MXene材料的薄涂层可以代替厚绝缘层

导电性好的材料，如金属，也倾向于导热。例如，放在热茶杯中的金属勺会变热，而陶瓷杯则保持凉爽。这是因为良好的电导体通常也是良好的热导体

然而，比利时德雷塞尔大学和鲁汶天主教大学（UCLouvain）的研究人员发现，MXenes是一种以优异的导电性而闻名的材料，实际上具有非常低的导热性

这一发现挑战了电传导和热传导之间的通常联系。这一发现可能会导致建筑材料、高性能服装和储能解决方案的新发展

最近发表在ACS Nano杂志上的一篇文章报道称，MXenes是一类二维材料，最初于2011年在德雷塞尔发现，它展示了高电导率和低导热性的罕见组合

研究小组表示，虽然MXene材料在许多方面在二维材料中表现出色，包括它们的强度、选择性阻挡和捕获辐射的能力以及过滤化学物质的能力，但它们作为超薄隔热材料的性能可能是它们在未来应用中最有前景的特性

Drexel工程学院杰出大学巴赫教授Yury Gogotsi博士是隔热MXene开发的领导者，他说：“到目前为止，这种规模的隔热材料，也比人类头发薄100到1000倍，简直是不可想象的。”。“这可能会改变我们为建筑物和工业设备隔热的方式，并制造隔热服，仅举几例令人兴奋的可能性。”Gogotsi最早在2020年就发表了研究成果，并获得了MXene薄膜的专利，这些薄膜能够发出非常低的热量（红外）。但是，直到他来自比利时的合作者使用扫描热显微镜技术测量碳化钛MXene单片表面的热传递或局部热传输，其出色隔热背后的机制才被完全理解

电阻探头同时作为热源和温度传感器，扫描MXene薄片的表面，在其与表面接触时进行温度测量。这产生了进入MXene样品的热流图及其表面的热阻图

该图显示的情况非常引人注目：在整个测试过程中，材料的表面温度几乎保持不变，而不是在探针接触时迅速加热

“令人惊讶的是，样品的热导率几乎比控制固态物理学的定律预测的值小一个数量级，”UCLouvian研究的主要作者Pascal Gehring博士说

“同时，碳化钛MXene样品的热损失比低排放金、铝和钢等常见金属小整整两个数量级。这意味着它可能是一种极好的隔热和屏蔽材料。”

虽然需要进一步的研究来验证所涉及的确切机制，但该团队认为，该材料的低热活性可能是由于其结构造成的。通常，热量通过两种主要机制传递：电子的运动和材料晶格结构的振动，称为声子

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在MXene材料中，这两条路径之间的强耦合显著降低了整体热传输。类似的机制可能在碳化钛MXene的低发射和红外辐射的有效反射中发挥作用，这在Drexel团队之前的研究中已有报道

Gogotsi指出，由于其能够屏蔽红外辐射而不传递热量，这种材料可以产生超过100°F的温降。这意味着，只需喷涂一层这种材料——最近发表在《自然通讯》上的相关研究提出了一种可能性——建筑物可以在冬天隔热，在夏天需要更少的空调

Gogotsi说：“这对全球节能工作来说可能是一个非常令人兴奋的发展。”。“建筑和交通的更好隔热可以节省大量能源，并最大限度地减少环境的意外加热。

”我们的初步研究结果已经表明，薄一层MXene隔热层的性能与目前建筑中使用的一英寸厚的铝隔热矿物毡相当。但我们相信，随着进一步的发展，基于MXene的隔热材料可以超越所有已知的材料。“

研究人员建议，该材料的其他应用可能包括涂层炉和其他热设备——可能取代陶瓷隔热层和抛光不锈钢外壳——隔热炉，甚至为航空航天飞行器形成新的保护屏蔽。

这项研究的下一步将需要测试其他种类的MXene，并检查MXene涂层在各种基材上的隔热能力