MIT の画期的なポリマーが過熱を防ぎ、携帯電話とラップトップの安全性を約束

プラスチックが完璧な断熱材であることはすでにご存知でしょう。プラスチックは熱を効果的に閉じ込めることができます。この特性は、コーヒーカップのスリーブなど、さまざまなもので非常に役立ちますが、電話やラップトップのプラスチックケースなどの電子機器の場合、熱が閉じ込められ、機器がさらに熱くなります。

現在、MIT のエンジニアは、プラスチック絶縁体を熱伝導体に変える技術を開発しました。これは、新しい素材が熱を断熱するのではなく、熱を放散することを意味します。新しいポリマーは柔軟で軽量で、従来のポリマーよりも 10 倍の導電性があります。

この新しい材料により、太陽電池、ウェアラブルバイオセンサー、フレキシブルディスプレイなどの電子デバイスの開発が容易になります。熱的および電気的に絶縁性である従来のポリマーとは異なり、熱伝導性があり、効率的に熱を除去します。

MIT のエンジニアは、この材料が有機エレクトロニクス、オプトエレクトロニクス、自己冷却代替品などの複雑な熱管理アプリケーションにも使用できると考えています。

従来のポリマー

ポリマーは、いくつかの繰り返しサブユニット (端から端まで結合したモノマー) で構成される大きな分子です。これまでのところ、ポリマーの開発は、強い分子間相互作用 (ポリマー鎖間で光子の移動) または強い分子内相互作用 (ポリマー鎖に沿った光子の移動) によって制限されてきました。

現在、エンジニアは両方の相互作用を同時に実現しようと試みています。彼らは、ポリマー鎖間だけでなくポリマー鎖に沿って熱を伝達できる技術を思いつきました。彼らは、ポリチオフェンまたはポリ(3-ヘキシルチオフェン)と呼ばれる、高い熱伝導率を有する共役ポリマーを開発しました。

これは、ポリマー鎖間の強力な p-p スタッキング非共有結合相互作用と、延長された鎖に沿った強力な C=C 共有結合を利用しながら、ボトムアップ酸化化学蒸着によって作成されます。

この反応により、従来のポリマーのねじれたストランドの代わりに、ポリマーの硬い鎖が形成されました。彼らは、それぞれ 2cm2 の大型プロトタイプを作成しました。

参照:ScienceAdvances |土井:10.1126/sciadv.aar3031 |マサチューセッツ工科大学

クレジット:チェルシーターナー / MIT

プロトタイプの熱伝導率をテストするために、エンジニアは時間領域熱反射率として知られる手法を使用しました。この技術では、材料をレーザービームにさらして表面を加熱します。次に、熱が材料の他の部分に広がる際の材料の反射率を測定することで、温度低下を分析します。

温度降下は、熱が他の部分に伝わる速さを示し、エンジニアは材料の熱伝導率を計算することができます。

彼らは、プロトタイプが均一であり、ケルビンあたり 1 メートルあたり 2 ワットの速度で熱を伝導することを発見しました。これは、従来のポリマーの 10 倍です。ポリマーはほぼ等方性であるため、熱を全方向に同じ速度で伝導し、材料の熱放散能力を高めます。

酸化化学蒸着プロセスと材料の非破壊的な性質により、多数の基板上に高品質の熱伝導性薄膜を形成でき、その多用途性と無数の応用可能性を示します。

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シリコンウエハーや各種電子機器に直接塗布できます。エンジニアはこのプロジェクトにさらに取り組み、プリント基板用のフィルムやバッテリー用のケースなどの他の製品と互換性を持たせることを計画しています。

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