Вы здесь

Химики создали изотропный теплопроводящий пластик

Химики создали изотропный теплопроводящий пластик

Группа американских материаловедов под руководством Гана Чэня (Gang Chen) из Массачусетского технологического института синтезировала новый полимерный материал, который обладает повышенной теплопроводностью за счет увеличения силы не только внутримолекулярного взаимодействия, как в предыдущих работах, но и между отдельными полимерными молекулами. Об этом пишет издание N+1 со ссылкой на Science Advances. Основу материала составил поли(3-гексилтиофен), в котором сопряженные двойные связи обеспечивают внутримолекулярные связи, а взаимодействия между π-орбиталями ароматических элементов разных молекул приводит к образованию между ними нековалентных связей, в результате чего плоские ароматические пятичленные кольца складываются в стопки, образуя внутри материала небольшие упорядоченные области.

Синтез тонких полимерных пленок нанометровой толщины ученые проводили с использованием окислительного химического осаждения из газовой фазы, в результате которого сначала получалась молекула с плоской хиноидной структурой, в которой ароматические элементы связаны двойной связью, а после промывания метанолом – чистый полимерный материал без неорганических ионов, в которых между тиофеновыми элементами уже нет двойной связи. Этот процесс уменьшает шероховатость пленок, увеличивает подвижность отдельных элементов внутри структуры (сохраняя при этом упорядоченные зоны) и повышает теплопроводность молекулы.

Синтезированный полимер действительно оказался теплопроводящими, при этом за счет правильного подбора температуры полимеризации ученым удалось добиться получения полимерного материала с коэффициентом теплопроводности 2,2 ватта на метр на градус при комнатной температуре, что примерно на порядок выше обычных для пластмасс показателей. Авторы работы отмечают, что к повышению теплопроводности приводит не механическая обработка или микроструктурирование уже полученного материала (как это делается обычно), а управление системой сопряженных двойных связей и образованием упорядоченных межмолекулярных структур в процессе синтеза.

С учетом того, что многие подобные полимеры обладают довольно высоким коэффициентом электропроводности (например, промежуточный полимер с хиноидной структурой имел электропроводность более 4 сименсов на сантиметр), ученые считают, что в будущем именно подобные полимерные материалы, способные одновременно проводить и электрический ток, и тепло, станут основой для гибких полимерных электронных и оптоэлектронных устройств с более эффективным управлением тепловым режимом.

Эффективным способом ускорить процесс отвода тепла при использовании непроводящих полимерных материалов может быть не только подбор правильного химического состава соединения, но и придание ему необходимой микростурктуры. Так, американские исследователи получили полусинтетическую ткань на основе полиэтилена, которая за счет системы нано- и микрометровых пор способна рассеивать тепло человеческого тела лучше, чем другие натуральные и синтетические материалы и может оказывать охлаждающий эффект.

Категория: 
Материаловедение

Добавить комментарий