未来发展方向!导热塑料领域又有重大进展
来源于:ZZ91再生网 时间:2017-08-07 07:33:19 热度:490

如果先进塑料能更好的解决散热问题,那么它们就可以带来包括用于汽车、LED和计算机这些领域的更轻,更便宜,更节能的产品组件。

一种可以改变塑料分子结构的新技术正在朝着这个方向发展。

由密歇根大学的材料科学和机械工程研究小组开发的,并发表在《科学进展》中的一项新的研究表明,该过程价格低廉且可扩展性强。

这种设想可能也适用于各种其他的塑料。经过初步测试,它使一种聚合物作为导热玻璃,虽然远不如金属或陶瓷的性能,但相比未经处理的相同聚合物的散热性要好六倍。

“在很多应用中,塑料正在逐步取代金属和陶瓷。但它们是不良热导体,甚至没有人认为它们能应用于需要有效散热的地方。”密歇根大学材料科学与工程教授Jinsang King说道,“我们正在尝试用一种以前没用过的方法,通过应用热工程塑料去改变它。”

这个方法与以往在塑料中加入金属和陶瓷增强材料的方法完全不同。传统方法只能进行有限的开发,它必须填充大量昂贵的增强材料,用不恰当的方法改变塑料的性能。然而,新技术通过改变材料本身的结构再展开发展。

塑料由紧密缠绕的长链分子组成,就像一碗缠绕在一起的意大利面一样。当材料变热时,热量的传导必须在这些链条之间行进。因为迂回的旅程阻碍了传导的进展,让热量的传递变得麻烦很多。

囊括了密歇根大学机械工程系副教授Kevin Pipe及机械工程研究生陈力和材料科学与工程研究生Apoorv Shanker的这支团队,用一种化学方法去扩大并拉直了分子链。这种方式给了热能更直接的路径通过材料。完成这个项目后,他们开始研究典型的聚合物或塑料。他们首先在水里溶解了聚合物,然后在溶液中加入电解质增强其PH值,使其变为碱性。

聚合物链中的单个链叫做单体,由于带负电荷导致它们互相排斥。当单体分开时,它们展开链紧紧缠绕在一起。最终,水和聚合物溶液使用一种普通工业合成过程中称为旋转铸造的方法喷洒在板子上,使其脱水成为固体塑料薄膜。

在塑料内没有缠绕的分子链使热穿透更容易。研究团队还发现了这种方法的第二个优点—强硬的聚合物链可以帮助它们更紧的贴在一起,使它们更导热。

“聚合物分子是通过振动传热,一个强硬的分子链可以让它振动的更加容易。” Shanker说道。“试想一根紧绷的吉他弦与一根松散缠绕的绳子相比,当我们拨动弦时,吉他弦会振动,而绳子不会。聚合物分子链差不多也是这样。”

Pipe说,这项工作具有非常重要的意义,因为温度在大量聚合物应用中是很重要的。

“长期以来,研究人员一直在研究改变聚合物分子结构的方法,以使聚合物具有机械、光学或电子性质,但很少有团队研究分子的结构方式来改变它们的热性能。”Pipe说道。“而材料中的热流往往是一个复杂的过程,即使聚合物中热导发生微小的改变也会产生很大的技术影响。”

该团队现在正在试着将新技术与其他几种散热方式结合起来,从而提高复合材料的热导率。他们还致力于将这一概念应用于这项研究以外的其他类型的聚合物。使其成为商业化产品可能需要好几年。

“我们正在研究使用有机溶剂将这种技术应用于非水溶性聚合物。”陈力说。“但我们相信用电解质来加热聚合物的概念是一个多用途的概念,它将应用于许多其他材料。”

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