твердый материал, который превосходит все уже существующие теплоизоляторы.
Профессор Д. Сунь и его коллеги объяснили, что характер взаимодействия материала с теплом зависит от структуры и характера связей между составляющими его атомами и молекулами. Как правило, чем прочнее и сильнее эти связи, тем лучше вещество проводит тепловые колебания. В результате практически все твердые вещества являются плохими теплоизоляторами, которые в сотни или даже тысячи раз уступают в этом отношении силикону и другим мягким и гибким материалам.
Американские и китайские материаловеды выяснили, что крупным исключением из этого правила является созданный ими аналог природного минерала перовскита. Он состоит из особым образом чередующихся прослоек органических молекул и неорганических материалов. Ученым удалось подобрать такую структуру и расположение этих слоев, при которых внутри них подавляются колебания, отвечающие за перенос тепловой энергии.
Это стало возможным благодаря тому, что в органическую половину перовскитов был встроен набор ароматических углеводородных молекул. Такой подход позволил резко снизить теплопроводность материала при незначительной потере его прочности.
В результате получен материал, который проводит тепло в пять раз хуже силикона и по этому показателю лишь на 60% опережает обычный воздух. Прочностные характеристики перовскитного термоизолятора примерно в 10 тыс. раз выше, чем у силикона.
Материал допускает производство и нанесение на произвольные поверхности при помощи уже существующих промышленных установок, используемых для производства различных покрытий.
Благодаря этому его можно задействовать в различных печах, холодильных установках, на борту спутников и для защиты солнечных батарей и электроники от перегрева, подытожили исследователи.
Группы ученых в университете модифицируют структуру галогенидных перовскитов, добавляя в них атомы цезия и рубидия. Это делает структуру химически однородной, позволяя создавать стабильные и недорогие солнечные панели нового поколения с КПД, стремящимся к коммерческому кремнию.
Ученые университета разработали технологию управления слоистыми гибридными перовскитами (LHPs) на атомарном уровне, что позволяет сверхточно настраивать то, как материал преобразует электрический заряд в свет для гибкой электроники. Они определили, что синтетический перовскит (йодид метиламмония-свинца, MAPbl₃) способен к сверхсветимости (суперфлуоресценции) при относительно высоких температурах благодаря встроенным молекулярным «амортизаторам», что открывает путь к его использованию в квантовых компьютерах.
Перовскит - минерал на основе титаната кальция, впервые описанный в 1839 г. в Уральских горах. Его кристаллическая структура стала основой для большой группы синтетических материалов, которые применяются в солнечной энергетике, электронике и материаловедении.
Автор: А. Шевченко
