未來發(fā)展方向！導熱塑料領域又有重大進展
2017-09-29 瀏覽量：267
來源：材料科技在線
如果先進塑料能更好的解決散熱問題，那么它們就可以帶來包括用于汽車、LED和計算機這些領域的更輕，更便宜，更節(jié)能的產品組件。
一種可以改變塑料分子結構的新技術正在朝著這個方向發(fā)展。
由密歇根大學的材料科學和機械工程研究小組開發(fā)的，并發(fā)表在《科學進展》中的一項新的研究表明，該過程價格低廉且可擴展性強。
這種設想可能也適用于各種其他的塑料。經過初步測試，它使一種聚合物作為導熱玻璃，雖然遠不如金屬或陶瓷的性能，但相比未經處理的相同聚合物的散熱性要好六倍。
“在很多應用中，塑料正在逐步取代金屬和陶瓷。但它們是不良熱導體，甚至沒有人認為它們能應用于需要有效散熱的地方。”密歇根大學材料科學與工程教授Jinsang King說道，“我們正在嘗試用一種以前沒用過的方法，通過應用熱工程塑料去改變它。”
這個方法與以往在塑料中加入金屬和陶瓷增強材料的方法完全不同。傳統(tǒng)方法只能進行有限的開發(fā)，它必須填充大量昂貴的增強材料，用不恰當?shù)姆椒ǜ淖兯芰系男阅堋Ｈ欢录夹g通過改變材料本身的結構再展開發(fā)展。
塑料由緊密纏繞的長鏈分子組成，就像一碗纏繞在一起的意大利面一樣。當材料變熱時，熱量的傳導必須在這些鏈條之間行進。因為迂回的旅程阻礙了傳導的進展，讓熱量的傳遞變得麻煩很多。
囊括了密歇根大學機械工程系副教授Kevin Pipe及機械工程研究生陳力和材料科學與工程研究生Apoorv Shanker的這支團隊，用一種化學方法去擴大并拉直了分子鏈。這種方式給了熱能更直接的路徑通過材料。完成這個項目后，他們開始研究典型的聚合物或塑料。他們首先在水里溶解了聚合物，然后在溶液中加入電解質增強其PH值，使其變?yōu)閴A性。
聚合物鏈中的單個鏈叫做單體，由于帶負電荷導致它們互相排斥。當單體分開時，它們展開鏈緊緊纏繞在一起。最終，水和聚合物溶液使用一種普通工業(yè)合成過程中稱為旋轉鑄造的方法噴灑在板子上，使其脫水成為固體塑料薄膜。
在塑料內沒有纏繞的分子鏈使熱穿透更容易。研究團隊還發(fā)現(xiàn)了這種方法的第二個優(yōu)點—強硬的聚合物鏈可以幫助它們更緊的貼在一起，使它們更導熱。
“聚合物分子是通過振動傳熱，一個強硬的分子鏈可以讓它振動的更加容易。” Shanker說道。“試想一根緊繃的吉他弦與一根松散纏繞的繩子相比，當我們撥動弦時，吉他弦會振動，而繩子不會。聚合物分子鏈差不多也是這樣。”
Pipe說，這項工作具有非常重要的意義，因為溫度在大量聚合物應用中是很重要的。
“長期以來，研究人員一直在研究改變聚合物分子結構的方法，以使聚合物具有機械、光學或電子性質，但很少有團隊研究分子的結構方式來改變它們的熱性能。”Pipe說道。“而材料中的熱流往往是一個復雜的過程，即使聚合物中熱導發(fā)生微小的改變也會產生很大的技術影響。”
該團隊現(xiàn)在正在試著將新技術與其他幾種散熱方式結合起來，從而提高復合材料的熱導率。他們還致力于將這一概念應用于這項研究以外的其他類型的聚合物。使其成為商業(yè)化產品可能需要好幾年。
“我們正在研究使用有機溶劑將這種技術應用于非水溶性聚合物。”陳力說。“但我們相信用電解質來加熱聚合物的概念是一個多用途的概念，它將應用于許多其他材料。”
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