Τα παραδοσιακά υλικά παρουσιάζουν συνήθως μια αύξηση στην απόσταση μεταξύ των εσωτερικών σωματιδίων κατά το τέντωμα, η οποία επιμηκύνει τις οδούς μεταφοράς ηλεκτρονίων και θερμότητας. ως αποτέλεσμα, η ηλεκτρική και θερμική τους αγωγιμότητα τείνει να μειώνεται. Ωστόσο, ένα νέο νανοσύνθετο υλικό που αναπτύχθηκε από μια νοτιοκορεατική ερευνητική ομάδα παρουσιάζει την αντίθετη συμπεριφορά: αφού το υλικό τεντωθεί, η ηλεκτρική αγωγιμότητα και η θερμική αγωγιμότητά του αυξάνονται και οι δύο. Η ομάδα το εφάρμοσε περαιτέρω στη θερμική διαχείριση σε πτυσσόμενα τηλέφωνα, προσφέροντας μια πιθανή νέα λύση υλικού για την απαγωγή θερμότητας σε ευέλικτες ηλεκτρονικές συσκευές.
Επικεφαλής της μελέτης ήταν οι καθηγητές Seunghyun Baik και Joonmyung Choi από τη Σχολή Μηχανολόγων Μηχανικών του Πανεπιστημίου Sungkyunkwan και τα αποτελέσματα δημοσιεύτηκαν στοΠροηγμένα Λειτουργικά Υλικά.
Τα κενά νανοκλίμακας κάνουν τη μεταφορά θερμότητας πιο αποτελεσματική μετά το τέντωμα
Η ερευνητική ομάδα διασκόρπισε ομοιόμορφα νανοσωματίδια αργύρου με μέγεθος σωματιδίων μόνο 3,4 nm σε ελαστικό ελαστικό σιλικόνης και έλεγξε την απόσταση μεταξύ των σωματιδίων σε περίπου 4,1 nm. Όταν η απόσταση μεταξύ των νανοσωματιδίων μειώνεται κάτω από τα 10 nm, τα ηλεκτρόνια μπορούν να διασχίσουν το ενεργειακό φράγμα μεταξύ των σωματιδίων μέσω της κβαντικής σήραγγας, επιτρέποντας τη μεταφορά ηλεκτρονίων. Αυτό επιτρέπει στο υλικό να διατηρεί σχετικά καλή ηλεκτρική αγωγιμότητα ακόμα και όταν παραμορφώνεται.
Πιο συγκεκριμένα, η ομάδα διαπίστωσε ότι στην τεντωμένη κατάσταση, η μεταφορά θερμότητας στο εσωτερικό του σύνθετου υλικού άλλαξε επίσης με τρόπο διαφορετικό από εκείνον στα παραδοσιακά υλικά. Τα κανάλια μεταφοράς θερμότητας{1}}νανοκλίμακας που σχηματίζονται μεταξύ των σωματιδίων επιτρέπουν τη μεταφορά θερμότητας μεταξύ των πληρωτικών με βαλλιστικό-τρόπο μεταφοράς, μειώνοντας την πρόσθετη διασπορά κατά το τέντωμα και αυξάνοντας έτσι τη θερμική αγωγιμότητα του υλικού.
Το τέντωμα μπορεί επίσης να ελέγξει τη θερμική αγωγιμότητα του υλικού
Η ομάδα προσάρμοσε περαιτέρω την απόσταση μεταξύ των σωματιδίων αργύρου και τις χημικές ιδιότητες του καουτσούκ σιλικόνης, δίνοντας στο σύνθετο μια ιδιότητα θερμικής μεταγωγής, που σημαίνει ότι η μεταφορά θερμότητας μπορεί να ρυθμιστεί αλλάζοντας την κατάσταση τάνυσης του υλικού. Οι υπολογιστικές προσομοιώσεις έδειξαν ότι μετά το τέντωμα, οι πολυμερείς αλυσίδες προσανατολίζονται κατά μήκος της κατεύθυνσης παραμόρφωσης, επιτρέποντας τη μεταφορά της θερμότητας πιο αποτελεσματικά κατά μήκος αυτής της κατεύθυνσης.
Αυτή η ιδιότητα έχει πιθανή αξία εφαρμογής για ευέλικτες ηλεκτρονικές συσκευές, όπως πτυσσόμενες και εκτατές συσκευές. Τα smartphone και οι ηλεκτρονικές συσκευές παράγουν συνεχώς θερμότητα κατά τη λειτουργία και για εύκαμπτες και αναδιπλούμενες συσκευές, η απόδοση των παραδοσιακών υλικών απαγωγής θερμότητας{1} μπορεί να επηρεαστεί μετά την παραμόρφωση των συσκευών. Εάν η θερμική αγωγιμότητα μπορεί να ρυθμιστεί ενεργά μέσω μηχανικής παραμόρφωσης, μπορεί να είναι δυνατό να βελτιωθεί περαιτέρω η ικανότητα θερμικής διαχείρισης των εύκαμπτων ηλεκτρονικών συσκευών.