Благодаря своей структуре, соединяющая два элемента на основе висмута сверхрешетка продемонстрировала выдающиеся теплоизоляционные свойства.
«Наш материал демонстрирует минимальную теплопроводность среди всех известных неорганических твердых веществ, — отмечает профессор Мэтт Розински из Ливерпульского университета. — Его способность проводить тепло сопоставима с таковой у воздуха». Под руководством Розински группа химиков и физиков разработала сверхрешетку Bi 4O4SeCl2 и изучить механизм, который лежит в основе ее теплоизолирующих свойств. Работа опубликована в журнале Science.
В качестве отправной точки авторы провели исследование двух распространенных теплоизоляционных материалов на основе висмута: BiOCl и Bi 2O2Чтобы понять механизм теплопередачи в их кристаллических решетках, исследователи решили объединить оба материала в единую слоистую структуру, сохранив при этом расположение атомов. В каждом слое наблюдалось замедление теплопередачи. В результате ученые 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 Bi 4O4SeCl2 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.