Temperaturberoende av termisk konduktivitet i 2 typer av flytande kristallina blocksampolymerer (BC-1, BC-2), där strukturer av flytande kristallina delar är olika. Kredit:Yoshiaki Nakamura et al.
Mobiltelefoner från några decennier sedan ser ut som antika plastleksaker idag. Det är ett exempel på den dramatiska miniatyriseringen av modern elektronik, såväl som extra funktionalitet. Tyvärr kommer denna miniatyrisering med ett problem:utmaningen att avleda värme. Denna utmaning begränsar funktionaliteten hos ultrasmå elektroniska enheter. För praktiska tillämpningar måste lösningen för värmeavledning innehålla ett sätt att modulera temperaturen vid vilken enheten ändrar sin värmeöverföringshastighet.
Nu, i en studie som nyligen publicerades i Nano Letters , har forskare från Osaka University och samarbetspartners experimentellt modulerat den termiska omkopplingstemperaturen för blocksampolymerer. Den här studien kommer att hjälpa forskare att billigt modulera temperaturen på organiska elektroniska enheter genom att ändra hastigheten på värmeöverföringen, och därmed hjälpa till att lösa en viktig utmaning med miniatyrisering av enheter.
"Flytande-kristallina, nanostrukturerade blocksampolymerer är idealiska för vårt arbete", förklarar första författare Takafumi Ishibe. "Genom att använda temperaturförändringar för att modulera nanostrukturernas anisotropi kan man enkelt modulera polymerens värmeledningsförmåga."
En komponent - känd som mesogen - av polymeren genomgår en fasövergång (från cylindrisk till sfärisk nanostrukturering) när den passerar en temperaturtröskel. Denna temperatur är känd som övergångstemperaturen. Med andra ord beror anisotropin – och därmed den termiska konduktiviteten – hos polymeren på temperaturen.
Nyckeln till forskarnas arbete är att justering av mesogenens kemiska sammansättning är ett enkelt sätt att ändra övergångstemperaturen. Det vill säga, genom enkel kemisk syntes kan man enkelt justera temperaturen vid vilken anisotropiförändringarna sker, och därmed ändra hastigheten på värmeöverföringen från polymeren.
"Vi justerade övergångstemperaturen över intervallet 90 grader Celsius till 147 grader Celsius genom klokt val av mesogen", säger seniorförfattaren Yoshiaki Nakamura. "Konduktivitetsomkopplingen var helt reversibel, och skillnaden mellan på- och avstängningsläge var ungefär 2, vilket är jämförbart med de konventionella värdena för olika termiska brytare som rapporterats i de föregående studierna."
Många forskare har ändrat på/av-förhållandet för värmekonduktivitetsomkopplande material. Denna studie är dock den första som experimentellt fokuserar på att modulera den termiska omkopplingstemperaturen genom att kontrollera övergångstemperaturen för sådana material. Genom att göra det har Nakamura och kollegor förmedlat praktisk funktionalitet till blocksampolymerer som genomgår värmeledningsförmåga, och till låg kostnad. Denna innovation har ett stort löfte för hållbarheten av värmehantering i kommande avancerade teknologier.
Artikeln, "Tunable thermal switch via order-order transition in liquid crystalline block copolymer," publicerades i Nano Letters . + Utforska vidare
