La polvere è estremamente adatta per l'isolamento termico quando contiene un miscuglio di nanoparticelle di dimensioni diverse. Lo ha scoperto un gruppo di ricerca dell'Università di Bayreuth guidato dal Prof. Dr. Markus Retsch. Gli scienziati sono stati in grado di determinare come la conduttività termica della polvere è influenzata dall'ordine e dal caos nelle sue parti costituenti. Hanno pubblicato i loro risultati sulla rivista Materiale avanzato .

Il punto di partenza della ricerca sono stati i cristalli fototonici che si trovano naturalmente in varie specie di insetti. Per esempio, sono responsabili del colorato, aspetto scintillante delle ali delle farfalle. Tali cristalli sono facili da replicare in laboratorio utilizzando nanoparticelle polimeriche. Possiedono una multa, regolare, e struttura stabile. L'effetto di questa struttura ben ordinata è che diventa difficile per il calore fluire attraverso i cristalli. La conduttività termica è bassa.

I ricercatori di Bayreuth hanno ora scoperto che da tali nanoparticelle possono essere prodotti materiali che presentano una conduttività termica ancora molto più bassa. Questi materiali sono miscele in polvere:l'ordine cristallino viene così sostituito dal caos, e cessa anche il piacevole gioco dei colori. Mentre ogni particella all'interno dei cristalli fotonici è circondata da esattamente dodici particelle nelle immediate vicinanze, il numero di particelle direttamente vicine nella miscela è incoerente in tutto. Di conseguenza, il calore deve prendere strade tortuose, rendendo ancora più difficile permeare la miscela. Fluire dal lato caldo al lato freddo in una struttura caotica non è così facile per il caldo come lo è nei cristalli ben ordinati.

Per chiarire completamente queste relazioni, Il prof. Dr. Markus Retsch e il suo team hanno utilizzato una combinazione di esperimenti di laboratorio e simulazioni al computer. Ciò ha permesso loro di esaminare in dettaglio come la composizione della miscela di particelle influenzi il flusso di calore. Il massimo effetto isolante si ottiene mescolando un numero molto elevato di piccole particelle con un minor numero di particelle grandi. Oltre al rapporto di miscelazione, anche la differenza di dimensione tra i due tipi di particelle gioca un ruolo cruciale.

"Creare un caos riproducibile e descriverlo tramite simulazioni non è così facile come sembra, " ha spiegato il prof. Retsch sulle sfide di questo studio. "È stato possibile confrontare i nostri risultati sperimentali con simulazioni al computer solo perché abbiamo mescolato nanoparticelle il cui comportamento possiamo controllare molto bene, " disse. In questo modo, i ricercatori dell'Università di Bayreuth sono stati in grado di ottenere informazioni dettagliate sulla distribuzione del calore nei materiali disordinati. Questi risultati sono molto rilevanti per molte applicazioni, soprattutto nel campo dell'isolamento termico. Per esempio, possono aiutare a migliorare le prestazioni di isolamento termico delle polveri sfuse. Però, forniscono anche preziosi indizi per applicazioni tecniche che, al contrario, fare affidamento su una dissipazione del calore rapida e altamente controllabile. Questo è il caso, ad esempio, nell'ottimizzazione dei processi di sinterizzazione industriale in cui vengono fuse minuscole particelle di polvere. La chiave è regolare con precisione la temperatura nei punti di fusione, ciò è possibile grazie a una migliore dissipazione.