Ученые улучшили свойства теплоизоляции за счет намеренного хаоса

Москва, 13:39, 02 Апр 2018, редакция FTimes.ru, автор Евгения Ковалева.

Группа исследователей из Университета Байройта, возглавляемая профессором Маркусом Ретчем, установила, что порошок хорошо подходит для термической изоляции, особенно когда состоит из наночастиц разного размера.

Команда выяснила, как на теплопроводность порошка влияет порядок и хаос расположения его составляющих. Свои выводы специалисты представили в Advanced Materials.

Исследование началось с фототонных кристаллов, естественным образом появляющихся у различных насекомых. Например, они отвечают за цветовую палитру крыльев бабочек. Кристаллы легко воссоздать в лаборатории из полимерных наночастиц. Копии имеют однородную, стабильную структуру. За счет нее тепло сложно проходить сквозь кристалл.

Команда Университета Байройта выяснила, что из таких наночастиц можно изготавливать материалы с еще меньшей теплопроводностью, отмечает sciencedaily.com. Они представляют собой порошковые смеси. Кристаллический порядок в них заменен хаосом. Исчезает и разнообразие цветов. В кристалле каждая частица имеет 12 четких соседей.  В порошке их количество и положение непостоянно. В результате теплу сложнее преодолеть материал на пути к холодной стороне.

Для прояснения этих отношений профессор Ретч с группой использовал сочетание лабораторных экспериментов и компьютерных симуляций. Это позволило ученым подробно рассмотреть влияние состава порошка на тепловой поток. Лучшие изоляционные свойства получались при сочетании множества мелких частиц с небольшим числом более крупных объектов. Вместе с соотношением, важную роль сыграла и разница в размерах компонентов.

«Получение повторяемого хаоса и его описание с помощью симуляции – не так просто, как это звучит, — отметил профессор Ретч. – Мы смогли сравнить экспериментальные результаты с моделью, только потому, что смешали наночастицы с хорошо контролируемым поведением».

Таким образом авторам удалось получить подробную картину распределения тепла в неоднородных материалах. Результаты будут полезны для различных сфер. Помимо улучшения свойств теплоизоляции, они могут помочь в процессах, где требуется быстрое и контролируемое распределение тепла.