21.01.2020 - Max-Planck-Institut für Polymerforschung

Doble acristalamiento miniatura

Material desarrollado que es al mismo tiempo termoaislante y conductor de calor

Espuma de poliestireno o cobre - ambos materiales tienen propiedades muy diferentes en cuanto a su capacidad de conducir el calor. Los científicos del Instituto Max Planck para la Investigación de Polímeros (MPI-P) de Maguncia y la Universidad de Bayreuth han desarrollado y caracterizado conjuntamente un nuevo material extremadamente fino y transparente que tiene diferentes propiedades de conducción térmica según la dirección. Mientras que puede conducir el calor extremadamente bien en una dirección, muestra un buen aislamiento térmico en la otra dirección.

El aislamiento térmico y la conducción térmica juegan un papel crucial en nuestra vida diaria - desde los procesadores de ordenador, donde es importante disipar el calor lo más rápidamente posible, hasta las casas, donde un buen aislamiento es esencial para los costes de energía. A menudo se utilizan materiales extremadamente ligeros y porosos como el poliestireno para el aislamiento, mientras que los materiales pesados como los metales se utilizan para la disipación del calor. Un material recientemente desarrollado puede ahora combinar ambas propiedades.

El material consiste en capas alternas de placas de vidrio delgadas como obleas entre las que se insertan cadenas de polímero individuales. "En principio, nuestro material producido de esta manera corresponde al principio del doble acristalamiento", dice Markus Retsch, profesor de la Universidad de Bayreuth. "Sólo muestra la diferencia de que no sólo tenemos dos capas, sino cientos".

Se observa un buen aislamiento térmico perpendicular a las capas. En términos microscópicos, el calor es un movimiento u oscilación de moléculas individuales en el material que se transfiere a las moléculas vecinas. Al acumular muchas capas una encima de la otra, esta transferencia se reduce: Cada nueva capa límite bloquea parte de la transferencia de calor. Por el contrario, el calor dentro de una capa se puede conducir bien - no hay interfaces que bloqueen el flujo de calor. En general, la transferencia de calor dentro de una capa es 40 veces mayor que la perpendicular a ella.

La conductividad térmica a lo largo de las capas es comparable a la conductividad térmica de la pasta térmica, que se utiliza, entre otras cosas, para aplicar disipadores de calor a los procesadores de ordenador. En el caso de los materiales de aislamiento eléctrico a base de polímero/vidrio, este valor es excepcionalmente alto - supera en un factor de seis el de los plásticos comerciales.

Para que el material funcionara de manera eficiente y también fuera transparente, las capas debían ser producidas con una precisión muy alta - cualquier falta de homogeneidad perturbaría la transparencia de manera similar a un rasguño en una pieza de plexiglás. Cada capa tiene una millonésima de milímetro de altura, es decir, un nanómetro. Para investigar la homogeneidad de la secuencia de capas, el material fue caracterizado en el grupo de Josef Breu, Profesor de Química Inorgánica de la Universidad de Bayreuth.

"Utilizamos rayos X para iluminar el material", dice Breu. "Al superponer estos rayos, que son reflejados por las capas individuales, pudimos mostrar que las capas podían ser producidas con mucha precisión".
El Prof. Fytas, miembro del departamento del Prof. H.-J. Butt, pudo dar una respuesta a la pregunta de por qué esta estructura en forma de capa tiene propiedades tan extraordinariamente diferentes a lo largo o perpendicularmente a las placas de vidrio individuales. Utilizando una medición especial basada en el láser, su grupo fue capaz de caracterizar la propagación de las ondas sonoras, que es como el calor también relacionado con el movimiento de las moléculas del material. "Este material estructurado y transparente es excelente para entender cómo se propaga el sonido en diferentes direcciones", dice Fytas. Las diferentes velocidades del sonido permiten sacar conclusiones directas sobre las propiedades mecánicas dependientes de la dirección, que no son accesibles con ningún otro método.

En su trabajo posterior, los investigadores esperan comprender mejor cómo la estructura de la placa de vidrio y la composición del polímero pueden influir en la propagación del sonido y el calor. Los investigadores ven una posible aplicación en el campo de los diodos emisores de luz de alto rendimiento, en el que la capa de polímero de vidrio sirve por un lado como encapsulado transparente y por otro lado puede disipar lateralmente el calor liberado.

Nota: Este artículo ha sido traducido utilizando un sistema informático sin intervención humana. LUMITOS ofrece estas traducciones automáticas para presentar una gama más amplia de noticias de actualidad. Como este artículo ha sido traducido con traducción automática, es posible que contenga errores de vocabulario, sintaxis o gramática. El artículo original en Inglés se puede encontrar aquí.

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