Создан уникальный «термополимер» для охлаждения электроники

Ученые разработали на основе полимера политиофена специальные теплопроводящие волокна, которые можно использовать в целях охлаждения электроники или деталей автомобилей.

Теплопроводящие волокна на базе полимера политиофена, созданные американскими специалистами, не уступают по своим свойствам лучшим маркам «термопаст». Их можно использовать в целях охлаждения электроники или деталей автомобилей.

Полимеры обычно не рассматривают в качестве основы для термоинтерфейсов, так как они разлагаются при высоких температурах. Однако политиофен уже используется при производстве высокотемпературных солнечных батарей и электроники. Мы воспользовались тем фактом, что это соединение устойчиво к воздействию тепла из-за характера связей между его молекулами.

– Баратунде Кола из Технологического института Джорджии в Атланте (США)

Хаотичное расположение индивидуальных молекулярных «нитей» внутри полимеров – одна из причин, как отмечают авторы исследования, по которой они плохо проводят тепло. Кола и его коллеги объясняют это тем, что запутанность молекул мешает распространению – квазичастиц колебаний, переносящих тепловую энергию в твердых телах.

Фонон – квазичастица, введённая советским ученым Игорем Таммом. Фонон представляет собой квант колебательного движения атомов кристалла. Концепция фонона оказалась очень плодотворной в физике твердого тела. В кристаллических материалах атомы активно взаимодействуют между собой, и рассматривать в них такие термодинамические явления, как колебания отдельных атомов, трудно − получаются огромные системы из триллионов связанных между собой линейных дифференциальных уравнений, аналитическое решение которых невозможно. Колебания атомов кристалла заменяются распространением в веществе системы звуковых волн, квантами которых и являются фононы.

Благодаря особой методике выращивания нитей политиофена почти все из них будут направлены в одну сторону, и не будут мешать движению фононов. В рамках данной методики специалисты помещают раствор одиночных молекул тиофена в электрохимическую ванну из пористого алюминия. Там он смешивается с соединением бора, фтора и этилового эфира.

Когда ток пропускается через эту смесь, одиночные молекулы тиофена соединяются друг с другом, образуя хорошо проводящие тепло нити. Их волокна, как отмечают ученые, проводят фононы в 20 раз лучше, чем обычный политиофен, их теплопроводность сравнима с лучшими современными термоинтерфейсами. Помимо этого, в отличие от классических «термопаст», политиофеновые нити, «размазанные» тонким слоем по охлаждающей поверхности, сохраняют свои свойства при длительном нагреве до высоких температур.