MIT-breakthrough polymeer belooft veiligere telefoons & laptops door oververhitting te voorkomen

MIT-ingenieurs hebben een polymeer genaamd polythiofeen ontwikkeld dat warmte efficiënt geleidt. Het is flexibel, lichtgewicht en 10 keer meer geleidend dan conventionele polymeren. Het kan direct op siliciumwafers en diverse elektronische instrumenten gecoat worden.

Hoe het gemaakt is

Conventioneel Polymeer

Een polymeer is een groot molecuul samengesteld uit verschillende herhaalde subeenheden (monomeren gekoppeld einde aan einde). Tot nu toe is het ontwikkelen van polymeren beperkt geweest door sterke intermoleculaire interactie (fotoonoverdracht tussen polymeer-ketens) of sterke intramoleculaire interactie (fotoonoverdracht langs polymeer-ketens).

Nu hebben ingenieurs geprobeerd om beide interacties simultaan te bereiken. Ze bedachten een techniek die warmte toestaat om over te dragen tussen- als wel langs-polymeer-ketens. Ze ontwikkelden een geconjugeerd polymeer, genaamd polythiofeen of poly(3-hexylthiofeen), dat een hoge thermische geleiding heeft.

Het wordt gemaakt via bottom-up oxidatieve chemische dampafzettende, terwijl sterke p-p stacking niet-covalente interactie tussen polymeer-ketens en sterke C=C covalente binding langs de uitgebreide keten worden benut.

De reactie vormde starre polymeer-ketens, in plaats van gedraaide strengen in traditionele polymeren. Ze creëerden grootschalige prototypes, elk van 2cm².

Testen en Resultaten

Om de thermische geleiding van prototypes te testen, gebruikten ingenieurs een techniek bekend als time-domain thermische reflectantie. In deze techniek wordt het materiaal blootgesteld aan een laserbundel om het oppervlak op te warmen. Vervolgens analyseren ze temperatuurdaling door reflectantie van het materiaal te meten als warmte zich naar andere delen van het materiaal uitstrekt.

De temperatuurdaling toont hoe snel warmte zich naar andere delen voortplant, wat ingenieurs in staat stelt de thermische geleiding van het materiaal te berekenen.

Ze vonden dat prototypes uniform waren en warmte geleidden met een snelheid van 2 Watt per meter per Kelvin, wat 10 keer hoger is dan die van traditionele polymeren. Aangezien het polymeer bijna isotrop is, geleidt het warmte in alle richtingen met dezelfde snelheid, wat de warmte-afvoerende capaciteit van het materiaal verhoogt.

Het oxidatieve chemische dampafzettende proces en de non-destructieve aard van het materiaal maken de vorming van hoge-kwaliteit, thermisch geleidende dunne films op talloze substraten mogelijk, wat de veelzijdigheid en talloze toepasbaarheid toont.

Het materiaal kan direct op siliciumwafers en diverse elektronische instrumenten gecoat worden. Ingenieurs plannen verder aan dit project te werken en het compatibel te maken met andere producten zoals films voor geprinte circuitborden en behuizingen voor batterijen.