افزایش رسانایی حرارتی پلاستیک‌ها

‏مقالات علمی و کاربردی
Print Friendly, PDF & Email

مرجع پلیمر در بازار ایران: پلاستیک‌های پیشرفته می‌توانند در اجزای محصولات سبک تر، ارزان تر و کارآمدتر از جمله وسایل مورد استفاده در وسایل نقلیه، چراغ ها و رایانه‌ها استفاده شوند، در صورتی که خاصیت حرارت زدایی بهتری داشته باشند.

یک گام امیدوار کننده در این راستا تکنیک جدیدی است که بتواند ساختار مولکولی پلاستیک را تغییر دهد و به خنثی کردن گرما کمک کند. محققان علم مواد و مهندسی مکانیک دانشگاه میشیگان موفق به توسعه فرآیندی ارزان و مقیاس پذیر شده‌اند که در مجله Science Advances به چاپ رسیده است.

پلاستیک‌ها در بسیاری از نقاط جایگزین فلزات و سرامیک‌ها می‌شوند، اما دارای رسانایی حرارتی بسیار ضعیفی هستند که هیچ کس حتی برای کاربردهایی که نیاز به از بین رفتن موثر گرما است آن‌ها را در نظر نمی‌گیرد.

روش‌های پیشین  متمرکز بر اضافه کردن پرکننده‌های فلزی یا سرامیکی به پلاستیک است که دارای محدودیت‌هایی می‌باشد از جمله مقدار زیادی از پرکننده ها باید اضافه شوند، که گران قیمت بوده و می‌توانند خواص پلاستیک را به شیوه‌های نامطلوب تغییر دهند. در عوض، تکنیک جدید از یک فرایند استفاده می‌کند که ساختار مواد را مهندسی می کند.

پلاستیک‌ها از زنجیره‌های بلند مولکولی ساخته شده‌اند که به شکل یک کاسه اسپاگتی درهم پیچیده شده‌اند. همان طور که حرارت از مواد عبور می‌کند، باید از بین این زنجیره‌ها نیز حرکت کند، که این امری بسیار دشوار می‌باشد.

محققان از فرآیندی شیمیایی برای گسترش و صاف کردن زنجیره‌های مولکولی استفاده نمودند که این موجب شد انرژی حرارتی مسیر مستقیم تری را در میان ماده طی کند. در ابتدا محققان یک پلیمر معمولی را در آب حل نمودند و سپس الکترولیت‌ها را به محلول اضافه کردند تا pH آن را افزایش دهد، و آن را قلیایی کند.

منومرها در زنجیره‌های پلیمری دارای بار منفی می‌شوند و یکدیگر را دفع می‌کنند. همانطور که از هم جدا می‌شوند، زنجیره‌های مارپیچ تنگ از هم باز می شوند. در نهایت، محلول آب و پلیمر بر روی صفحات اسپری می شوندکه آن را به یک فیلم پلاستیکی جامد تبدیل می کند.

در این حالت زنجیره‌های پلیمری پیچ خوردگی نداشته و محکم بر روی یکدیگر قرار می‌گیرند و باعث رسانایی بهترحرارت می‌شود.

مولکول های پلیمری رسانش گرما را با ارتعاش انجام می دهند و یک زنجیره مولکولی سخت تر می تواند به راحتی ارتعاش ایجاد کند.

محققان مطالعات بسیاری بر روی تغییر ساختار مولکولی پلیمرها جهت مهندسی خواص مکانیکی، اپتیکی یا الکترونیکی انجام داده‌اند، اما پژوهش‌های بسیار کمی بر روی روش های طراحی مولکولی برای مهندسی خصوصیات حرارتی آنها مورد بررسی قرار گرفته است. در حالی که جریان حرارتی در مواد اغلب فرآیندی پیچیده است، حتی پیشرفت های کوچک در هدایت حرارتی پلیمرها می‌تواند تاثیر زیادی در تکنولوژی داشته باشد.

در حال حاضر این تیم تحقیقاتی به دنبال استفاده از حلال‌های آلی برای پلیمرهای نامحلول در آب می‌باشد.

دانلود کامل مقاله رسانایی حرارتی پلاستیک‌ها:

High thermal conductivity in electrostatically engineered amorphous polymers

1
telegram.png

نظر بگذارید

Time limit is exhausted. Please reload the CAPTCHA.