日前,一个由佐治亚理工学院(Georgia Tech)研究学者领导的研究小组研究宣布,其通过电解过程生产制造出了排列整齐的聚合物纳米纤维,该聚合物纳米纤维可以用作导热新材料,其导热效率比常规聚合物导热效率提高了20倍,该经过改善的聚合物纳米纤维导热材料在温度高达200摄氏度时仍具有非常高的可靠性。其中,聚合物材料的分子键通常是杂乱无章的,这降低了聚合物材料中导热声子的平均自由程,因此聚合物材料一般具有绝热特性。
该全新聚合物纳米纤维导热材料在扫描电子显微镜下的结构显示金属极板衬底上生长出的聚噻吩纳米纤维呈阵列排布,该生长阵列中既包含实心纤维又包含中控纤维管,其中不同的纳米纤维直径是由金属极板衬底上小孔的大小所决定的
该全新聚合物纳米纤维导热材料由于其导热性能的大幅提升,所以可以用来为服务器电子器件、汽车电子、高亮度LED以及一些其他移动电子设备提供散热功能。该全新聚合物纳米纤维导热材料由吸热器(heat sinks)和散热铁盖(heat spreaders)等设备制成,其紧紧贴附设备表面,这样可以有效避免因为其他导热材料热导性不相同而产生的可靠性失效等问题。目前,关于该技术的相关文章已经发表在了《自然纳米技术》(Nature Nanotechnology)期刊杂志。
佐治亚理工学院机械工程助理教授Baratunde Cola作为以上文章的通讯作者,其在文章中介绍道:“随着目前设备的体积越来越小,其热管理方案也越来越复杂。而该全新聚合物纳米纤维导热材料不仅可靠性得到了大幅提升,而且其还具有解决以上问题的强大潜质。该全新聚合物纳米纤维导热材料最终将很有可能为我们设计电子系统提供更多的选择余地。”
该项目研究获得了美国国家科学基金会(National Science Foundation)的支持。其中参与研究的人员由来自佐治亚理工学院(Georgia Institute of Technology)、德克萨斯大学奥斯汀分校(University of Texas at Austin)以及雷神公司(Raytheon Company)的研究人员组成。其中,来自佐治亚理工学院乔治·W·伍德拉夫学院(George W. Woodruff School)的机械工程科学家Virendra Singh和来自伍德拉夫的博士研究生Thomas Bougher是该技术文章的共同第一作者。
虽然非晶体聚合物材料的热传导效率可以通过为聚合物创建规则的晶体结构来得到改善,但是以上规则的晶体结构需要通过纤维拉丝过程得到,并且该结构在生产设备冷热工作循环发生膨胀收缩过程中非常脆弱易碎。
该全新聚合物纳米纤维导热材料由共轭高分子和聚噻吩组成。该全新聚合物纳米纤维导热材料可以使聚合物分子键有序排列提高聚合物内导热声子的平均自由程,并且不会出现晶体结构易碎的特征。该材料的纳米纤维在室温情况下其热导效率可以达到4.4 Wm–1K–1。对于该材料热导效率的大幅提升研究学者表示,正是由于在电解过程中采用了具有纳米级别的电极才使得该纳米纤维材料的分子键方向统一沿纤维轴向方向。
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