Temperatuurafhankelijkheid van thermische geleidbaarheid in 2 soorten vloeibaar kristallijn blokcopolymeer (BC-1, BC-2), waarbij de structuren van vloeibaar kristallijne delen verschillend zijn. Krediet: Yoshiaki Nakamura et al.
Mobiele telefoons van een paar decennia geleden zien er tegenwoordig uit als verouderd plastic speelgoed. Dat is een voorbeeld van de dramatische miniaturisering van moderne elektronica, maar ook van toegevoegde functionaliteit. Helaas brengt deze miniaturisering een probleem met zich mee: de uitdaging om warmte af te voeren. Deze uitdaging beperkt de functionaliteit van ultrakleine elektronische apparaten. Voor praktische toepassingen moet de oplossing voor warmteafvoer een middel bevatten voor het moduleren van de temperatuur waarbij het apparaat zijn snelheid van warmteoverdracht verandert.
Nu, in een onderzoek dat onlangs is gepubliceerd in Nano-letters, hebben onderzoekers van de Universiteit van Osaka en samenwerkende partners de thermische schakeltemperatuur van blokcopolymeren experimenteel gemoduleerd. Deze studie zal onderzoekers helpen de temperatuur van organische elektronische apparaten goedkoop te moduleren door de snelheid van de warmteoverdracht te veranderen, en zo een belangrijke uitdaging van apparaatminiaturisatie helpen oplossen.
“Vloeibaar-kristallijne, nanogestructureerde blokcopolymeren zijn ideaal voor ons werk”, legt eerste auteur Takafumi Ishibe uit. “Door veranderingen in temperatuur te gebruiken om de anisotropie van de nanostructuren te moduleren, kan men gemakkelijk de thermische geleidbaarheid van het polymeer moduleren.”
Eén component – bekend als het mesogeen – van het polymeer ondergaat een faseovergang (van cilindrische naar sferische nanostructurering) bij het overschrijden van een temperatuurdrempel. Deze temperatuur staat bekend als de overgangstemperatuur. Met andere woorden, de anisotropie – en dus de thermische geleidbaarheid – van het polymeer hangt af van de temperatuur.
De sleutel tot het werk van de onderzoekers is dat het afstemmen van de chemische samenstelling van het mesogeen een gemakkelijke manier is om de overgangstemperatuur te veranderen. Dat wil zeggen, door eenvoudige chemische synthese kan men gemakkelijk de temperatuur aanpassen waarbij de anisotropieveranderingen optreden, en dus de snelheid van warmtetransmissie van het polymeer veranderen.
“We hebben de overgangstemperatuur aangepast over het bereik van 90 graden Celsius tot 147 graden Celsius door een oordeelkundige keuze van het mesogeen”, zegt senior auteur Yoshiaki Nakamura. “De geleidbaarheidsschakeling was volledig omkeerbaar en het verschil tussen de aan- en uitstand was ongeveer 2, wat vergelijkbaar is met de conventionele waarden van verschillende thermische schakelaars die in de voorgaande onderzoeken zijn gerapporteerd.”
Veel onderzoekers hebben de aan/uit-verhouding van materialen met thermische geleidbaarheid veranderd. Deze studie is echter de eerste die zich experimenteel richt op het moduleren van de thermische schakeltemperatuur door de overgangstemperatuur van dergelijke materialen te regelen. Door dit te doen, hebben Nakamura en collega’s praktische functionaliteit verleend aan blokcopolymeren die thermische geleidbaarheid-omschakeling ondergaan, en tegen lage kosten. Deze innovatie is veelbelovend voor de duurzaamheid van thermisch beheer in opkomende geavanceerde technologieën.
Het artikel, “Tunable thermal switch via order-order transitie in vloeibaar kristallijn blokcopolymeer,” werd gepubliceerd in Nano-letters.
Takafumi Ishibe et al, Afstembare thermische schakelaar via order-orderovergang in vloeibaar kristallijn blokcopolymeer, Nano-letters (2022). DOI: 10.1021/acs.nanolet.2c01100
Geleverd door de Universiteit van Osaka
