"Los materiales que tienen un módulo elástico alto tienden a ser también altamente conductores térmicos, y viceversa", dice Jun Liu, coautor correspondiente de un artículo sobre el trabajo y profesor asociado de ingeniería mecánica y aeroespacial en la Universidad Estatal de Carolina del Norte.

"En otras palabras, si un material es rígido, conduce bien el calor. Y si un material no es rígido, normalmente es bueno como aislante contra el calor.

"Pero hay casos en los que se necesitan materiales que sean rígidos, pero que también sean buenos aislantes", dice Liu. "Por ejemplo, es posible que desee crear revestimientos de aislamiento térmico para proteger los dispositivos electrónicos de las altas temperaturas. Históricamente, eso ha sido un desafío.

"Ahora hemos descubierto una gama de materiales que son rígidos y excelentes aislantes térmicos. Es más, podemos diseñar los materiales según sea necesario para controlar su rigidez y su conductividad térmica".

Específicamente, los investigadores estaban trabajando con un subconjunto de la clase de materiales llamados perovskitas orgánicas-inorgánicas híbridas bidimensionales (2D HOIP). El artículo, "Correlación anómala entre la conductividad térmica y el módulo elástico en perovskitas de haluros metálicos híbridos bidimensionales", se publica en la revista ACS Nano. .

"Se trata de películas delgadas que consisten en capas alternas orgánicas e inorgánicas en una estructura cristalina altamente ordenada", dice Wei You, coautor correspondiente de este artículo y profesor de química y ciencias físicas aplicadas en la Universidad de Carolina del Norte en Chapel Hill. "Y podemos ajustar la composición de la capa orgánica o inorgánica".

"Descubrimos que podemos controlar el módulo elástico y la conductividad térmica de algunos HOIP 2D reemplazando algunas de las cadenas carbono-carbono en las capas orgánicas con anillos de benceno", dice Qing Tu, coautor correspondiente de este artículo y profesor asistente. de ciencia e ingeniería de materiales en la Universidad Texas A&M. "Básicamente, dentro de este subconjunto específico de materiales en capas, cuantos más anillos de benceno agregamos, más rígido se vuelve el material y más capaz será de aislar contra el calor".

"Si bien el descubrimiento de estos materiales en sí mismo tiene un enorme potencial para una variedad de aplicaciones, como investigadores estamos particularmente entusiasmados porque hemos identificado el mecanismo responsable de estas características, es decir, el papel crítico que desempeñan los anillos de benceno", dice Liu.

En experimentos, los investigadores encontraron al menos tres materiales HOIP 2D distintos que se volvían menos conductivos térmicamente cuanto más rígidos se volvían.

"Este trabajo es apasionante porque sugiere un nuevo camino para la ingeniería de materiales con combinaciones deseables de propiedades", afirma Liu.

Los investigadores también descubrieron otro fenómeno interesante con los materiales HOIP 2D. Específicamente, descubrieron que al introducir quiralidad en las capas orgánicas (es decir, hacer que las cadenas de carbono en esas capas sean asimétricas) podían mantener efectivamente la misma rigidez y conductividad térmica incluso al realizar cambios sustanciales en la composición de las capas orgánicas.

"Esto plantea algunas preguntas interesantes sobre si podríamos optimizar otras características de estos materiales sin tener que preocuparnos de cómo esos cambios podrían influir en la rigidez o la conductividad térmica del material", dice Liu.