Ученые в 6 раз повысили теплопроводность пластика

Предварительные испытания показали, что новый полимер становится таким же теплопроводным, как стекло, то есть в 6 раз лучше рассеивает тепло, чем тот же полимер, не прошедший обработку.

«Пластмассы заменяют металл и керамику во многих сферах, но у них настолько плохая теплопроводность, что никто даже не рассматривает их в качестве адекватной замены, когда требуется эффективно рассеивать тепло, — говорит профессор Цзиньсан Ким. — Мы собираемся изменить это».

Метод, предложенный группой Кима, отличается от соединения пластика с металлическими или керамическими добавками, поскольку такой подход не всегда эффективен: большой объем добавок повышает стоимость продукции и непредсказуемо меняет свойства пластика. Поэтому ученые решили изменить структуру самого материала.

Пластик состоит из длинных цепочек молекул, образующих тугие кольца и спутанных, как спагетти в кастрюле. Когда через них проходит тепло, оно движется вдоль и между этих цепочек — тяжелый и долгий путь. Чтобы его облегчить, инженеры использовали химический процесс для того, чтобы выпрямить цепочки молекул. Для этого они растворили полимер в воде и добавили электролиты, чтобы повысить кислотность, и превратили раствор в щелочь. Отдельные связи в полимерной цепи — мономеры — приобрели отрицательный заряд и начали отталкиваться друг от друга. При этом они распутывали тугие клубки молекул. В конце, при помощи технологии центробежного литья, вода и полимерный раствор превращались в твердую пластиковую пленку.

Распутанные молекулярные цепочки меньше препятствуют прохождению тепла через пластик. Кроме того, ученые обнаружили, что у того процесса есть дополнительное преимущество — он укрепляет полимерные цепочки, делая их более плотными, что еще больше повышает их теплопроводность.

В ближайших планах Кима и его команды еще повысить теплопроводность материала и испробовать технологию на других типах полимеров, сообщает Phys.org.

Американские физики обнаружили необычное поведение некоторых металлов, которое нарушает закон Видемана — Франца: электроны в диоксиде ванадия могут проводить электричество, не проводя тепло. Это открытие позволяет настраивать теплопроводность материалов.