پلیمرهای فلزی مایع: راهی نوین برای ارتقاء عملکرد در صنایع مختلف
مدیریت حرارتی موثر برای اطمینان از عملکرد و طول عمر الکترونیک مدرن ضروری است. در حالی که پلیمرها به طور گسترده در قطعات الکترونیکی مورد استفاده قرار می گیرند، ذاتاً هدایت حرارتی ضعیفی از خود نشان می دهند و کارایی آنها را در اتلاف گرما محدود می کند. برای غلبه بر این موضوع، محققان پتانسیل ادغام پرکننده های بسیار رسانا، مانند فلزات مایع (LM) را در پلیمرها بررسی کرده اند.
با این حال، پراکندگی پایدار و پیوند سطحی قوی بین ماتریس‌های پلیمری و پرکننده‌های فلزی مایع به سختی به دست می‌آیند، که بر نیاز به تحقیقات بیشتر در مورد مواد کامپوزیتی پیشرفته که قادر به افزایش خواص حرارتی و حفظ یکپارچگی مکانیکی هستند تأکید می‌کند.
تیمی از دانشگاه سیچوان به سرپرستی پروفسور هوآ دنگ، مطالعه‌ای را در مجله چینی علوم پلیمر منتشر کرده است که روش جدیدی برای تولید کامپوزیت‌های پلیمری با کارایی بالا حاوی فلز مایع را به نمایش گذاشته است.
محققان تکنیک جدیدی را توسعه دادند که به طور قابل توجهی هدایت حرارتی پلیمرها را با افزایش تعامل بین ذرات فلز مایع و ماتریس پلیمری بهبود می بخشد. یافته‌های آنها بینش‌های ارزشمندی را برای رسیدگی به الزامات اتلاف گرما در الکترونیک پرقدرت ارائه می‌دهد.
این مطالعه فرآیند جدیدی به نام “بارش ناشی از برشی-بازنشانی سطحی-پروتوناسیون” را معرفی می کند. این رویکرد نوآورانه با موفقیت ذرات فلز مایع را در ماتریس پلیمری پراکنده می کند و بر چالش های قبلی مربوط به پراکندگی ذرات و سازگاری سطحی غلبه می کند.
این تیم از الیاف میکرون آرامید (AMFs) به عنوان پایه ای برای کامپوزیت های خود استفاده کردند که از ساختار دندریتی ریشه درختان برای افزایش پایداری و پراکندگی الهام گرفته شده است. محققان با کنترل دقیق pH در طول پروتوناسیون، پیوند بهینه بین AMFs و ذرات فلز مایع را تضمین کردند. فیلم‌های AMFs-pH/LM به رسانایی گرمایی 10.98 W·m-1·K-1 دست یافتند که 126.8 درصد بهبودی نسبت به کامپوزیت‌های پلیمری معمولی داشت.
علاوه بر این، این فیلم ها خواص مکانیکی بسیار خوبی از جمله استحکام کششی تقریباً 85.88 مگاپاسکال را نشان دادند که آنها را برای استفاده در الکترونیک پرقدرت که در آن دوام و اتلاف گرمای کارآمد بسیار مهم است، ایده آل می کند. این پیشرفت نشان دهنده یک گام به جلو در توسعه کامپوزیت های پلیمری چند منظوره برای کاربردهای صنعتی است.
پروفسور هوآ دنگ، نویسنده اصلی این مطالعه گفت: رویکرد ما نه تنها رسانایی حرارتی کامپوزیت های پلیمری را افزایش می دهد، بلکه استحکام مکانیکی آنها را نیز حفظ می کند. “با تثبیت ذرات فلز مایع در ماتریس پلیمری، ما امکانات جدیدی را برای مواد مورد استفاده در الکترونیک و سایر صنایع که مدیریت موثر گرما در آنها حیاتی است، باز می کنیم. این تکنیک می تواند به راه حل های مدیریت حرارتی کارآمدتری در آینده منجر شود.”
کاربردهای بالقوه این تحقیق بسیار فراتر از الکترونیک است. فیلم‌های کامپوزیتی AMFs-pH/LM را می‌توان در صنایعی استفاده کرد که به موادی نیاز دارند که هم استرس مکانیکی و هم اتلاف گرما کارآمد را تحمل می‌کنند، مانند روشنایی دیود ساطع نور پرقدرت (LED)، لوازم الکترونیکی انعطاف‌پذیر و دستگاه‌های پوشیدنی. علاوه بر این، روش نوآورانه ارائه شده در این مطالعه می تواند الهام بخش پیشرفت های جدیدی در طراحی مواد کامپوزیت باشد و راه را برای راه حل های پایدارتر و کارآمدتر در بخش های مختلف فناوری هموار کند.
نویسنده خبر: مهدیه رنجبر
October 30, 2024
https://phys.org/news/2024-10-liquid-metal-polymers-potential-electronics.html
بدون دیدگاه