Espuma de poliestireno o cobre:​​ambos materiales tienen propiedades muy diferentes con respecto a su capacidad para conducir el calor. Los científicos del Instituto Max Planck de Investigación de Polímeros (MPI-P) en Mainz y la Universidad de Bayreuth han desarrollado y caracterizado conjuntamente una novela, material extremadamente fino y transparente que tiene diferentes propiedades de conducción térmica según la dirección. Si bien puede conducir el calor extremadamente bien en una dirección, muestra un buen aislamiento térmico en la otra dirección.

El aislamiento térmico y la conducción térmica juegan un papel crucial en nuestra vida cotidiana, desde los procesadores de computadora, donde es importante disipar el calor lo más rápido posible, a las casas, donde un buen aislamiento es esencial para los costos de energía. A menudo extremadamente ligero, Los materiales porosos como el poliestireno se utilizan para el aislamiento. mientras que los materiales pesados ​​como los metales se utilizan para disipar el calor. Un material desarrollado recientemente, que los científicos del MPI-P han desarrollado y caracterizado conjuntamente con la Universidad de Bayreuth, ahora puede combinar ambas propiedades.

El material consta de capas alternas de placas de vidrio delgadas como una oblea entre las que se insertan cadenas de polímero individuales. "En principio, nuestro material producido de esta manera corresponde al principio de doble acristalamiento, "dice Markus Retsch, Catedrático de la Universidad de Bayreuth. "Solo muestra la diferencia de que no solo tenemos dos capas, pero cientos ".

Se observa un buen aislamiento térmico perpendicular a las capas. En términos microscópicos, el calor es un movimiento u oscilación de moléculas individuales en el material que se transfiere a las moléculas vecinas. Al construir muchas capas una encima de la otra, esta transferencia se reduce:cada nueva capa límite bloquea parte de la transferencia de calor. A diferencia de, el calor dentro de una capa se puede conducir bien; no hay interfaces que bloqueen el flujo de calor. En general, la transferencia de calor dentro de una capa es 40 veces mayor que perpendicular a ella.

La conductividad térmica a lo largo de las capas es comparable a la conductividad térmica de la pasta térmica, que se usa, entre otras cosas, para aplicar disipadores de calor a procesadores de computadora. Para materiales eléctricamente aislantes a base de polímero / vidrio, este valor es excepcionalmente alto:supera el de los plásticos disponibles comercialmente en un factor de seis.

Para que el material funcione de manera eficiente y también sea transparente, las capas tenían que producirse con una precisión muy alta; cualquier falta de homogeneidad alteraría la transparencia de forma similar a un rasguño en un trozo de plexiglás. Cada capa tiene solo una millonésima parte de un milímetro de altura, es decir. un nanómetro. Para investigar la homogeneidad de la secuencia de capas, el material se caracterizó en el grupo de Josef Breu, Catedrático de Química Inorgánica en la Universidad de Bayreuth.

"Usamos rayos X para iluminar el material, "dice Breu." Al superponer estos rayos, que se reflejan en las capas individuales, pudimos demostrar que las capas se podían producir con mucha precisión ".

Prof. Fytas, miembro del departamento del Prof. Hans-Jürgen Butt, pudo dar una respuesta a la pregunta de por qué esta estructura en forma de capa tiene propiedades tan extraordinariamente diferentes a lo largo o perpendicular a las placas de vidrio individuales. Usando una medición especial basada en láser, su grupo pudo caracterizar la propagación de ondas sonoras, que es como el calor también relacionado con el movimiento de las moléculas del material. "Este material estructurado pero transparente es excelente para comprender cómo se propaga el sonido en diferentes direcciones, "dice Fytas. Las diferentes velocidades del sonido permiten sacar conclusiones directas sobre las propiedades mecánicas dependientes de la dirección, que no son accesibles con ningún otro método.

En su trabajo posterior, Los investigadores esperan comprender mejor cómo la estructura de la placa de vidrio y la composición del polímero pueden influir en la propagación del calor y el sonido. Los investigadores ven una posible aplicación en el campo de los diodos emisores de luz de alto rendimiento, en el que la capa de polímero de vidrio sirve por un lado como un encapsulado transparente y por otro lado puede disipar el calor liberado lateralmente.

Los científicos han publicado ahora sus resultados en la reconocida revista Angewandte Chemie — Edición internacional .