Nogle kan ikke lide det varmt:Flaskehals for termisk ledningsevne-switching er løst

Mobiltelefoner fra et par årtier siden ligner forældet plastiklegetøj i dag. Det er et eksempel på den dramatiske miniaturisering af moderne elektronik, samt tilføjet funktionalitet. Desværre kommer denne miniaturisering med et problem:udfordringen med at sprede varme. Denne udfordring begrænser funktionaliteten af ​​ultrasmå elektroniske enheder. Til praktiske anvendelser skal løsningen til varmeafledning inkorporere et middel til at modulere den temperatur, ved hvilken enheden ændrer sin varmetransmissionshastighed.

Nu, i en undersøgelse for nylig offentliggjort i Nano Letters , har forskere fra Osaka University og samarbejdspartnere eksperimentelt moduleret den termiske omskiftningstemperatur af blokcopolymerer. Denne undersøgelse vil hjælpe forskere med billigt at modulere temperaturen på organiske elektroniske enheder ved at ændre hastigheden på varmetransmissionen og dermed hjælpe med at løse en vigtig udfordring med miniaturisering af enheder.

"Væskekrystallinske, nanostrukturerede blokcopolymerer er ideelle til vores arbejde," forklarer førsteforfatter Takafumi Ishibe. "Ved at bruge ændringer i temperatur til at modulere nanostrukturernes anisotropi, kan man nemt modulere polymerens termiske ledningsevne."

En komponent - kendt som mesogenet - af polymeren gennemgår en faseovergang (fra cylindrisk til sfærisk nanostrukturering) ved at krydse en temperaturtærskel. Denne temperatur er kendt som overgangstemperaturen. Med andre ord afhænger polymerens anisotropi – og dermed den termiske ledningsevne – af temperaturen.

Nøglen til forskernes arbejde er, at justering af den kemiske sammensætning af mesogenet er et nemt middel til at ændre overgangstemperaturen. Det vil sige, at man ved ligefrem kemisk syntese nemt kan justere den temperatur, hvorved anisotropiændringerne sker, og dermed ændre hastigheden af ​​varmetransmissionen fra polymeren.

"Vi justerede overgangstemperaturen over intervallet fra 90 grader Celsius til 147 grader Celsius ved et velovervejet valg af mesogen," siger seniorforfatter Yoshiaki Nakamura. "Konduktivitetsswitching var fuldt reversibel, og forskellen mellem tændt og slukket tilstand var ca. 2, hvilket er sammenligneligt med de konventionelle værdier for forskellige termiske kontakter rapporteret i de foregående undersøgelser."

Mange forskere har ændret tænd/sluk-forholdet for varmeledningsevne-skiftende materialer. Imidlertid er denne undersøgelse den første, der eksperimentelt fokuserer på modulering af den termiske koblingstemperatur ved at kontrollere overgangstemperaturen for sådanne materialer. Ved at gøre det har Nakamura og kolleger bibragt praktisk funktionalitet til blokcopolymerer, der gennemgår termisk ledningsevne-switching og til lave omkostninger. Denne innovation har store løfter for bæredygtigheden af ​​termisk styring i kommende avancerede teknologier.

Artiklen, "Tunable thermal switch via order-order transition in liquid crystalline blokcopolymer," blev publiceret i Nano Letters . + Udforsk yderligere

Styring af varmeflow i et fast stof ved at skifte krystalstrukturdimensionalitet