Lämpöä johtavaa muovia

Useimpien muovien spagettimainen rakenne vaikeuttaa niiden lämmönsiirtoa, mutta Michiganin yliopiston tutkijaryhmä on tehnyt muovisekoituksen, joka siirtää lämpöä kymmenen kertaa paremmin kuin perinteiset muovit.

Aiemmin polymeerien lämmönsiirtoa on tehostettu metallisilla tai keraamisilla lisäaineilla tai venyttämällä molekyyliketjuja suoraviivaisemmiksi. Näillä tavoilla on omat haasteensa ominaisuuksien, skaalauksen, materiaalin painon ja kustannuksien suhteen.

Tutkimusmaailmassa on pantu paljon huomiota hyvin sähköä johtaviin polymeereihin esimerkiksi orgaanisille ledeille ja aurinkokennoille mutta molekyylirakenteiden lämpöominaisuudet ovat jääneet vähemmälle huomiolle.

Lämpöenergia kulkee aineissa molekyylisinä värähtelyinä. Jotta lämpöä siirtävä värähtely liikkuisi tehokkaasti materiaalissa, se tarvitsee vahvasti sidottujen atomien ja molekyylien jatkuvia reittejä.

Michiganin tutkimusryhmä keksi vahvistaa linkittää PAA-muovin pitkät polymeeriketjut PAP-muovin lyhyillä säikeillä. Uusi sekoitus tukeutuu vetysidoksiin, jotka ovat 10-100 kertaa vahvempia kuin löyhä kasa pitkiä säikeitä tyypillisissä muoveissa.

Sekoitus tuotti lämmönsiirron arvoilla 1,5 W/mK kun se tyypillisesti on luokkaa 0,1 - 0,5 W/mK. Kuitenkin se on vielä satoja kertoja heikompi kuin metalleilla, mutta tutkijat uskovat oppineensa monia tärkeitä materiaalisuunnittelun periaatteita, jotka ohjaavat lämmönsiirtoa amorfisissa polymeereissä.

Aiheesta aiemmin:

Joustavia ja yhteistyökykyisiä