新的聚合物膜热传导,而不是捕获它的



聚合物通常是去到材料的热绝缘。认为有机硅烤箱手套,或泡沫聚苯乙烯咖啡杯,无论从是优良在捕获热聚合物材料制造的。

现在MIT工程师已翻转的标准聚合物绝缘体的图片,通过制造方法,其导热薄聚合物膜 - 通常与金属相关联的能力。在实验中,他们发现了膜,其比保鲜膜更薄,导热好于许多金属,包括钢和陶瓷。

小组的研究结果,发表在杂志 自然通讯,可能会刺激聚合物绝缘体如重量轻,柔性,和耐腐蚀的替代传统的金属热导体的开发,应用范围从笔记本电脑和手机散热材料,冷却在汽车和冰箱的元件。

“我们认为这个结果是刺激该领域的一步,”陈刚,动力工程澳门太阳城官网(备用网站)的理查德·卡尔索德伯格教授,并在纸上的资深合着者说。 “我们的大目标是,聚合物的这些属性可以创建新的应用和新的可能的行业,并可替代金属的换热器。”

陈的共同作者包括第一作者燕飞许,与丹尼尔·克雷默,柏松,加味周,詹姆斯·卢米斯,剑剑旺,migda里,哈迪ghasemi,小鹏黄和晓波李澳门太阳城官网(备用网站)一起,和阿贡国家实验室的张江。

在2010年,球队 成功报道 在制造聚乙烯的细纤维那名300倍以上的热比正常聚乙烯导电的,并且大约为导电,因为大多数金属。他们的研究结果发表在 自然纳米技术,吸引了各行业的关注,包括换热器,计算机核心处理器,甚至赛车的制造商。

它很快变得清楚的是,为了,对于聚合物导体为任何这些应用程序的工作,这些材料将必须从超薄纤维按比例放大(单纤维测得的人类头发的直径的百分之一),以更容易管理的膜。

“当时我们说,而不是单一的光纤,我们可以尝试做一个表,”陈说。 “事实证明这是一个非常艰苦的过程。”

研究人员不仅必须想出一个办法来制造聚合物的导热片材,但他们也必须定制建造的设备来测试材料的热传导,以及开发的计算机代码来分析材料的微观的图像结构。

在结束时,团队能够制造导电聚合物,用市售聚乙烯粉末开始的薄膜。通常,聚乙烯和大多数聚合物的微观结构类似于分子链的意大利面条状的纠结。热有流过该杂乱的混乱,这解释了聚合物的固有绝缘性能困难的时候。

许和她的同事们就开始寻找解开聚乙烯的分子结,形成平行链沿着热能够更好地开展。要做到这一点,在他们促使所述盘绕链扩展和排解的溶液溶解聚乙烯粉末。定制的流系统进一步解开的分子链,和吐出该溶液到液氮冷却的板,以形成厚的膜,然后将其放置在卷对卷拉丝机上加热和拉伸该膜直到它比保鲜膜更薄。

球队则内置测试影片的热传导的装置。而大多数聚合物在每每开尔文计为约0.1〜0.5瓦特传导热量,许发现围绕每每开尔文计60瓦特测得的新的聚乙烯膜。 (钻石,最好的导热材料,来自于每米·开在大约2000瓦,而约30%,和钢铁陶瓷措施,围绕15)事实证明,团队的电影是两个数量级以上的导热比大多数聚合物,以及比钢和陶瓷更导电。

理解为什么这些工程化的聚乙烯薄膜具有这样一个非常高的热导率,该球队进行x射线在美国散射实验在阿贡国家实验室能源的先进光子源(APS)的部门。

“这些实验,在世界上最明亮的同步辐射X射线的设施之一,让我们看到了单根纤维构成的拉伸薄膜内的纳米级的细节,”姜说。

通过成像超薄膜,研究人员观察到,表现出较好的热传导薄膜由具有较少随机盘绕链的纳米纤维,与那些常用的聚合物,其中类似意大利面条纠结。他们的观察结果可能有助于科学家工程师聚合物微观结构有效地进行散热。

“这个梦想工作最终成为现实,”徐说。

展望未来,研究人员正在寻找办法,使更好的聚合物的热导体,通过调整两者的制造工艺,并与不同类型的聚合物进行试验。

周指出,该球队的聚乙烯薄膜只沿着构成膜中的纤维的长度传导热量。这样的单向热导体可以是在特定方向把热量带走,是有用的,内部的设备,如笔记本电脑和其它电子产品。但理想,他说电影应该在任何方向上更有效地散热。

“如果我们有良好的导热性的各向同性聚合物,那么我们可以很容易地混合该材料成复合,并且我们可以潜在地代替很多的导电材料,”周说。 “所以我们正在研究在所有三个维度更好的热传导。”

这项研究得到了支持,部分由美国能源EERE生产计划,澳门太阳城官网(备用网站)desphande中心和美国能源部基础能源科学计划的部门。