I materiali tradizionali solitamente subiscono un aumento della distanza tra le particelle interne durante lo stiramento, che allunga i percorsi per il trasporto di elettroni e calore; di conseguenza la loro conduttività elettrica e termica tendono a diminuire. Tuttavia, un nuovo nanocomposito sviluppato da un gruppo di ricerca sudcoreano mostra il comportamento opposto: dopo che il materiale è stato allungato, la sua conduttività elettrica e la sua conduttività termica aumentano entrambe. Il team lo ha ulteriormente applicato alla gestione termica dei telefoni pieghevoli, offrendo una potenziale nuova soluzione materiale per la dissipazione del calore nei dispositivi elettronici flessibili.
Lo studio è stato condotto dai professori Seunghyun Baik e Joonmyung Choi della Scuola di ingegneria meccanica dell'Università di Sungkyunkwan e i risultati sono stati pubblicati suMateriali funzionali avanzati.
I gap su scala nanometrica rendono il trasporto del calore più efficiente dopo lo stretching
Il gruppo di ricerca ha disperso in modo uniforme nanoparticelle d’argento con una dimensione delle particelle di soli 3,4 nm in gomma siliconica estensibile e ha controllato la spaziatura tra le particelle a circa 4,1 nm. Quando la distanza tra le nanoparticelle è ridotta al di sotto di 10 nm, gli elettroni possono attraversare la barriera energetica tra le particelle attraverso il tunneling quantistico, consentendo il trasporto degli elettroni. Ciò consente al materiale di mantenere una conduttività elettrica relativamente buona anche quando si deforma.
Più in particolare, il team ha scoperto che nello stato allungato, anche il trasporto di calore all’interno del composito cambia in modo diverso rispetto ai materiali tradizionali. I canali di trasferimento del calore su scala nanometrica-formati tra le particelle consentono il trasferimento del calore tra i riempitivi in modo balistico-simile al trasporto, riducendo la dispersione aggiuntiva durante lo stiramento e aumentando così la conduttività termica del materiale.
L'allungamento può anche controllare la conduttività termica del materiale
Il team ha ulteriormente regolato la spaziatura tra le particelle d’argento e le proprietà chimiche della gomma siliconica, conferendo al composito una proprietà di commutazione termica, il che significa che il trasporto di calore può essere regolato modificando lo stato di allungamento del materiale. Le simulazioni computazionali hanno mostrato che dopo lo stiramento, le catene polimeriche si orientano lungo la direzione della deformazione, consentendo un trasporto più efficiente del calore lungo quella direzione.
Questa proprietà ha un potenziale valore applicativo per dispositivi elettronici flessibili come dispositivi pieghevoli ed estensibili. Gli smartphone e i dispositivi elettronici generano continuamente calore durante il funzionamento e, nel caso dei dispositivi flessibili e pieghevoli, le prestazioni dei tradizionali materiali-di dissipazione del calore potrebbero essere influenzate dalla deformazione dei dispositivi. Se la conduttività termica potesse essere regolata attivamente attraverso la deformazione meccanica, potrebbe essere possibile migliorare ulteriormente la capacità di gestione termica dei dispositivi elettronici flessibili.