أضواء على الأبحاث

عوازل حرارية رقيقة وفائقة الفعالية

  • Published online:

صَنَع علماء عوازل حرارية عالية الفعالية من مواد لا يتجاوز سُمْكها القليل من الذرات.

تتكون المواد ثنائية الأبعاد؛ مثل الجرافين، من طبقة واحدة من الذرات. ويمكن للباحثين، عن طريق رصّ طبقات من مواد ثنائية الأبعاد فوق بعضها البعض، أنْ يشكلوا بِنى ذات خواص إلكترونية وضوئية مميزة؛ مثل القدرة على التوصيل الفائق، على سبيل المثال.

انطلاقًا من هذا المفهوم... استخدم إريك بوب – من جامعة ستانفورد بكاليفورنيا – وزملاؤه أسلوب رصّ الطبقات هذا؛ للحصول على تأثيرات حرارية مذهلة، إذ رصّ الباحثون طبقات ثنائية الأبعاد من مركّبات، وصل عددها إلى أربعة مركبات – وهي الجرافين، وثنائي سيلينيد الموليبدينوم، وثنائي كبريتيد الموليبدينوم،  وثنائي سيلينيد التنجستن – وذلك لصناعة عوازل حرارية، يقل سُمْكها عن 3 نانومترات.

وقد اكتشف الفريق أن مثل هذه الطبقات المتراصّة تحجب الحرارة بكفاءة تزيد بأكثر من 100 مرة على كفاءة الزجاج، الذي يُعَد - في حد ذاته - عازلًا حراريًّا جيدًا، إذ تعوق هذه الطبقات الذَّرية المختلطة انتشار الحرارة؛ وذلك بمنع الفونونات - وهي وحدات كمية للحرارة - من الانتقال بين الطبقات.   

ويمكن أن تسهم هذه الطبقات المتراصة المكوَّنة من مواد ثنائية الأبعاد في حماية الأجهزة الإلكترونية من الحرارة، وكذلك منْع الحرارة الزائدة المنبعثة من هذه الأجهزة من التأثير على البيئة المحيطة بها. وإضافة إلى ذلك.. يمكن استخدام هذه الطبقات في توجيه الحرارة، على غرار الكيفية التي تُستخدم بها العوازل الكهربائية في تحديد طريق التيار الكهربائي في الدوائر الكهربائية.

(Sci. Adv. 5, eaax1325 (2019