"Les matériaux qui ont un module d'élasticité élevé ont également tendance à être hautement conducteurs thermiquement, et vice versa", explique Jun Liu, co-auteur d'un article sur les travaux et professeur agrégé de génie mécanique et aérospatial à l'Université d'État de Caroline du Nord.

"En d'autres termes, si un matériau est rigide, il conduit bien la chaleur. Et si un matériau n'est pas rigide, il est généralement efficace pour isoler de la chaleur.

"Mais il y a des cas où vous voudriez des matériaux rigides, mais qui soient également de bons isolants", explique Liu. "Par exemple, vous souhaiterez peut-être créer des revêtements d'isolation thermique pour protéger les appareils électroniques des températures élevées. Historiquement, cela a été un défi.

"Nous avons maintenant découvert une gamme de matériaux à la fois rigides et d'excellents isolants thermiques. De plus, nous pouvons concevoir les matériaux selon les besoins pour contrôler leur rigidité et leur conductivité thermique."

Plus précisément, les chercheurs travaillaient avec un sous-ensemble de la classe de matériaux appelés pérovskites hybrides organiques-inorganiques bidimensionnelles (2D HOIP). L'article intitulé "Corrélation anormale entre la conductivité thermique et le module élastique dans les pérovskites aux halogénures métalliques hybrides bidimensionnelles" est publié dans la revue ACS Nano. .

"Il s'agit de films minces constitués d'une alternance de couches organiques et inorganiques dans une structure cristalline hautement ordonnée", explique Wei You, co-auteur de cet article et professeur de chimie et de sciences physiques appliquées à l'Université de Caroline du Nord à Chapel Hill. "Et nous pouvons ajuster la composition de la couche inorganique ou organique."

"Nous avons découvert que nous pouvons contrôler le module élastique et la conductivité thermique de certains HOIP 2D en remplaçant certaines chaînes carbone-carbone des couches organiques par des anneaux benzéniques", explique Qing Tu, co-auteur correspondant de cet article et professeur adjoint. de science et d'ingénierie des matériaux à la Texas A&M University. "Fondamentalement, au sein de ce sous-ensemble spécifique de matériaux en couches, plus nous ajoutons d'anneaux de benzène, plus le matériau devient rigide et mieux il est capable d'isoler de la chaleur."

"Bien que la découverte de ces matériaux présente en elle-même un énorme potentiel pour une gamme d'applications, en tant que chercheurs, nous sommes particulièrement enthousiastes car nous avons identifié le mécanisme responsable de ces caractéristiques, à savoir le rôle critique joué par les cycles benzéniques", a déclaré Liu.

Lors d'expériences, les chercheurs ont découvert au moins trois matériaux HOIP 2D distincts qui devenaient moins conducteurs thermiquement à mesure qu'ils devenaient rigides.

"Ce travail est passionnant car il suggère une nouvelle voie pour concevoir des matériaux avec des combinaisons souhaitables de propriétés", a déclaré Liu.

Les chercheurs ont également découvert un autre phénomène intéressant avec les matériaux HOIP 2D. Plus précisément, ils ont découvert qu'en introduisant la chiralité dans les couches organiques, c'est-à-dire en rendant asymétriques les chaînes de carbone dans ces couches, ils pouvaient effectivement maintenir la même rigidité et la même conductivité thermique même en apportant des modifications substantielles à la composition des couches organiques.

"Cela soulève des questions intéressantes quant à savoir si nous pourrions être en mesure d'optimiser d'autres caractéristiques de ces matériaux sans avoir à nous soucier de la manière dont ces changements pourraient influencer la rigidité ou la conductivité thermique du matériau", explique Liu.