Blog

Jan 10, 2024

Nanodiamant-„Heat Highways“, um Elektronik kühl zu halten

Von der American Chemical Society, 13. Juni 2023 Forscher haben mithilfe einer Elektrospinning-Methode einen neuen Nanokompositfilm entwickelt, der möglicherweise das Problem der Wärmeerzeugung in kompakten,

Von der American Chemical Society, 13. Juni 2023

Forscher haben mithilfe einer Elektrospinning-Methode einen neuen Nanokompositfilm entwickelt, der möglicherweise das Problem der Wärmeerzeugung in kompakter, leistungsstarker Elektronik lösen könnte. Die Wärme, die zu einer langsameren Verarbeitung und abrupten Abschaltungen führen kann, wird von der Folie effektiv abgeleitet, und zwar viermal effizienter als bei ähnlichen Materialien. (Künstlerkonzept von „Wärmeautobahnen“ für die Elektronik.)

Ein Forschungsteam hat einen Nanokompositfilm entwickelt, der Wärme viermal effektiver ableitet als bestehende Materialien und eine potenzielle Lösung für Überhitzung in kompakter Elektronik bietet. Dies wurde durch ein koaxiales Elektrospinning-Verfahren mit zwei Lösungen erreicht, bei dem mithilfe von Polyvinylalkohol und wärmeleitendem Nanodiamantmaterial eine „Autobahn“ der Wärmeverteilung geschaffen wurde.

Da intelligente elektronische Geräte kleiner und leistungsfähiger werden, können sie viel Wärme erzeugen, was zu langsameren Verarbeitungszeiten und plötzlichen Abschaltungen führt. Jetzt verwenden Forscher bei ACS Applied Nano Materials einen Elektrospinning-Ansatz, um einen neuen Nanokompositfilm herzustellen. In Tests leitete die Folie die Wärme viermal effizienter ab als vergleichbare Materialien, was zeigte, dass sie eines Tages zur Kühlung elektronischer Geräte eingesetzt werden könnte.

Kleinere und intelligentere Elektronik hat viele Aspekte des Lebens revolutioniert, von der Kommunikation bis zur Medizin. Aber schrumpfende Größen führen dazu, dass diese Geräte die Wärme in kleineren Bereichen konzentrieren, was zu langsameren Rechengeschwindigkeiten führen und sogar dazu führen kann, dass Geräte unerwartet vollständig heruntergefahren werden, um Schäden zu verhindern.

Um diese Wärme abzuleiten, greifen Forscher auf Nanokompositmaterialien zurück, die ein flexibles Polymer und einen wärmeleitenden Füllstoff enthalten. Eine einfache Möglichkeit zur Herstellung von Nanokompositen ist das Elektrospinnen, bei dem eine Lösung aus Polymer und Füllstoff aus einer Spritze durch eine elektrisch geladene Düse gespritzt wird und dabei Fasern bildet, die sich zu einem dünnen Film aufbauen. Elektrospinnen aus einer einzigen Lösung bzw. uniaxiales Elektrospinnen ist zwar einfach, macht es aber schwierig, die Eigenschaften des Materials zu kontrollieren. Daher verwendeten Jinhong Yu, Sharorong Lu und Mitarbeiter eine Zwei-Lösungs-Technik, genannt koaxiales Elektrospinnen, um das Faserdesign besser zu kontrollieren und die Wärmeableitung eines neuen Nanokomposits zu verbessern.

Um das neue Nanokomposit herzustellen, stellten die Forscher eine Lösung mit ihrem ausgewählten Polymer, Polyvinylalkohol, und eine separate Lösung mit dem wärmeleitenden Füllstoff, einem Nanodiamantmaterial, her. Indem die Forscher eine Spritze jeder Lösung auf eine Düse aufsetzten, die beide kombinierte, stellten sie Fasern mit einem Polyvinylalkoholkern und einer Nanodiamantbeschichtung her, statt einer zufälligen Verteilung der beiden Komponenten. Die Forscher sagen, dass die beschichteten Fasern als „Autobahn“ fungieren, um Wärme, wie Verkehr, entlang und über die Fasern durch die Folie zu leiten. In Tests leiteten die neuen Materialien die Wärme besser ab als die mit der herkömmlichen Düse hergestellten und waren viermal so wärmeleitfähig wie zuvor berichtete Nanokomposite. Die Forscher sagen, dass diese Filme eines Tages dazu verwendet werden könnten, winzige Elektronikgeräte hart arbeiten zu lassen und gleichzeitig kühl zu bleiben.

Referenz: „Enhanced Thermal Conductivity of Nanodiamond Nanosheets/Polymer Nanofiber Composite Films by Uniaxial and Coaxial Electrospinning: Implications for Thermal Management of Nanodevices“ von Zhouqiao Wei, Ping Gong, Xiangdong Kong, Maohua Li, Jingzhen Cheng, Hua Zhou, Dacheng Li, Youming Ye, Xiang Lu, Jinhong Yu und Shaorong Lu, 17. Mai 2023, ACS Applied Nano Materials.DOI: 10.1021/acsanm.3c00591

Die Autoren danken dem Key Laboratory of New Processing Technology for Nonferrous Metal & Materials und dem Ministry of Education/Guangxi Key Laboratory of Optical and Electronic Materials and Devices für die Finanzierung.