Полимерные микроструктуры усилили теплоотдачу при конденсации в 5,5 раза

Полимеры — пластики и синтетические эластомеры — плохо проводят тепло. Именно это свойство делает их хорошими изоляторами, но создаёт проблему везде, где от материала требуется отводить тепло: в электронике, светодиодах, тепловых интерфейсах и медицинских устройствах. Улучшить теплопроводность полимеров без металлических наполнителей считалось сложной задачей. Новое исследование, описанное на TechXplore, предлагает неожиданное решение: внести в полимер строго контролируемые «дефекты».

Интуиция подсказывает обратное: дефекты в кристаллических и полимерных структурах обычно рассеивают фононы — квазичастицы теплового транспорта, — ухудшая теплопроводность. Но исследовательская группа обнаружила, что правило работает иначе, если дефекты упорядочены и расположены с определённым шагом вдоль полимерной цепи.

Исследователи провели молекулярно-динамические симуляции с несколькими типами полимерных цепей. Когда «боковые дефекты» — дополнительные атомарные группы, прикреплённые к основной цепи — располагались через равные интервалы, возникал неожиданный эффект. Такая периодичность создавала фononный резонанс, направляя тепловую энергию вдоль цепи, а не поперёк неё, и подавляя нежелательное рассеяние.

В экспериментальных образцах полимеров с преднамеренно введёнными упорядоченными боковыми группами теплопроводность выросла примерно вдвое по сравнению с аналогичными полимерами без таких дефектов.

Результаты открывают возможность создания полимеров с управляемой теплопроводностью через контроль химической структуры боковых цепей — без добавления металлических или керамических наполнителей. До практических приложений предстоит перевод этих принципов в масштабируемые синтетические маршруты.

Ранее pronedra.ru писал о управлении теплопроводностью керамики.