En nanokomposit som uppfanns vid Rice Universitys Brown School of Engineering lovar att vara ett överlägset dielektriskt material för hög temperatur för flexibel elektronik, energilagring och elektriska apparater.

Nanokompositen kombinerar endimensionella polymer nanofibrer och tvådimensionella bornitrid nanoskivor. Nanofibrerna förstärker det självmonterande materialet medan de "vita grafen" nanoskivorna ger ett termiskt ledande nätverk som gör att det tål värmen som bryter ner vanliga dielektrika, de polariserade isolatorerna i batterier och andra enheter som separerar positiva och negativa elektroder.

Upptäckten av labbet av Rice material forskaren Pulickel Ajayan är detaljerad i Advanced Functional Materials.

Forskaren M.M. Rahman och postdoktorn Anand Puthirath från Ajayan-labbet ledde studien för att möta utmaningen från nästa generations elektronik:Dielektrik måste vara tunn, tuff, flexibel och klarar tuffa miljöer.

"Keramik är ett mycket bra dielektrikum, men den är mekaniskt skör, " sa Rahman om det vanliga materialet. "Å andra sidan, polymer är ett bra dielektrikum med goda mekaniska egenskaper, men dess termiska tolerans är mycket låg."

Bornitrid är en elektrisk isolator, men sprider gärna värmen, han sa. "När vi kombinerade polymeren nanofiber med bornitrid, vi har ett material som är mekaniskt exceptionellt, och termiskt och kemiskt mycket stabil, sa Rahman.

Det 12 till 15 mikron tjocka materialet fungerar som en effektiv kylfläns upp till 250 grader Celsius (482 grader Fahrenheit), enligt forskarna. Tester visade att kombinationen av polymer nanofibrer-bornitrid spred värme fyra gånger bättre än polymeren ensam.

I sin enklaste form, ett enda lager av polyaramid nanofibrer binder via van der Waals krafter till ett stänk av bornitridflingor, 10 viktprocent av slutprodukten. Flingorna är precis tillräckligt täta för att bilda ett värmeavledande nätverk som fortfarande tillåter kompositen att behålla sin flexibilitet, och till och med vikbarhet, samtidigt som den behåller sin robusthet. Lagring av polyaramid och bornitrid kan göra materialet tjockare med bibehållen flexibilitet, enligt forskarna.

"1D polyaramid nanofiber har många intressanta egenskaper förutom värmeledningsförmåga, ", sa Rahman. "Och bornitrid är ett mycket intressant 2D-material just nu. De har båda olika oberoende egenskaper, men när de är tillsammans, de gör något väldigt unikt."

Rahman sa att materialet är skalbart och borde vara lätt att införliva i tillverkningen.