Сверхрешетка, соединяющая два компонента на основе висмута, оказалась великолепным теплоизолятором.
«Созданный нами материал обладает самой слабой теплопроводностью среди любых неорганических твердых веществ, — говорит профессор Ливерпульского университета Мэтт Розински (Matt Rosseinsky). — Это почти такой же плохой проводник тепла, как воздух». Розински возглавил команду химиков и физиков, которым удалось получить сверхрешетку Bi4O4SeCl2 и изучить механизм, который лежит в основе ее теплоизолирующих свойств. Работа опубликована в журнале Science.
Для начала авторы исследовали два известных теплоизолятора на основе висмута — BiOCl и Bi2O2Se, — чтобы выяснить, как именно происходит передача тепла в их кристаллических решетках. Далее ученые решили соединить оба материала в общую слоистую структуру так, чтобы сохранить расположение их атомов, и в каждом из слоев передача тепла замедлялась. Таким образом они получили сверхрешетку, обладающую несколькими «уровнями» периодичности.
По словам исследователей, интуитивно ожидается, что по физическим свойствам новый материал будет представлять нечто среднее между двумя исходными. Однако благодаря точно продуманной комбинации теплоизоляторов Bi4O4SeCl2 продемонстрировал коэффициент теплопроводности всего в 0,1 Вт/(K*м) (при комнатной температуре) — куда ниже обоих первоначальных материалов. Для сравнения, у хорошо проводящих тепло металлов эта цифра достигает десятков и сотен Вт/(K*м), у воды — 0,6, у воздуха — 0,02.