Межфазный полимерный материал с теплопроводностью 4.4 Вт/м*К

Исследователи разработали межфазный материал, способный проводить тепло в 20 раз лучше, чем обычные полимеры. Модифицированный материал может надёжно работать при температуре до 200°C.

Аморфные полимеры плохо проводят тепло, поскольку их неупорядоченная структура ограничивает перенос фононов. Создание выровненных кристаллических структур в полимерах при помощи процесса вытяжки волокон может улучшить перенос, однако это может привести к хрупкости изделий, поскольку во время охлаждения и нагрева происходит растяжение и сжатие материала.

Межфазный материал производится из сопряжённых полимеров, политиофенов, у которых выровненные полимерные цепи в нановолокнах упрощают перенос фононов, причём без хрупкости, свойственной кристаллическим структурам. Образования из нанотрубок составляют аморфный материал с теплопроводностью до 4.4 Вт на метр*Кельвин (Вт/м*К) при комнатной температуре.

Структуры выращиваются по многоступенчатой схеме, которая начинается с применения алюминиевого шаблона, пронизанного микроскопическими порами и покрытого электролитом с мономерами. Когда на шаблон подаётся электрический потенциал, электроды в основании каждой поры притягивают мономеры и начинают формировать полые нановолокна. Силой тока и длительностью воздействия регулируется длина волокон и толщина стенок, а размеры пор влияют на диаметр, диапазон которого составляет 18-300 нм.

После формирования цепей мономеров нановолокна связываются процессом электрополимеризации, и шаблон удаляется. Итоговая структура может быть присоединена к электронным компонентам при помощи воздействия жидкостью, например водой или растворителем, вызывающим расширение волокна и адгезию за счёт действия капилляров и сил Ван-Дер-Ваальса.

Новый материал прошёл испытания при температуре до 200°C. Он может использоваться для отвода тепла от электронных компонентов в схемах серверов, автомобильной электроники, ярких светодиодов и мобильных устройств. Новое решение может изготовляться на радиаторах охлаждения, избавляя от проблем, связанных с относительным расширением в других теплопроводящих материалах.

На новый межфазный материал был получен патент. Стартап Carbice Nanotechnologies, являющийся номинантом программы VentureLab от Технологического института Джорджии (США), займётся коммерциализацией решения.