我们经常根据材料的特性来识别材料。然而，材料科学和工程领域取得的进步使得生产具有不寻常特性的材料成为可能，这些特性通常彼此形成鲜明对比。
在最近的一个例子中，一组研究人员展示了工程材料的可能性，这些材料既坚硬又能够在受热时提供绝缘性能。
根据一篇关于这项工作的论文的共同通讯作者、北卡罗来纳州立大学机械与航空航天工程副教授刘军的说法，他对这一发现和材料的独特性有如下看法：
“我们现在已经发现了一系列既坚硬又出色的隔热材料。 此外，我们可以根据需要设计材料，以控制它们的刚度和导热性。通常，人们会发现具有高弹性模量的材料（一种通过增加刚度表现出来的特性）不是绝缘的。恰恰相反，它们具有高度导热性。
但是，如果我们需要既能作为良好绝缘体又不损失刚度的材料呢？这些材料在涉及创建隔热涂层以保护电子设备免受高温影响的情况下将派上用场。
深入研究材料并进一步询问研究表明，研究人员研究的材料是二维有机-无机钙钛矿（2D HOIP）的一个子集。这些材料由薄膜组成，这些薄膜由“高度有序的晶体结构中交替的有机和无机层”组成。增加其价值的是可以调整无机层或有机层的组成。
该过程涉及用苯环取代这些材料有机层中的碳-碳链。 这导致了可以控制或调节弹性模量和热导率的场景。
这项研究帮助该团队提出了至少三种不同的2D HOIP材料，这些材料的导热性越强，导热性就越低。
除了制造坚硬而绝缘的材料外，该研究还有助于将手性引入有机层，这意味着 无需对有机层的组成进行实质性改变即可保持相同的刚度和导热系数。这方面的进一步进展可能会确保优化这些材料的其他特性的可能性，而不必担心这些变化对材料刚度或导热性的影响。
在评估这些材料的实地应用潜力时，许多公司可以从这项研究中受益。这些公司拥有研发资源来推进这项研究，在更大规模上进行试验，并将其优势整合到他们现有的产品线中，或者完全创建一个新的产品线。在以下部分中，我们将讨论几家这样的公司，并研究这些公司如何采用这种创新。
Owens Corning的泡沫产品系列包括高性能挤塑聚苯乙烯绝缘材料。挤塑聚苯乙烯泡沫由闭孔组成，具有更高的表面粗糙度、更高的刚度和更低的导热系数。
其高性能挤塑聚苯乙烯通过 耐用、多功能和有弹性的产品提供绝缘，并在建筑、工程和施工中的一系列用例中派上用场。 除了绝缘性能外，这些材料还具有防潮性。
欧文斯科宁拥有一种名为Hydrovac 的专有制造工艺，可以制造这些解决方案。该工艺提供了一致的闭孔结构，没有空隙，可以防止水分进入，同时提供每英寸厚度 5 的 R 值。在隔热方面，R 值是衡量建筑物隔热效果如何防止热量流入和流出房屋的程度的指标。R值越高，绝缘产品的性能越好。
该产品的抗压强度范围为 15 至 100 psi，并按照 ASTM C5781 标准制造。它可能是植被屋顶保护屋顶膜组件 （PRMA） 的理想选择，可以承受潮湿的土壤和负载。此外，它重量轻，易于操作，并与常见的外部覆层和饰面兼容。该产品不仅具有比传统 EPS 绝缘材料高 13 倍的耐水性，而且在 20 年内仍能保持至少 90% 的 R 值。
我们在前面部分讨论的有机-无机杂化钙钛矿（2D HOIP）的研究可以为欧文斯科宁提供新的途径，以增强其在该领域的领导地位。
在讨论2D HOIP的研究时，我们发现这些材料具有为电子材料提供隔热的潜力。戈尔是一家专门从事移动设备隔热的公司，将从这些材料和研究中受益。
戈尔隔热材料是一种先进的热管理解决方案，其导电性低于空气。它可以通过更好地控制 z 轴导热系数来提高设计灵活性和设计人员引导热量的能力。改进的 z 轴控制意味着卓越的展展选项，可帮助组件在更长的时间内以更高的水平运行，适应不断缩小的外形尺寸，并满足表面温度要求。
除了其复杂的隔热性能外，戈尔的解决方案还具有其他性能优势，包括易于集成，并得到工程师团队的支持，支持从早期设计周期到商业化的设计指导和建模集成。
戈尔于1959年由比尔·戈尔和维耶夫·戈尔创立，总部位于美国特拉华州纽瓦克，年收入达48亿美元。
材料性质与其导热系数之间的动力学研究绝缘材料具有广泛的应用潜力。最终，我们日常生活中的大多数空间和材料都需要防热。 很自然地，并非所有类型的材料都适合每种类型的应用场景。
