Исследователи из Японии нашли решение давней проблемы тепловыделения для тонкопленочной электроники, создав гибкие нанокомпозитные пленки с использованием матрицы нановолокна целлюлозы. 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.