عایق حرارتی نانو و هدایت حرارتی همزمان در یک ترکیب نانویی

عایق حرارتی نانو و هدایت حرارتی همزمان در یک ترکیب نانویی

استایروفوم یا مس: هر دو ماده با توجه به توانایی آنها در انتقال گرما دارای خواص بسیار متفاوتی هستند. دانشمندان موسسه تحقیقات پلیمر ماکس پلانک (MPI-P) در ماینز و دانشگاه Bayreuth اکنون به طور مشترک یک عایق حرارتی نانو ، بسیار نازک و شفاف را تولید کرده اند که بسته به جهت آن ، دارای خاصیت انتقال حرارتی متفاوتی است این ترکیب می تواند از یک طرف گرما را به خوبی هدایت کند و از طرف دیگر ویژگی های عایق حرارتی مناسب را نشان دهد.

عایق حرارتی و هدایت حرارتی نقش بسیار مهمی در زندگی روزمره ما دارد. پردازنده های رایانه از جمله مواردی است که انتقال بسیار سریع حرارت در آن بسیار مهم است . برای جلوگیری از اتلاف انرژی و صرفه جویی در هزینه ها، عایق کاری نقش بسیار مهمی دارد. برای عایق بندی مکان ها اغلب از مواد بسیار متخلخل مانند پلی استایرن استفاده می شود.

مواد سنگین مانند فلزات باعث هدر رفت انرژی می شوند اما یک ماده تازه توسعه یافته که دانشمندان MPI-P به طور مشترک با دانشگاه Bayreuth تهیه و معرفی کرده اند ، می تواند به طور همزمان عایق و رسانای حرارتی باشد این مواد از لایه های پیوسته بسیار نازک شیشه مانند تشکیل شده اند که بین آنها زنجیره های پلیمری جداگانه قرار گرفته است. مواد تولید شده از اصل پنجره های دو جداره پیروی میکند با این تفاوت که در تولید آنها از دو لایه استفاده نشده بلکه از صدها لایه استفاده شده است.

بیشتر بخوانید :

عایق رطوبتی نانو جایگزین ایزوگام

لایه های که به صورت عمودی بر روی یکدیگر قرار گرفته باشند به خوبی ویژگی های یک عایق حرارتی نانو مناسب را نشان می دهند. از نظر میکروسکوپی ، گرما به معنای حرکت یا نوسان تک تک مولکول ها و انتقال آن به مولکولهای مجاور است، با ایجاد لایه های عمودی متعدد انتقال گرما به مقدار زیادی کاهش می یابد. هر لایه با ایجاد یک مرز جدید بخشی از انتقال گرما را مسدود می کند . به طور کلی انتقال حرارت در لایه های عمودی حدود یک چهلم انتقال گرما درون لایه ها است.

هدایت حرارتی این ماده از ترکیباتی که در ریز پردازنده های کامپیوتری و عایق های الکتریکی که در آن از ترکیبات پلیمر / شیشه استفاده می شود به طور قابل توجهی بالاتر است . این میزان از هدایت حرارتی مواد پلاستیکی موجود به مقدار ۶ برابر بیشتر است.

برای اینکه مواد به طور موثر عمل کنند لایه‌ها باید شفاف و با دقت بسیار بالا تولید شوند هرگونه ناهمگن بودن در تولید مواد باعث از بین رفتن شفافیت لایه ها می شود. ناهمگن بودن باعث از بین رفتن شفافیت و ایجاد سطحی شبیه به خراش روی پلکسی‌گلاس  میشود.هر لایه فقط یک هزارم ۱ میلیمتر است – یعنی یک نانومتر. برای فعال کردن لایه ها از اشعه ایکس استفاده می‌شود ، با اضافه کردن این اشعه‌ها، که توسط لایه‌های منفرد منعکس می‌شوند، لایه‌های بسیار دقیق تولید می شود.

پروفسور Fytas ، عضو گروه پروفسور هانس-یورگن بات ، می تواند به این سؤال پاسخ دهد که چرا این ساختار لایه مانند دارای چنین خصوصیات فوق العاده متفاوتی در امتداد یا عمود بر صفحات شیشه ای است. گروه وی با استفاده از یک اندازه گیری ویژه مبتنی بر لیزر ، توانست انتشار امواج صوتی را توصیف کند ، که مانند گرما مربوط به حرکت مولکول های ماده است. این ماده برای درک نحوه پخش صدا در جهات مختلف کاربرد دارد.

محققان در ادامه کار خود ، درک بهتری از چگونگی تأثیر انتشار صدا و گرما از ساختار صفحه شیشه ای و ترکیب پلیمر به دست آورده اند. محققان کاربرد احتمالی این ترکیب را در زمینه دیودهای دارای تابش نور با کارایی بالا مشاهده می کنند ، که در آن لایه، شیشه پلیمر از یک طرف به عنوان یک محفظه شفاف خدمت می کند و از طرف دیگر می تواند گرمای آزاد شده را به صورت جانبی از بین ببرد.