未來發展方向！導熱塑料領域又有重大進展
2017-09-29 瀏覽量：267
來源：材料科技在線
如果先進塑料能更好的解決散熱問題，那么它們就可以帶來包括用于汽車、LED和計算機這些領域的更輕，更便宜，更節能的產品組件。
一種可以改變塑料分子結構的新技術正在朝著這個方向發展。
由密歇根大學的材料科學和機械工程研究小組開發的，并發表在《科學進展》中的一項新的研究表明，該過程價格低廉且可擴展性強。
這種設想可能也適用于各種其他的塑料。經過初步測試，它使一種聚合物作為導熱玻璃，雖然遠不如金屬或陶瓷的性能，但相比未經處理的相同聚合物的散熱性要好六倍。
“在很多應用中，塑料正在逐步取代金屬和陶瓷。但它們是不良熱導體，甚至沒有人認為它們能應用于需要有效散熱的地方。”密歇根大學材料科學與工程教授Jinsang King說道，“我們正在嘗試用一種以前沒用過的方法，通過應用熱工程塑料去改變它。”
這個方法與以往在塑料中加入金屬和陶瓷增強材料的方法完全不同。傳統方法只能進行有限的開發，它必須填充大量昂貴的增強材料，用不恰當的方法改變塑料的性能。然而，新技術通過改變材料本身的結構再展開發展。
塑料由緊密纏繞的長鏈分子組成，就像一碗纏繞在一起的意大利面一樣。當材料變熱時，熱量的傳導必須在這些鏈條之間行進。因為迂回的旅程阻礙了傳導的進展，讓熱量的傳遞變得麻煩很多。
囊括了密歇根大學機械工程系副教授Kevin Pipe及機械工程研究生陳力和材料科學與工程研究生Apoorv Shanker的這支團隊，用一種化學方法去擴大并拉直了分子鏈。這種方式給了熱能更直接的路徑通過材料。完成這個項目后，他們開始研究典型的聚合物或塑料。他們首先在水里溶解了聚合物，然后在溶液中加入電解質增強其PH值，使其變為堿性。
聚合物鏈中的單個鏈叫做單體，由于帶負電荷導致它們互相排斥。當單體分開時，它們展開鏈緊緊纏繞在一起。最終，水和聚合物溶液使用一種普通工業合成過程中稱為旋轉鑄造的方法噴灑在板子上，使其脫水成為固體塑料薄膜。
在塑料內沒有纏繞的分子鏈使熱穿透更容易。研究團隊還發現了這種方法的第二個優點—強硬的聚合物鏈可以幫助它們更緊的貼在一起，使它們更導熱。
“聚合物分子是通過振動傳熱，一個強硬的分子鏈可以讓它振動的更加容易。” Shanker說道。“試想一根緊繃的吉他弦與一根松散纏繞的繩子相比，當我們撥動弦時，吉他弦會振動，而繩子不會。聚合物分子鏈差不多也是這樣。”
Pipe說，這項工作具有非常重要的意義，因為溫度在大量聚合物應用中是很重要的。
“長期以來，研究人員一直在研究改變聚合物分子結構的方法，以使聚合物具有機械、光學或電子性質，但很少有團隊研究分子的結構方式來改變它們的熱性能。”Pipe說道。“而材料中的熱流往往是一個復雜的過程，即使聚合物中熱導發生微小的改變也會產生很大的技術影響。”
該團隊現在正在試著將新技術與其他幾種散熱方式結合起來，從而提高復合材料的熱導率。他們還致力于將這一概念應用于這項研究以外的其他類型的聚合物。使其成為商業化產品可能需要好幾年。
“我們正在研究使用有機溶劑將這種技術應用于非水溶性聚合物。”陳力說。“但我們相信用電解質來加熱聚合物的概念是一個多用途的概念，它將應用于許多其他材料。”
