"I materiali che hanno un modulo elastico elevato tendono ad essere anche altamente conduttivi termicamente, e viceversa", afferma Jun Liu, coautore di un articolo sul lavoro e professore associato di ingegneria meccanica e aerospaziale presso la North Carolina State University.

"In altre parole, se un materiale è rigido, svolge un buon lavoro di conduzione del calore. E se un materiale non è rigido, di solito è un buon isolante dal calore.

"Ma ci sono casi in cui vorresti materiali rigidi, ma che siano anche buoni isolanti", dice Liu. "Ad esempio, potresti voler creare rivestimenti isolanti termici per proteggere i componenti elettronici dalle alte temperature. Storicamente, questa è stata una sfida.

"Ora abbiamo scoperto una gamma di materiali che sono rigidi ed eccellenti isolanti termici. Inoltre, possiamo progettare i materiali secondo necessità per controllare quanto sono rigidi e quanto sono termicamente conduttivi."

Nello specifico, i ricercatori stavano lavorando con un sottoinsieme della classe di materiali chiamati perovskiti ibride organiche-inorganiche bidimensionali (2D HOIP). L'articolo "Correlazione anomala tra conduttività termica e modulo elastico in perovskiti ibride bidimensionali ad alogenuri metallici" è stato pubblicato sulla rivista ACS Nano .

"Si tratta di pellicole sottili costituite da strati organici e inorganici alternati in una struttura cristallina altamente ordinata", afferma Wei You, co-autore corrispondente di questo articolo e professore di chimica e scienze fisiche applicate presso l'Università della Carolina del Nord a Chapel Hill. "E possiamo ottimizzare la composizione dello strato inorganico o organico."

"Abbiamo scoperto che possiamo controllare il modulo elastico e la conduttività termica di alcuni HOIP 2D sostituendo alcune catene carbonio-carbonio negli strati organici con anelli benzenici", afferma Qing Tu, co-autore corrispondente di questo articolo e professore assistente. di scienza e ingegneria dei materiali presso la Texas A&M University. "Fondamentalmente, all'interno di questo specifico sottoinsieme di materiali stratificati, più anelli di benzene aggiungiamo, più rigido diventa il materiale e migliore è la sua capacità di isolare dal calore."

"Anche se la scoperta di questi materiali di per sé racchiude un enorme potenziale per una vasta gamma di applicazioni, come ricercatori siamo particolarmente entusiasti perché abbiamo identificato il meccanismo responsabile di queste caratteristiche, vale a dire il ruolo critico svolto dagli anelli di benzene", afferma Liu.

Negli esperimenti, i ricercatori hanno trovato almeno tre distinti materiali HOIP 2D che diventavano meno conduttivi termicamente quanto più diventavano rigidi.

"Questo lavoro è entusiasmante perché suggerisce un nuovo percorso per i materiali ingegneristici con combinazioni desiderabili di proprietà", afferma Liu.

I ricercatori hanno scoperto anche un altro fenomeno interessante con i materiali HOIP 2D. Nello specifico, hanno scoperto che introducendo la chiralità negli strati organici, ovvero rendendo asimmetriche le catene di carbonio in quegli strati, potevano effettivamente mantenere la stessa rigidità e conduttività termica anche apportando modifiche sostanziali alla composizione degli strati organici.

"Ciò solleva alcune domande interessanti sulla possibilità che potremmo essere in grado di ottimizzare altre caratteristiche di questi materiali senza doverci preoccupare di come tali cambiamenti potrebbero influenzare la rigidità o la conduttività termica del materiale", afferma Liu.