Университет Пенсильвании: стопки плёнки Mylar с оксидом алюминия изолируют в вакууме при 2,2 мВт/(м·К)

Инженеры Университета Пенсильвании описали тонкую теплоизоляцию из стопок плёнки Mylar, то есть биаксиально ориентированного полиэтилентерефталата (BoPET). Работа опубликована в журнале ACS Applied Materials & Interfaces. Стопки, названные hybrid layered insulating film stacks (HyLIFS), содержат номинально от 80 до 400 слоёв на мм и изучались в вакууме как модельная система для лунных применений acs.orgACS Applied Materials & Interfacesacs.orgОткрыть источник ↗. Минимальная измеренная теплопроводность составила 2,2 мВт м-1 К-1.

Тепловые и механические результаты

Стопки собирали из одно- и двусторонних плёнок BoPET толщиной 2,5, 5 и 12,5 мкм с покрытием оксида алюминия, нанесённым атомно-слоевым осаждением. Теплопроводность 2,2 мВт м-1 К-1 измерена при сжимающем напряжении 0,1 МПа и температурах от 35 до 120 °C. По данным авторов, это соответствует диапазону мВт м-1 К-1 вакуумных аэрогелей и вакуумных изоляционных панелей при заметно более высокой гибкости и прочности на сжатие.

В отдельных механических испытаниях стопки выдержали более 20 МПа без значимой деградации механических и тепловых свойств. Первый автор Даниэль Р. Левин сообщила, что образцы сжимали примерно до 20 МПа, и они пережили десять таких циклов подряд. Авторы отмечают, что существующие решения, включая аэрогели, многослойную изоляцию и вакуумные изоляционные панели, часто механически негибки и могут разрушиться при случайном ударе.

Теплоперенос между слоями

Тепловое моделирование показывает, что в вакууме преобладает точечная теплопроводность через антиблокинговые частицы, встроенные в BoPET. Наилучшее согласие с измерениями получено при более высоких сжимающих напряжениях acs.orgACS Applied Materials & Interfacesacs.orgОткрыть источник ↗. Авторы полагают, что это указывает путь к ещё более низкой теплопроводности, например через подбор размера, числа и распределения частиц.

Самые тонкие охарактеризованные плёнки показали результат, близкий к плёнкам средней толщины, когда обе были покрыты оксидом алюминия. Это противоречит ожиданию, что больше границ даст лучшую изоляцию. Исследователи предполагают, что в тонких плёнках частицы создают дополнительные контакты между соседними слоями.

Нынешние образцы имеют площадь около 1 см². Их укладывали вручную двумя парами пинцетов и небольшими грузами, а резка и укладка занимают часы, по словам Левин. Для изоляции масштаба около метра понадобится заметно более быстрый способ сборки.