El polvo es muy adecuado para el aislamiento térmico cuando contiene una mezcla de nanopartículas de diferentes tamaños. Esto fue descubierto por un grupo de investigación de la Universidad de Bayreuth dirigido por el Prof. Dr. Markus Retsch. Los científicos pudieron determinar cómo la conductividad térmica del polvo se ve influenciada por el orden y el caos en sus partes constituyentes. Han publicado sus hallazgos en la revista. Materiales avanzados .

El punto de partida de la investigación fueron los cristales fototónicos que se encuentran naturalmente en varias especies de insectos. Por ejemplo, ellos son los responsables del colorido, apariencia brillante de las alas de las mariposas. Estos cristales son fáciles de replicar en el laboratorio utilizando nanopartículas de polímero. Poseen una multa regular, Y estructura estable. El efecto de esta estructura bien ordenada es que se hace difícil que el calor fluya a través de los cristales. La conductividad térmica es baja.

Los investigadores de Bayreuth han descubierto ahora que se pueden producir materiales a partir de nanopartículas que exhiben una conductividad térmica que es incluso mucho menor. Estos materiales son mezclas en forma de polvo:el orden cristalino se reemplaza así por el caos, y cesa también el agradable juego de colores. Mientras que cada partícula en el interior de los cristales fotónicos está rodeada exactamente por doce partículas en la vecindad directa, el número de partículas directamente vecinas en la mezcla es inconsistente en todas partes. Como consecuencia, el calor debe tomar rutas tortuosas, lo que dificulta aún más la penetración de la mezcla. Fluir del lado cálido al lado frío en una estructura caótica no es tan fácil para el calor como lo es en cristales bien ordenados.

Para aclarar completamente estas relaciones, El Prof. Dr. Markus Retsch y su equipo utilizaron una combinación de experimentos de laboratorio y simulaciones por computadora. Esto les permitió examinar en detalle cómo la composición de la mezcla de partículas afecta el flujo de calor. El efecto de aislamiento más alto se logra mezclando una gran cantidad de partículas pequeñas con menos partículas grandes. Además de la proporción de mezcla, la diferencia de tamaño entre los dos tipos de partículas también juega un papel crucial.

"Crear un caos reproducible y describirlo mediante simulaciones no es tan fácil como parece, ", explicó el profesor Retsch sobre los desafíos de este estudio." Solo fue posible comparar nuestros resultados experimentales con simulaciones por computadora porque mezclamos nanopartículas cuyo comportamiento podemos controlar muy bien, ", dijo. De esta manera, los investigadores de la Universidad de Bayreuth pudieron obtener información detallada sobre la distribución del calor en materiales desordenados. Estos hallazgos son muy relevantes para muchas aplicaciones, especialmente en el campo del aislamiento térmico. Por ejemplo, pueden ayudar a mejorar el rendimiento de aislamiento térmico de los polvos a granel. Sin embargo, también proporcionan pistas valiosas para aplicaciones técnicas que, en cambio, Confíe en una disipación de calor rápida y altamente controlable. Este es el caso, por ejemplo, en la optimización de procesos industriales de sinterización en los que se funden pequeñas partículas de polvo. La clave es regular con precisión la temperatura en los puntos de fusión, lo cual es posible gracias a una mejor disipación.