Об этом сообщает портал Nanowerk. Перевод основных положений публикации представлен изданием discover24.ru.
Эффективное рассеивание тепла является серьезной проблемой для тонкопленочной электроники, поскольку обычные.
По мере того, как устройства становятся тоньше, уменьшается и пространство для размещения внутренних рабочих компонентов. Это создало проблему для рассеивания тепла в тонкопленочных устройствах, поскольку обычные материалы-радиаторы для этих целей слишком громоздки. В настоящее время некоторые материалы подложки могут выступать в качестве рассеивателей тепла в виде тонких пленок, но большинство из них действуют изотропно в плоскостном направлении, создавая тепловые помехи соседним компонентам устройства.
Для решения этой проблемы предлагались многие полимерные композиты с теплопроводными наполнителями. Обнаружилось, что материалы с дисперсными или пластинчатыми наполнителями проявляют анизотропию теплопроводности, но, с другой стороны, волокнистые наполнители, такие как углеродные волокна (CF), могут лучше обеспечивать анизотропию в плоскости двумерных материалов.
В своем новом исследовании ученые Токийского университета с использованием жидкофазного трехмерного моделирования разработали сочетающие оба подхода гибкие термодиффузионные пленки из матрицы нановолокна целлюлозы и наполнителя из углеродного волокна. Но для этого потребовалось подобрать матрицу с высокой теплопроводностью.
Исследователи установили, что нановолокна целлюлозы (CNF), извлеченные из мантии асцидий – широко распространенной донной морской фауны, – обладают более высокой теплопроводностью (около 2,5 Вт / мК), чем обычные полимеры, что делает их особо пригодными для использования в качестве теплорассеивающего материала. При этом целлюлоза имеет высокое сродство к углеродным материалам и легко комбинируется с наполнителями на их основе.
Для синтеза своего инновационного материала исследователи подготовили водную суспензию из углеродных и целлюлозных нановолокон, а затем на этой основе получили нанокомпозит, состоящий из целлюлозной матрицы с одноосно ориентированными углеродными волокнами.
При тестировании изготовленные пленки продемонстрировали большую анизотропию теплопроводности в плоскостном направлении - наряду с проводимостью 7,8 Вт/мК в выровненном направлении и 1,8 Вт/мК в ортогональном направлении плоскости. Кроме того, нанокомпозитная пленка смогла охлаждать два близко расположенных источника псевдотепла без каких-либо тепловых помех.
Помимо превосходных термических свойств, еще одним важным преимуществом пленок CF/CNF является возможность их вторичной переработки. Исследователи смогли извлечь CF путем сжигания целлюлозной матрицы, что позволило использовать ее повторно. В целом, эти результаты могут не только служить основой для разработки 2D-пленок с новыми схемами рассеивания тепла, но и способствовать экологичности всех этапов их производственного процесса.