Исследователи из Массачусетского технологического института разработали способ формирования структуры полимеров, позволяющий создать материалы, которые передают тепло равномерно по всем направлениям.
©Wikipedia
Пластмассы — превосходные теплоизоляторы, но это свойство является преимуществом в одних случаях и недостатком в других. Например, было бы очень полезно, если бы корпуса ноутбуков эффективно отводили тепло наружу.
Группа инженеров Массачусетского технологического института разработала полимерный материал, способный рассеивать тепло на порядок эффективнее, чем существующие образцы. Разработчик Сюй Янфей (Yanfei Xu) поясняет:
«Обычные полимеры не проводят электричество и тепло. Открытие и дальнейшее развитие электропроводных полимеров дали возможность разработки таких устройств, как гибкие дисплеи и носимые биосенсоры. Наш полимер может проводить и удалять тепло гораздо эффективнее. Мы считаем, что полимеры следующего поколения можно применять для корпусов электронных приборов».
Почему обычный полимер не является проводником? Его структура представляет собой длинные запутанные нити, соединенные между собой. Представьте себе кастрюлю хорошо перемешанных спагетти. Частицы-теплоносители не могут свободно перемещаться через «хаотичный порядок» и оставляют тепловую энергию внутри полимерной детали.
Ученые давно хотели преодолеть этот фактор, поскольку полимеры очень важны для электроники: они легкие, гибкие, химически инертные и хорошие изоляторы электричества. Однако ранее наиболее успешным было «выпрямление» нитей полимерной структуры в одном направлении, вдоль цепи мономеров. Для того чтобы создать полимер, проводящий тепло во всех направлениях, задействовали не только внутримолекулярные, но и межмолекулярные связи.
Специалисты разработали технологию — окислительное химическое осаждение паров. Два вещества, мономер и окислитель, в виде пара одновременно подаются отдельно друг от друга в камеру, где заранее находится подложка, на которой они и взаимодействуют. В результате реакции с одновременным осаждением на подложке образуется пленка, состоящая из жестких, а не скрученных цепочек. В качестве подложки использовали кремний и стекло. Первые же лабораторные опыты позволили получить относительно крупные образцы — размером около двух квадратных сантиметров.
Способность переносить тепло характеризуется коэффициентом теплопроводности λ (Wt/m·K). Для алюминия, отличного проводника тепла, λ = 200 Wt/m·K, а для обычного пластика λ = 0.15 Wt/m·K.
Полученные образцы способны проводить тепло примерно в 10 раз лучше, чем обычные полимеры: λ = 2 Wt/m·K. При этом строение полимера изотропно, материал одинаково хорошо проводит тепло во всех направлениях, что повышает его теплоотдающий потенциал.
Теплопроводность полученного полимера зависит от температуры (см. график).
Разработчики сразу отметили перспективность использования теплорассеивающих полимеров при производстве солнечных батарей, органических полевых транзисторов и светодиодов. В планах — дальнейшее изучение структуры полученных материалов и разработка методов промышленного получения.
