Tradiční materiály obvykle zažívají zvětšení vzdálenosti mezi vnitřními částicemi během natahování, což prodlužuje dráhy pro přenos elektronů a tepla; v důsledku toho mají tendenci klesat jejich elektrická a tepelná vodivost. Nový nanokompozit vyvinutý jihokorejským výzkumným týmem však vykazuje opačné chování: po natažení materiálu se jeho elektrická vodivost i tepelná vodivost zvyšují. Tým jej dále aplikoval na tepelný management ve skládacích telefonech, čímž nabízí potenciální nové materiálové řešení pro odvod tepla ve flexibilních elektronických zařízeních.
Studii vedli profesoři Seunghyun Baik a Joonmyung Choi ze School of Mechanical Engineering na Sungkyunkwan University a výsledky byly publikovány v rocePokročilé funkční materiály.
Mezery v nanoměřítku zefektivňují přenos tepla po natažení
Výzkumný tým rovnoměrně dispergoval stříbrné nanočástice s velikostí částic pouze 3,4 nm v roztažitelném silikonovém kaučuku a řídil vzdálenost mezi částicemi na přibližně 4,1 nm. Když se vzdálenost mezi nanočásticemi sníží pod 10 nm, mohou elektrony překročit energetickou bariéru mezi částicemi pomocí kvantového tunelování, což umožní transport elektronů. To umožňuje materiálu udržet si relativně dobrou elektrickou vodivost, i když se deformuje.
Ještě pozoruhodnější je, že tým zjistil, že v nataženém stavu se přenos tepla uvnitř kompozitu také změnil způsobem odlišným od tradičních materiálů. Nanokanály pro přenos tepla-vytvořené mezi částicemi umožňují přenos tepla mezi výplněmi balistickým-přepravním způsobem, čímž se snižuje další rozptyl během natahování, a tím se zvyšuje tepelná vodivost materiálu.
Protahování může také řídit tepelnou vodivost materiálu
Tým dále upravil vzdálenost mezi částicemi stříbra a chemickými vlastnostmi silikonového kaučuku, což kompozitu poskytlo vlastnost tepelného přepínání, což znamená, že přenos tepla lze regulovat změnou stavu roztažení materiálu. Výpočtové simulace ukázaly, že po natažení se polymerní řetězce orientují ve směru deformace, což umožňuje efektivnější transport tepla tímto směrem.
Tato vlastnost má potenciální aplikační hodnotu pro flexibilní elektronická zařízení, jako jsou skládací a roztažitelná zařízení. Chytré telefony a elektronická zařízení během provozu nepřetržitě generují teplo a u ohýbatelných a skládacích zařízení může být po deformaci zařízení ovlivněn výkon tradičních materiálů odvádějících teplo-. Pokud lze tepelnou vodivost aktivně regulovat prostřednictvím mechanické deformace, může být možné dále zlepšit schopnost flexibilních elektronických zařízení tepelného managementu.