Ia mungkin terdengar tidak berlawanan, tetapi penyelidik di MIT telah menggunakan plastik, yang biasanya dikenali sebagai bahan penebat haba, kepada membangun konduktor haba generasi akan datang.

"Hari ini pelesapan haba merupakan cabaran yang semakin kritikal bagi peranti bersepadu yang terus menyesuaikan diri ke nanoskale," kata Yanfei Xu, postdoc di Jabatan Kejuruteraan Mekanikal MIT dan pengarang bersama penyelidikan.

Cabaran itu dibuat dengan jelas berikutan pengunduran besar Samsung Galaxy Note 7 selepas laporan letupan kerana terlalu panas di 2016, dan syarikat telah melabur dalam membangunkan teknik pelesapan haba yang lebih bijak bagi peranti yang boleh dicas semula.

Menurut Xu, tidak seperti bahan tradisional untuk konduktor haba seperti logam dan seramik, industri memerlukan bahan ringan, fleksibel dan ekonomi yang akan menjadi cekap untuk menghilangkan haba.

Kajian ini diterbitkan di Malaysia Kemajuan sains.

Konduktor Panas Generasi Seterusnya

Plastik juga dikenali sebagai polimer yang dihasilkan, diperbuat daripada rantaian panjang monomer, atau unit molekul, yang terhubung ke akhir. Kerana rantaian ini sering kusut, haba akan terperangkap dalam snarls dan knot polimer, membuat plastik penebat haba yang hebat.

Tetapi penyelidik MIT melihat sesuatu yang berbeza. Plastik adalah ringan, fleksibel dan kimia tidak lentur, bermakna mereka tidak menjalankan elektrik, dan oleh itu boleh digunakan untuk mencegah peranti seperti komputer riba dan telefon bimbit daripada litar pintas di tangan pengguna mereka. Sekiranya mereka hanya lebih baik untuk menghilangkan haba, plastik boleh menjadi pembaziran haba generasi akan datang, bukannya perangkap haba, bahan.

Cara

Dalam 2010, Gang Chen, ketua Jabatan Kejuruteraan Mekanikal MIT dan Profesor Kejuruteraan Kuasa Carl Richard Soderberg, dan pasukan penyelidiknya mencipta satu kaedah untuk meregangkan polimer yang berantakan, beralih ke ultrathin, mengarahkan rantai.

Mereka mendapati bahawa rantaian yang dihasilkan membolehkan haba untuk melangkau dengan mudah sepanjang dan melalui bahan, dan bahawa polimer yang dijalankan 300 kali sebanyak haba berbanding dengan plastik biasa.

Tetapi pengalir-pengalir-pengalir hanya dapat menghilangkan haba dalam satu arah, sepanjang panjang setiap rantaian polimer. Haba tidak boleh bergerak di antara rantai polimer.

Mendengar mengenai perkembangan pasukan, Xu tertanya-tanya sama ada bahan polimer ini boleh dibuat untuk menaburkan haba, ke semua arah.

Dalam usaha bersama dengan pasukan postdocs, graduan dan fakulti, termasuk Chen dan Karen Gleason, rakan sekutu MIT dan Alexander I. Michael Kasser Profesor Kejuruteraan Kimia, Xu dan Xiaoxue Wang, calon doktor di Sekolah MIT Kejuruteraan dan pengarang bersama penyelidikan, membangunkan satu kaedah yang akan membolehkan pengangkutan haba yang efisien di sepanjang dan antara rantai polimer.

Mereka menggunakan pemendapan wap kimia oksidatif (oCVD), di mana monomer dan oksidator diarahkan ke ruang vakum dan ke substrat, di mana pempolimeran berlaku. Dan filem polimer yang nipis, unik, yang direka dengan lebih teratur dibentuk, membolehkan haba mengangkut kedua-dua dan sepanjang rantai yang lebih panjang dan teratur.

"Kami memperoleh struktur rantaian yang lebih panjang dan diperintahkan dengan interaksi antara intermolecular yang baik, berbanding dengan gegelung rawak, struktur spaghetti seperti 'berantakan' dalam polimer konvensional," kata Wang.

Menguji Bahan

Pasukan menghasilkan sampel yang agak besar, masing-masing mengukur dua sentimeter persegi - kira-kira saiz cap ibu jari.

Untuk menguji seberapa baik polimer baru mereka yang melepasi haba, mereka mengukur kekonduksian terma sampel menggunakan reflektansi terma domain masa - teknik di mana mereka menembak laser ke bahan untuk memanaskan permukaannya dan kemudian memantau penurunan suhu permukaannya dengan mengukur reflektansi bahan sebagai haba merebak ke dalam bahan.

Secara purata, sampel polimer yang dijalankan haba pada kira-kira 2 watts per meter per kelvin - kira-kira 10 kali lebih cepat daripada apa yang boleh dicapai oleh polimer konvensional.

Pasukan mendapati bahawa sampel polimer mereka kelihatan hampir isotropik, atau seragam, menunjukkan bahawa sifat bahan, seperti kekonduksian terma, juga harus seragam.

Selaras dengan penemuan ini, pasukan itu berpendapat bahawa bahan itu harus menjalankan haba sama rata dalam semua arah, meningkatkan potensi untuk menghilangkan haba.

Langkah Seterusnya

Pasukan ini akan meneruskan meneroka fizik asas di belakang kekonduksian polimer, serta cara untuk membolehkan plastik digunakan dalam elektronik dan produk lain, seperti casing untuk bateri dan filem untuk papan litar bercetak.

"Kami boleh secara langsung dan menyesuaikan bahan ini ke wafer silikon dan peranti elektronik yang berbeza," kata Xu dalam satu kenyataan. "Jika kita dapat memahami bagaimana pengangkutan haba [berfungsi] dalam struktur-struktur yang tidak disusun ini, mungkin kita juga boleh menolak untuk kekonduksian terma yang lebih tinggi. Kemudian kami dapat membantu menyelesaikan masalah panas lampau yang meluas ini, dan memberikan pengurusan termal yang lebih baik. "