Учёные из Чикагского университета изобрели новый способ перенаправления тепла на микроскопическом уровне. Они собрали термоизолирующий материал из тончайших кристаллических слоёв дисульфида молибдена, лежащих друг на друге, но повёрнутых относительно друг друга на определённый уровень. В результате в некоторых направлениях атомы выровнены в решётку, а в других – нет.
Перенаправление тепла – одна из главнейших инженерных задач. Практически все устройства и механизмы генерируют тепло при работе из-за утечек энергии. При этом лишнее тепло может не только мешать нормальной работе, но и быстрее изнашивать компоненты, в особенности электронные чипы.
Как поясняет первый автор исследования, аспирант Ши Эн Ким из Притцкеровской школы молекулярной техники, чтобы представить себе такой материал, можно вспомнить кубик Рубика, слои которого повёрнуты на случайные углы. В каждом слое присутствует упорядоченная кристаллическая решётка, но при переходе на следующий слой непонятно, где окажутся атомы по отношению к предыдущим слоям. В этом, перпендикулярном направлении, царит хаос.
Получившийся материал хорошо удерживает тепло и способен перемещать его по разным направлениям, причём эффективность передачи тепла зависит от направления. Подобному материалу было бы легко найти применение в электронике и других технологиях. По словам профессора химии и молекулярной техники Дживунг Парка, в природе не существует естественных материалов, сочетающих прекрасную теплопроводность в одном направлении и теплоизоляцию – в другом.
Измерив теплопроводность и изолирующие свойства нового материала, учёные удивились полученным результатам. Теплоизоляция материала сравнима с таковой у воздуха – а ведь, по словам Парка, это один из лучших теплоизоляторов, известных нам. Он говорит, что очень необычно встретить такую хорошую теплоизоляцию у твёрдого материала. При этом теплопроводность материала в другом направлении отличная. Проводимость тепла вдоль слоёв получилась в 900 раз лучше, чем поперёк.
