Теплопроводящий пластик поможет уменьшить вес электроники и автомобилей
13.11.2017
Инновационные пластмассы могли бы стать частью более легких, более дешевых и более энергоэффективных компонентов, в том числе используемых в транспортных средствах, светодиодах и компьютерах, – в случае, если бы они лучше рассеивали тепло. Новая методика позволит изменить молекулярную структуру пластика так, чтобы он рассеивал тепло более эффективно.
Команда исследователей из Университета Мичигана в области материаловедения и машиностроения подробно описала методику в новом исследовании, опубликованном в Science Advances. Этот процесс является недорогим и легко масштабируемым. Концепция, вероятно, может быть адаптирована к ряду других пластмасс. В предварительных испытаниях, изготовленный полимер оказался таким же термически проводящим, как стекло. Его характеристики рассеивания тепла все еще намного меньше, чем у металла или керамики, но в шесть раз лучше, чем у того же полимера без обработки.
«Пластмассы во многих местах заменяют металлы и керамику, но они такие плохие теплопроводники, что никто даже не рассматривает их для применений, требующих эффективного рассеивания тепла», – сказал Цзиньсан Ким, профессор материаловедения и инженерных наук в области энергетики. «Мы работаем над тем, чтобы изменить это, применяя теплотехнику к пластикам».
Новая методика отличается от предыдущих подходов, которые были сосредоточены на добавлении металлических или керамических наполнителей к пластмассам. Это имело ограниченный успех – необходимо добавить большое количество наполнителя, что является дорогостоящим и часто нежелательным образом изменяет свойства пластика. Вместо этого в новой технике используется процесс, который формирует структуру самого материала.
Пластмассы изготовлены из длинных цепочек молекул, которые плотно свернуты и запутаны, как чаша спагетти. По мере того, как тепло проходит через материал, оно должно двигаться вдоль и между этими цепями – что которое препятствует прогрессу распространения. Команда учёных использовала химические процессы для расширения и выпрямления цепей молекул. Это дало тепловой энергии более прямой путь через материал. Цепи незакрученной молекулы внутри пластика облегчают прохождение через него тепла.
В настоящее время команда разрабатывает композиты, которые объединяют новую технику с несколькими другими стратегиями рассеивания тепла для дальнейшего увеличения теплопроводности. Они также работают над тем, чтобы применить концепцию к другим типам полимеров, помимо тех, которые используются в этом исследовании. Коммерческий продукт может появиться не ранее, чем через нескольких лет.