物理世界有条潜规则:硬的材料导热快,隔热的材料偏软。烤箱手套里的硅胶就是典型——隔热一流,却软趴趴,根本撑不起结构。如果有一种材料,比硅胶硬700到10000倍,隔热却比硅胶还好五倍,是不是有点不讲道理?美国北卡罗来纳州立大学的研究者,真的造出了这种材料。面图方案
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这种新材料是一层极薄的薄膜,属于二维有机-无机杂化钙钛矿家族。室温下,它的热导率只有约0.04瓦每米开尔文,而硅胶大约是0.2——同样的温差,它传导的热量只有硅胶的五分之一。但它同时具备惊人的刚度,比硅胶高出700到10000倍。又硬又隔热,这样的组合在自然界找不到第二例。
研究共同通讯作者、物理系教授孙大力(Dali Sun)说,坚硬又隔热的材料,在厨具、电子设备、航天等领域都有大用。过去做不到,是因为硬和隔热天生打架:能扛住形变的材料,通常也擅长导热;真正隔热的,往往又软又弱。这一次,团队在分子尺度上打破了这条关联。
怎么做到的?靠的是分子工程。他们从一种二维杂化钙钛矿入手——这种半导体薄膜由有机层和无机层交替堆叠,晶体结构高度有序。团队把有机层里的一部分碳-碳链,替换成经过精心设计的苯环组合,等于在分子层面重新搭积木。这样一改,材料的硬度和导热能力都变得可控了。
最终得到的偶氮苯乙铵铅碘薄膜,同时拿到了两个极端:极高的刚度,加上极低的热导率——约0.04瓦每米开尔文,属于致密无孔材料中隔热性能最好的一档,接近这类材料隔热的理论极限。按研究者的说法,跟硅胶比,它硬700到10000倍,隔热好5倍。
更难得的是量产前景。这种薄膜的制备方法可以轻松放大:既能大规模生产,也能直接当作涂层,刷在各种设备表面。这意味着又硬又隔热的组合,有机会从实验室变成实实在在的工业能力,覆盖厨具、电子器件乃至航天装备。
共同通讯作者、机械与航天工程副教授刘军(Jun Liu)说,团队对这个材料本身感到兴奋,但更兴奋的是它证明了分子工程的力量:只要在分子层面精细调控,就能把这类层状杂化材料,调成应用所需的新奇组合。论文发表在《科学进展》(Science Advances)上——又一个物理学铁律被打破的例子。
参考来源:Wang Z, et al. Extremely low thermal conductivity in rigid layered hybrid perovskites. Science Advances. 2026. DOI: 10.1126/sciadv.aee5269
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