Современные пластмассы могли бы повсеместно использоваться в качестве материала для изготовления лёгких, дешёвых и энергоэффективных деталей транспортных средств, светильников и электроники — если бы могли лучше рассеивать тепло.
Новая методика изменения молекулярной структуры пластика и его теплопроводности — многообещающий шаг в нужном направлении.
Разработанный командой специалистов в области материаловедения и машиностроения из Мичиганского университета (University of Michigan) метод дёшев и может быть масштабирован. Подробности доступны в статье, опубликованной в журнале Science Advances.
В ходе экспериментов удалось придать полимеру теплопроводность стекла — это всё ещё меньше, чем аналогичное свойство металлов или керамики, но полученный материал шесть раз лучше рассеивает тепло, чем исходный полимер без обработки.
«Пластмассы часто заменяют металлы и керамику, но они такие плохие проводники тепла, что никто даже не рассматривает возможность их применения в условиях, требующих эффективного рассеивания тепла, — говорит профессор Цзиньсан Ким (Jinsang Kim). — Мы работаем над тем, чтобы изменить это, используя не испробованный ранее способ».
Предыдущие попытки увеличить теплопроводность пластмасс были основаны на добавлении металлических или керамических наполнителей. Это приносило ограниченный успех. Заметный эффект достигался при использовании большого количества наполнителя — это увеличивает стоимость материала, к тому же может нежелательным образом изменить свойства пластика.
Новая технология основана на процессе, в ходе которого изменяется структура самого материала.
Пластмассы состоят из длинных и запутанных молекулярных цепочек. Тепло, проходя через пластмассу, движется по этим цепочкам, это длинный и извилистый путь. Его можно упростить и тем самым увеличить теплопроводность — для этого надо выпрямить молекулярные цепочки.
Технология предполагает растворение полимера в воде. В раствор добавляют электролит, что делает его щелочным.
Отдельные звенья молекулярной цепочки (полимера) — мономеры принимают отрицательный заряд, который заставляет их отталкиваться друг от друга. В результате клубки из молекул распутываются. Далее раствор напыляется на основу, получается пластиковая плёнка, в котором молекулярные цепочки расположены значительно более плотно, чем обычно.
Ограничение технологии — сейчас можно увеличить теплопроводность только тех полимеров, что растворимы в воде. Однако исследователи уже начали работу по подбору органических растворителей, с помощью которых можно было бы добиться результатов, аналогичных показанным.
