“變沙為寶”——向散熱問題Say ?No!


材料牛注:你是否還在煩惱手機變成“燙手山芋”?你是否還在恐懼玩游戲時筆記本“發燒”到90度?——看二氧化硅復合材料怎么解決散熱問題。

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科學家們設計出一種新型“沙”—— 由二氧化硅納米粒子組成,表面包覆著高分子聚合物,它價格低廉,并且可以實現大功耗電子設備的冷卻。

研究人員表示,擁有獨特表面性能的高分子二氧化硅納米復合材料比現有的熱沉材料具有更高的潛在導熱效率。這一現象背后的物理理論十分復雜,涉及到共同作用的微小二氧化硅顆粒表面產生的納米電磁效應。

基于現在的研究結果,我們最基本地可以開發出潛在的一類高熱導率材料,用于電力電子設備、LED和其他具有高熱通量應用領域的散熱。“我們首次展示了采用絕緣的納米粒子填充基礎層,在其表面設計一種如水、或乙二醇一樣的高介電常數的介質,使納米粒子與介質產生強烈的光電耦合,這樣就把二氧化硅納米粒子層變成了導體。”?佐治亞理工學院的一位副教授Baratunde Cola透露。

“利用納米粒子的集體表面電磁效應,其熱導率可以增加20倍,這使它可以作為散熱材料。”?Cola提到。

研究人員決定先嘗試使用水層包覆納米粒子,將二氧化硅粒子納米層轉變為導體。然而,水涂層結合力不佳,所以研究人員轉向研究乙二醇——一種廣泛作為汽車防凍劑的液體。這一新的復合材料的導熱系數達到了約1W/(m·K),增加了20倍,遠高于單一的乙二醇或者二氧化硅的導熱系數,并且該復合材料價格低廉,與其他昂貴的高分子復合散熱材料相比很有競爭力。

Cola說,“你可以將乙二醇/二氧化硅納米材料應用在電子設備當中,這樣它就可以成為有用的散熱材料,并且不會發生漏電現象。同時該材料價格低廉并且使用方便。”

雖然乙二醇效果很好,但是它終究會揮發掉。出于這個原因,Cola計劃采用可以被二氧化硅納米粒子吸附的高分子材料作為更加穩固的涂層來使復合材料具有合理的產品壽命。具體的復合效果取決于二氧化硅納米粒子的共同作用。

Cola最后表示:“我們基本從宏觀上解釋了納米尺度效應。”

該項研究的成果發表在近期的Materials Horizons雜志上。

原文鏈接:Scientists engineered 'sand' that can cool electronic devices

本文由編輯部楊洪期提供素材,羅春蘭編譯,薛文嘉審核,點我加入材料人編輯部

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