Plastik, kŧóry przewodzi ciepło

[KopalniaWiedzy.pl 357]

Tworzywa sztuczne są tanie, lekkie, wytrzymałe i elastyczne. Mają jednak poważną wadę, która ogranicza ich zastosowanie – źle przewodzą ciepło. Z tego też powodu w przemyśle lotniczym, elektronicznym czy motoryzacyjnym w wielu miejscach, gdzie pożądane byłoby użycie plastiku, wykorzystuje się metale.

Wkrótce może się to zmienić dzięki pracom naukowców z University of Michigan (U-M), których tworzywo sztuczne przewodzi ciepło 10-krotnie lepiej niż podobne materiały.

Dotychczasowe próby zwiększenia przewodnictwa cieplnego tworzyw sztucznych polegały na integrowaniu ich z metalami, ceramiką bądź na rozciąganiu. Jednak metody te trudno się skaluje, są drogie, mogą zwiększać wagę plastiku i zmieniać np. jego przewodnictwo czy sposób odbijania światła. Tworzywo z U-M jest pozbawione tych wad.

Energia cieplna przepływa przez materię w formie wibracji molekuł. Do efektywnego transferu ciepła konieczna jest jak najbardziej prosta, ciągła ścieżka z silnie powiązanych atomów i molekuł. Jeśli jej nie ma, ciepło pozostaje uwięzione w materiale, który się nagrzewa. W większości tworzyw sztucznych łańcuchy polimerów przypominają spaghetti. Są długie i nie łączą się dobrze ze sobą. Gdy przyłożymy źródło ciepła do jednego końca tworzywa sztucznego, molekuły zaczynają wibrować, ale wibracje te nie przenoszą się dalej, gdyż polimery są ze sobą luźno powiązane - mówi profesor Kevin Pipe z U-M.

Profesor Pipe i jego zespół opracowali metodę stworzenia solidnych połączeń pomiędzy długimi łańcuchami polimerów kwasu poliakrylowego (PAA), a krótkimi łańcuchami poliakryloilu piperidyny (PAP). Udoskonaliliśmy te połączenia tak, że energia cieplna znajduje niezakłóconą drogę przez materiał. Wciąż mamy wiele do zrobienia, ale to ważny krok ku zrozumieniu, w jaki sposób należy pracować z plastikami, by przewodziły ciepło. Mimo dziesięciokrotnego zwiększenia przewodnictwa jest ono wciąż znacznie mniejsze niż w większości metali, jednak otworzyliśmy możliwość kolejnych udoskonaleń - mówi jeden ze współpracowników Pipe'a.

« powrót do artykułu