فیلم‌های کامپوزیت نانوالیاف‌کربنی سلولزی برای صنعت الکترونیک

به گزارش خبرگزاری صدا و سیما ، دانشمندان ژاپنی راه حلی برای این مسئله در آسیدین‌ها (نوعی جاندار دریایی) کشف کردند.

آن‌ها فیلم‌های نانوکامپوزیتی انعطاف‌پذیر را با ترکیب ماتریس نانوالیاف سلولزی که از آسیدین‌ها و پرکننده‌های فیبر کربنی مشتق شده بود، ساختند. فیلم‌های تهیه‌شده، هدایت حرارتی ناهمسانگرد قابل توجهی را در صفحه نمایش ارائه می‌دهند.

در چند سال گذشته، پیشرفت باورنکردنی در فناوری الکترونیک، با ایجاد دستگاه‌هایی که قوی‌تر، نازک‌تر، سبک‌تر و انعطاف‌پذیر هستند، صورت گرفته است. با این حال، با نازک‌تر شدن دستگاه‌ها، فضای برای قرار دادن اجزای داخلی نیز کاهش می‌یابد.

این موضوع باعث ایجاد مشکل اتلاف حرارت ضعیف در دستگاه‌های لایه نازک شده است، زیرا مواد سینک حرارتی سنتی بزرگ هستند و نمی‌توان آن‌ها را وارد سیستم کرد. بنابراین، نیاز به مواد انتشار حرارتی وجود دارد که نازک و قابل انعطاف باشند و بتوان آن‌ها را در دستگاه‌های لایه نازک برای دفع مؤثر گرما نصب کرد.

در حال حاضر، مواد زیرلایه متعددی می‌توانند به‌عنوان پخش‌کننده گرما به شکل لایه‌های نازک عمل کنند، اما اکثر آن‌ها گرما را در جهت درون صفحه به صورت همسانگرد پخش می‌کنند. این موضوع می‌تواند تداخل حرارتی با اجزای نزدیک یک دستگاه ایجاد کند.

برای زیرلایه‌ای که چندین دستگاه با چگالی بالا روی آن نصب شده‌اند، باید جهت انتشار حرارتی را کنترل کرد و در حین عایق‌کاری حرارتی بین دستگاه‌ها، یک مسیر حذف گرمای مؤثر پیدا کرد. بنابراین، توسعه لایه‌ها با ناهمسانگردی بالا در هدایت حرارتی درون صفحه، یک هدف مهم است.

کوجیرو اوتانی، دانشیار دانشگاه علوم توکیو و همکارانش از جمله استادیار شوتا سونیاسو از موسسه ملی فناوری، کالج اویتا، و پروفسور توشیفومی ساتو از دانشگاه پلی تکنیک توکیو، فیلم نانوکامپوزیتی جدید تولید شده متشکل از نانوالیاف سلولز و فیبر کربن را ارائه کردند. پرکننده‌هایی که رسانایی حرارتی ناهمسانگرد برتر درون صفحه‌ای از خود نشان می‌دهند.

تعدادی از کامپوزیت‌های پلیمری با پرکننده‌های رسانای حرارتی برای بهبود هدایت حرارتی پیشنهاد شده اند. با این حال، برخی گزارش‌ها در مورد مواد با پرکننده‌های صفحه‌مانند یا ذرات وجود دارد که ناهمسانگردی هدایت حرارتی را نشان می‌دهند، که برای جلوگیری از تداخل حرارتی بین دستگاه‌های مجاور حیاتی است. از سوی دیگر، پرکننده‌های فیبری مانند الیاف کربن (CF)، به دلیل ناهمسانگردی ساختاری، می‌توانند ناهمسانگردی درون صفحه را در مواد دو بعدی ارائه دهند.

همچنین انتخاب یک ماتریس با هدایت حرارتی بالا بسیار مهم است. گفته می‌شود نانوالیاف سلولزی (CNF) مشتق شده از آسیدین‌ها دارای رسانایی حرارتی بالاتری (تقریباً ۲٫۵ W/mK) نسبت به پلیمر‌های سنتی هستند و آن‌ها را برای کاربرد به‌عنوان یک ماده دفع‌کننده حرارت ایده‌آل می‌کند.

سلولز تمایل زیادی به مواد کربنی دارد و به راحتی با پرکننده‌های CF ترکیب می‌شود. به‌عنوان مثال، CF آبگریز نمی‌تواند به خودی خود در آب پخش شود، اما زمانی که CNF وجود دارد، بدون زحمت در آب پخش می‌شود. به همین دلیل، محققان CNF‌های به دست آمده از آسیدین‌های زیستی را به‌عنوان ماتریس انتخاب کردند.

برای انجام سنتز مواد، محققان یک سوسپانسیون آبی از CF و CNF را آماده کردند و سپس از روشی به نام الگوبرداری سه‌بعدی مایع استفاده کردند. این فرآیند در یک نانوکامپوزیت با ماتریس سلولزی با الیاف کربنی که به صورت تک محوری تراز شده بود به اوج خود رسید.