该薄膜在室温下的热导率约为 0.04 W m⁻¹ K⁻¹。

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一种新设计的非多孔薄膜材料将极高的刚度与极低的热导率结合在一起。它解决了一个长期存在的权衡问题：刚性材料通常导热良好。

这种薄膜由北卡罗来纳州立大学的研究人员设计，在室温下的热导率约为 0.04 W m⁻¹ K⁻¹。这使其阻隔热量的能力比标准硅胶好五倍——但刚度最高可达硅胶的 10,000 倍。

“既是刚性材料又是良好隔热体的材料，将在从炊具到电子设备再到太空旅行的各种应用中具有巨大实用价值，”北卡罗来纳州立大学物理学教授 Dali Sun 说。

“但这是一个重大挑战，”这位共同通讯作者补充道。“因为一般来说，刚性材料善于导热，而不刚性材料善于隔热。我们创造了一种非常刚性、又极善于隔热的材料。比你在自然界中能找到的任何材料都更好。”

工程技术

材料科学长期以来一直将结构强度与导热性联系在一起：刚性材料传热快，而柔性材料则会困住热量。金属锅加热很快，而软橡胶可以隔热防烫。

现在，这项新工作用一种薄膜材料打破了这一范式，该材料将极强的结构刚性与无与伦比的隔热性结合在一起。这种新的非多孔材料在分子层面进行设计，依然坚硬如石，甚至阻隔热传递的效果比软硅胶高五倍。

为开发这一材料，团队研究了二维有机-无机杂化钙钛矿，将交替的有机层和无机层排列成精确的晶体结构。将标准碳链换成定制苯环，使材料能够捕获热振动，同时不牺牲其结构骨架。

热性能

对新制备的偶氮苯乙基铵铅碘薄膜进行测试，结果显示其室温热导率低至约 0.04 W m⁻¹ K⁻¹。作为参照，这种刚性材料阻隔热量的能力比软硅胶好五倍，而软硅胶的热导率为 0.2 W m⁻¹ K⁻¹。

硅胶为烤箱手套等日常用品设定了耐热基准，因此在一种不可弯曲的涂层中实现同等隔热能力是一项重大进步。

“因此，如果要把这种材料与硅胶比较，我们制成的材料比硅胶硬 700 至 10,000 倍，隔热效果则好五倍，”北卡罗来纳州立大学机械与航空航天工程副教授 Jun Liu 说。

其应用直接而巨大。现代微芯片因过热而限制性能。航天器为携带沉重的陶瓷隔热罩而消耗宝贵燃料。下一代电子产品受自身热极限的制约。一种可印刷、可规模化的薄膜涂层，若能达到接近理论极限的隔热性能，可能在一夜之间改变这一切。

更好的是，它并非局限于实验室装置。据共同通讯作者 Liu 称，该制造工艺易于规模化。它可以作为薄膜印刷在大面积表面上，或直接用作工业防护涂层。

除了新材料本身，另一个优势是表明分子工程可以定制构建层状材料，将过去不可能兼得的特性结合起来，例如坚硬如石的强度和极端的隔热性。

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