研究纤维素基保温材料的保温性能及其对室内空气质量的影响，调查了影响导热系数的各种因素。这些因素包括所用原材料的类型、制造工艺、密度、水分含量和测试环境的温度。
该研究还指出了一些相关性，这些相关性在开发具有卓越和独特绝缘性能的材料时被证明是必要的。例如，该研究指出，水分会对热性能产生负面影响。相反，通过材料压缩实现的密度增加往往会降低导热性，特别是对于气隙分布均匀的材料。
该研究进行了更深入的研究，列出了在其自然密度下热性能最佳的特定产品成分。其中一种产品包括醋酸纤维素、废烟嘴、废烟纸和废镀铝纸。 另一个只包括废纸。
在吸附能力方面， 由木纤维制成的隔热材料和由废纸板、加工不良和不均匀产品制成的纤维素制成的隔热材料的吸附强度最为明显。
该研究被认为是有用的，因为它分析了由回收的农工废物制成的隔热材料。这些材料通常存在于建筑材料中，但仍然不发达。
引发我们当前讨论的研究旨在保护电子产品免受热的影响。也有在这个领域进行研究的例子。例如，来自中国习安习交通大学的一组研究人员对深井环境勘探中使用的电子设备进行主动热保护的实验研究。在下一节中，我们将更深入地研究这项研究及其发现。
用于深井环境勘探的电子设备的主动热保护让我们从什么是深井环境勘探开始。它是电子设备最关键的应用领域之一，其中设备用于开采和提取页岩油。挑战来自于它是一个高温与高压相结合的区域。这些空间的热条件可能非常恶劣，可能会危及电子元件的安全运行。在这种情况下，研究人员研究了一种主动隔热系统，该系统由螺旋环形冷却板（ACP），带有相变材料（PCM）的储热容器和气凝胶垫（AM）组成。
该团队通过实验测量了ACP的结构、布局和工作介质流速对热保护性能的影响。性能意味着两个参数：温度控制能力和系统运行时间。
研究发现，气凝胶垫层是必要的，并且内部ACP外壳显示出更好的热保护性能。该研究还提出了一种具有螺旋流的环形冷却板（ACP），用于与绝缘材料的混合热保护，用于深井环境。
另一项研究于 2022 年进行并发表在《自然》杂志上，研究了用于可穿戴电子产品的柔软、可拉伸的热保护基板。
用于可穿戴电子产品的柔软、可拉伸热保护基板如今，许多医疗应用都是基于可穿戴电子设备的有效使用。从这个意义上说，这些产品需要小心处理。但是，在操作过程中，这些设备可能会过热，导致热不适或皮肤损伤。一组研究人员寻找可以提供高级热保护的材料和结构。
他们报告了一种柔软、可拉伸的热保护基板，采用复合材料设计。它包括非常受欢迎的聚合物材料聚二甲基硅氧烷，其嵌入式吸热微球由封装在树脂外壳内的相变材料组成。
结果很有希望，因为基板可以承受超过150%的复杂变形，并且在优化下可以将峰值皮肤温度升高降低82%或更高。
提高热应力 Google Pixel 3XL 稳态系统性能的材料选择合适的隔热材料的另一个有趣的例子是使用具有超高铺展能力的石墨箔和具有超低导热系数的绝缘板。这些被部署在修改后的谷歌Pixel 3XL上，以降低表面触摸（皮肤）温度。
与空气或石墨等独立绝缘解决方案相比，该部署旨在最大限度地减少器件结温的影响，同时还提高了器件的稳态系统性能。为实验制造了四种具有相当厚度（~350μm）的独特热溶液。之后，这些解决方案通过 3DMark—Sling Shot Extreme 在 Pixel 中进行了热应力测试。
结果是有希望的。与石墨、绝缘和空气等单组分散热解决方案相比，稳态触摸温度降低了 3.2°C，最大结温 （TJ） 增加了<1°C。
该研究得出的结论是，高性能绝缘石墨复合材料可以在增强移动电子的高功率、薄型架构方面提供显着的效用。然而，最佳设计配置可能会有所不同，因为每个移动电子系统都可能因其系统功率和可用空间的多样性而面临独特的散热挑战。
总体而言，节热是一种具有巨大潜力的实践，可以帮助我们实现我们想要的可持续发展模式，以实现更绿色的未来。 任何关于有效绝缘或热管理的研究本质上都是 对材料的研究，研究它们的独特性能并根据需要进行优化。 目前的研究趋势表明，在这方面已经做了足够的工作 。在今后的日子里，这些努力只会更加激烈。
