當(dāng)粉末中存在混雜的不同尺寸的納米顆粒時(shí)，粉末非常適合于絕熱。這是由Markus Retsch教授領(lǐng)導(dǎo)的拜羅伊特大學(xué)的一個(gè)研究小組發(fā)現(xiàn)的?？茖W(xué)家們能夠確定粉末的導(dǎo)熱性如何受其組成部分的順序和混亂的影響。他們?cè)?ldquo; 高級(jí)材料 ”雜志上發(fā)表了他們的發(fā)現(xiàn)。

該研究的出發(fā)點(diǎn)是在各種昆蟲(chóng)中天然存在的光子晶體。例如，他們負(fù)責(zé)蝴蝶翅膀的多彩，閃閃發(fā)光的外觀。使用聚合物納米顆粒，這種晶體在實(shí)驗(yàn)室中易于復(fù)制。它們具有精細(xì)，規(guī)則和穩(wěn)定的結(jié)構(gòu)。這種有序結(jié)構(gòu)的效果是熱量難以流過(guò)晶體。導(dǎo)熱率低。

拜羅伊特的研究人員現(xiàn)已發(fā)現(xiàn)，這種納米粒子的材料可以產(chǎn)生更低的熱導(dǎo)率。這些材料是粉末形式的混合物：因此結(jié)晶順序被混亂取代，并且顏色的愉快相互作用也停止。雖然光子晶體內(nèi)部的每個(gè)粒子被直接附近的正好十二個(gè)粒子包圍，但混合物中直接相鄰粒子的數(shù)量始終不一致。因此，熱量必須采取迂回路線，使得滲透混合物變得更加困難。在混沌結(jié)構(gòu)中從暖側(cè)流到冷側(cè)并不像在有序晶體中那樣容易受熱。

為了完全澄清這些關(guān)系，Markus Retsch教授和他的團(tuán)隊(duì)使用了實(shí)驗(yàn)室實(shí)驗(yàn)和計(jì)算機(jī)模擬的組合。這使他們能夠詳細(xì)研究顆粒混合物的成分如何影響熱流。通過(guò)混合大量小顆粒和較少的大顆粒可以達(dá)到最高的絕緣效果。除了混合比之外，兩種類型的顆粒之間的尺寸差異也起著至關(guān)重要的作用。

“通過(guò)模擬實(shí)現(xiàn)可重現(xiàn)的混亂和描述并不像聽(tīng)起來(lái)那么容易，”Retsch教授解釋了這項(xiàng)研究的挑戰(zhàn)。“我們只能將我們的實(shí)驗(yàn)結(jié)果與計(jì)算機(jī)模擬進(jìn)行比較，因?yàn)槲覀兓旌狭思{米粒子，我們可以很好地控制它們的行為，”他說(shuō)。通過(guò)這種方式，拜羅伊特大學(xué)的研究人員能夠獲得有關(guān)無(wú)序材料中熱量分布的詳細(xì)見(jiàn)解。這些發(fā)現(xiàn)與許多應(yīng)用高度相關(guān)，特別是在隔熱領(lǐng)域。例如，它們可以幫助改善散裝粉末的隔熱性能。然而，它們也為技術(shù)應(yīng)用提供了有價(jià)值的線索，相反，它們依賴于快速且高度可控的散熱。例如，情況就是這樣 在優(yōu)化工業(yè)燒結(jié)過(guò)程中，其中微小的粉末顆粒熔化。關(guān)鍵是精確調(diào)節(jié)熔點(diǎn)溫度，這可以通過(guò)改善耗散來(lái)實(shí)現(xiàn)。