Wärmeleitfähige Kunststoffe können elektronische Geräte leichter machen

Das Konzept kann wahrscheinlich Gießen einer heißen, schmelzbaren Folie an eine Vielzahl anderer Kunststoffe angepasst werden. In vorläufigen Tests wurde dadurch erreicht, dass ein Polymer etwa so thermisch leitfähig ist wie Glas, immer noch weitaus schlechter als Metalle oder Keramiken, aber sechsmal besser in der Wärmeableitung als das gleiche Polymer ohne die Behandlung. Kunststoffe ersetzen vielerorts Metalle und Keramiken, aber sie „sind so schlechte Wärmeleiter, dass niemand sie überhaupt für Anwendungen in Betracht zieht, bei denen eine effiziente Wärmeableitung erforderlich ist“, sagte Jinsang Kim, Professor für Materialwissenschaften und Ingenieurwesen an der U-M.

Wir arbeiten daran, dies zu ändern, indem wir die Wärmetechnik auf eine noch nie dagewesene Weise auf Kunststoffe anwenden Mit begrenztem Erfolg; es müssen große Mengen an Füllstoffen hinzugefügt werden, was teuer ist und die Eigenschaften des Kunststoffs auf unerwünschte Weise verändern kann. Stattdessen nutzt die neue Technik einen Prozess, der die Struktur des Materials selbst verändert.

Kunststoffe bestehen aus langen Molekülketten, die wie eine Schüssel Spaghetti eng aufgerollt und verknotet sind. Während die Wärme durch das Material wandert, muss sie entlang und zwischen diesen Ketten einen mühsamen, umständlichen Weg zurücklegen, der ihren Fortschritt behindert. Zu dem Team gehört auch der außerordentliche Professor für Maschinenbau Kevin Pipe, ein promovierter Forscher im Maschinenbau.

Chen Li und Apoorv Shanker, Student der Materialwissenschaften und Ingenieurwissenschaften, nutzten einen chemischen Prozess, um die Molekülketten zu erweitern und zu begradigen. Dadurch konnte die Wärmeenergie direkter durch das Material geleitet werden. Um dies zu erreichen, begannen sie mit einem typischen Polymer oder Kunststoff. Sie lösten das Polymer in Wasser auf und fügten der Lösung dann Elektrolyte hinzu, um den pH-Wert zu erhöhen und sie alkalisch zu machen.