Investigadores del Instituto de Tecnología de Massachusetts han desarrollado una forma de estructurar polímeros para crear materiales que transfieran el calor de manera uniforme en todas las direcciones.
Los plásticos son excelentes aislantes térmicos, pero esta propiedad es una ventaja en algunos casos y una desventaja en otros. Por ejemplo, sería muy útil que los estuches de las computadoras portátiles disiparan el calor de manera eficiente hacia el exterior.
Un grupo de ingenieros del Instituto de Tecnología de Massachusetts ha desarrollado un material polimérico que puede disipar el calor en un orden de magnitud de manera más eficiente que las muestras existentes. El desarrollador Yanfei Xu explica:
“Los polímeros convencionales no conducen la electricidad ni el calor. El descubrimiento y el desarrollo posterior de polímeros conductores de electricidad hicieron posible desarrollar dispositivos como pantallas flexibles y biosensores portátiles. Nuestro polímero puede conducir y eliminar el calor de manera mucho más eficiente. Creemos que la próxima generación de polímeros se puede aplicar a carcasas electrónicas ".
¿Por qué el polímero ordinario no es un conductor? Su estructura consta de largos hilos enredados, interconectados. Imagínese una sartén de espaguetis bien mezclados. Los portadores de calor de partículas no pueden moverse libremente a través del "orden caótico" y dejar energía térmica dentro de la parte del polímero.
Los científicos siempre han querido superar este factor, porque los polímeros son muy importantes para la electrónica: son ligeros, flexibles, químicamente inertes y buenos aislantes de la electricidad. Sin embargo, anteriormente, el más exitoso fue el "enderezamiento" de los hilos de la estructura del polímero en una dirección, a lo largo de la cadena del monómero. Para crear un polímero que conduzca el calor en todas las direcciones, no solo se utilizaron enlaces intramoleculares sino también intermoleculares.
Los expertos han desarrollado una tecnología: la deposición de vapor químico oxidativo. Dos sustancias, un monómero y un agente oxidante, en forma de vapor, se alimentan simultáneamente por separado entre sí en la cámara, donde se encuentra el sustrato de antemano, en el que interactúan. Como resultado de la reacción con la deposición simultánea, se forma una película sobre el sustrato, que consiste en cadenas rígidas en lugar de retorcidas. Se utilizaron como sustratos silicio y vidrio. Los primeros experimentos de laboratorio permitieron obtener muestras relativamente grandes, de unos dos centímetros cuadrados.
La capacidad de transferir calor se caracteriza por el coeficiente de conductividad térmica λ (Wt / m · K). Para el aluminio, un excelente conductor de calor, λ = 200 Wt / m · K, y para plástico ordinario λ = 0.15 Wt / m · K.
Las muestras obtenidas son capaces de conducir el calor aproximadamente 10 veces mejor que los polímeros convencionales: λ = 2 Wt / m · K. En este caso, la estructura del polímero es isotrópica, el material conduce el calor igualmente bien en todas las direcciones, lo que aumenta su potencial de transferencia de calor.
Resultados de la medición de conductividad térmica / © Xu Yanfei et al., Instituto de Tecnología de Massachusetts
La conductividad térmica del polímero resultante depende de la temperatura (ver gráfico).
Los desarrolladores notaron inmediatamente la promesa de usar polímeros disipadores de calor en la producción de células solares, transistores orgánicos de efecto de campo y diodos emisores de luz. Los planes incluyen un mayor estudio de la estructura de los materiales obtenidos y el desarrollo de métodos de producción industrial.