Termoizolacija i toplotna provodljivost igraju presudnu ulogu u našem svakodnevnom životu. Krenuvši od prostora u kojem živimo, tj. kuće, gde je dobra izolacija ključna stavka kada su u pitanju troškovi energije, pa sve do procesora računara, gde je važno što brže raspodeliti toplotu. Često se za izolaciju koriste izuzetno lagani, porozni materijali poput polistirena, dok se za rasipanje toplote koriste teški materijali poput metala. Novorazvijeni materijal, koji su naučnici sa University of Bayreuth i Max Planck Institute for Polymer Research zajednički razvili, kombinuje oba svojstva.
Materijal se sastoji od naizmeničnih nanometarsko tankih slojeva staklenih ploča između kojih su umetnuti pojedinačni polimerni lanci. Markus Retsch, profesor sa University of Bayreuth, istakao je da je ovaj materijal napravljen po principu dvostrukog stakla, i dodao da to samo pokazuje da nemamo samo dva sloja, već stotine.
Materijal koji istovremeno provodi toplotu i vrši izolaciju (foto: MPI-P, Licence CC-BY-SA)
Dobra toplotna izolacija bazira se na slojevima. Posmatrano na mikroskopskom nivou, toplota predstavlja pokret ili oscilaciju pojedinih molekula u materiji koji se prenose na susedne molekule. Izgradnjom slojeva jedan na drugi, ovaj prenos se smanjuje: Svaki novi granični sloj blokira deo prenosa toplote. Suprotno tome, toplota unutar sloja može se dobro provoditi - ne postoje spojevi koji bi blokirali protok toplote. Prenos toplote unutar sloja je 40 puta veći od uobičajenog. Toplotna provodljivost duž slojeva je uporediva sa toplotnom provodljivošću termalne paste koja se, između ostalog, koristi za primenu kod procesora računara. Za elektroizolacione materijale na bazi polimera ili stakla, ova vrednost je izuzetno visoka.
Oglas
Da bi materijal bio efikasan i transparentan, slojevi moraju biti proizvedeni sa vrlo velikom preciznošću jer bi svaka nehomogenost narušila prozirnost sličnu ogrebotini na komadu pleksiglasa. Svaki sloj je visok jedan nanometar. Da bi se istražila homogenost niza slojeva, materijal je ispitivan od strane tima Josefa Breua, profesora neorganske hemije na University of Bayreuth. On je rekao da su koristili rendgenske zrake za osvetljavanje materijala. Analizom ovih zraka koje su reflektovali pojedini slojevi pokazalo se da se slojevi mogu proizvesti vrlo precizno.
Profesor Fytas, član prof. H.-J. Buttove istraživačke grupe, uspeo je da da odgovor na pitanje zašto ova slojevita struktura ima tako neobično različita svojstva duž pojedinih staklenih ploča. Pomoću specijalnih laserskih merenja, njegova grupa je bila u mogućnosti da okarakteriše širenje zvučnih talasa, što je poput toplote, takođe, povezano sa kretanjem molekula materijala. Rekao je da je ovaj strukturirani, ali transparentan materijal odličan za razumevanje načina na koji se zvuk širi u različitim pravcima. Različite brzine zvuka omogućavaju iznošenje direktnih zaključaka o mehaničkim svojstvima koji zavise od smera, a ne mogu se dobiti drugom metodom.
U svom daljem radu istraživači se nadaju boljem razumevanju kako na širenje zvuka i toplote mogu uticati struktura staklene ploče i polimerni sastav. Istraživači vide moguću primenu u području visokih performansi svetlosnih dioda u kojima stakleno-polimerni sloj s jedne strane služi kao prozirna enkapsulacija, a sa druge strane može otpustiti toplotu bočno.
Rezultati su objavljeni u renomiranom časopisu "Angewandte Chemie - International Edition".
