Na obzoru tepelně vodivý plastový elektroizolant  
Kdybyste si měli pro odvod tepla z nějakého zařízení zvolit materiál s dobrou tepelnou vodivostí, asi byste sáhli po něčem z mědi, stříbra, nebo alespoň z čistého hliníku, nebo železa. Ideální by byl méně dostupný grafen. Na polyetylén byste asi nepomysleli. Zato materiáloví technologové ze známého MITu (Massachusetts Institute of Technology, Cambridge, USA) ano.

 

Zvětšit obrázek
Polyetylen – spletené řetězce uhlíků a vodíků kolonizují svět lidí: hračky, sáčky, obaly, potrubí...

Nejnovější číslo odborného časopisu Nature Nanotechnology uveřejnilo výsledky výzkumu typicky amerického čtyřlístku vědců se jmény Shen, Tong, Zheng, Chen a Henry (posledního prozrazuje křesní jméno Asegun), který dokázal v laboratořích MITu připravit polyetylénová nanovlákna s překvapivě vysokou tepelnou vodivostí, převyšující v této vlastnosti kovy jako železo, chrom, nebo kadmium a konkurující mosazi. V řeči čísel to zní takto: tepelná vodivost běžného polymeru se pohybuje v desetinách wattů na metr a kelvin (X x 0.1 W m−1 K−1). Novým nanovláknům vědci naměřili okolo 104 W m−1 K−1. Železo, nebo platina mají v porovnání s touto hodnotou jenom tříčtvrtinovou, hliník asi dvounásobnou tepelnou vodivost.

Zvětšit obrázek
Grafen – jednoatomární, čistě uhlíková vrstva s neuvěřitelnými vlastnostmi. Jeho tepelná vodivost je minimálně 12 krát vyšší než u mědi a asi 50 krát vyšší než u nových polyetylénových nanovláken. Na rozdíl od nich má i extrémně dobrou elektrickou vodivost.

 

To zajišťuje novému materiálu absolutní prvenství mezi polymerními umělými hmotami. Dosavadní pokusy kombinující různé polymery s jinými látkami, jako jsou například uhlíkové nanotrubičky, nebyly příliš úspěšné, protože na rozhraní obou materiálů dochází k rozptylu tepla a to brzdí jeho přenos. Možná se to i tak nezdá být ničím převratným, ale když k tomu připočteme, že si polyetylénová vlákna uchovávají své elektroizolační schopnosti, pak již jejich příští kariéra vypadá nadějněji. Navíc se jimi dá regulovat směr, kudy se má teplo odvádět, protože na rozdíl od kovů, kterými se šíří všemi směry, ony ho odvádějí jenom podélně.


Celé tajemství nových vlastností se samozřejmě ukrývá ve vnitřní stavbě a ta závisí od technologie výroby. Což ale není až tak složité – jde o dvojnásobné vytahování vláken. Vědci za tepla opatrně vytáhli z horkého rozpuštěného plastu rovnoběžná základní vlákna, která pak nahřáli a napínali, přičemž jejich vnitřní strukturu kontrolovali metodou mikroskopie atomárních sil.


Tahem dosáhli, že se molekulární polymerové řetězce uspořádaly rovnoběžně. Toto umravnění původního chaosu navzájem spletených vláken, typického pro běžný plast, 300 násobně zvýšilo schopnost v podélném směru přenášet teplo.

Zvětšit obrázek
Na horním obrázku jsou řetězce molekul polyetylenu chaoticky spletené tak jak bývají v běžném plastu. Vznikají prázdné prostory, které brzdí přenos tepla (znázorněné tmavými skvrnami). Čím víc jsou polymerní vlákna uspořádanější rovnoběžně vedle sebe, tím lépe vedou v podélném směru teplo. Kredit: Gang Chen

Podobá se to lidskému řetězci při hašení požáru pomocí věder. Nejefektivněji funguje, když všichni stojí v řadě v stejnoměrných rozestupech a otočeni jedním směrem. A když je takových řad více, nesmí se navzájem ledabyle křížit.


Je pochopitelné, že tvůrci nanovláken předpovídají svému polyetylenovému vynálezu skvělou budoucnost zejména v elektrotechnice, kde se mohou naplno uplatnit elektroizolační a teplovodivé vlastnosti zároveň. Materiál lze použít do teploty 80 oC, což je pro většinu použití postačující. Navíc je odolný vůči mnohým kyselinám i zásadám.


Ale… Ale zatím jsou to doslova jenom 50 až 500 nanometrů tenounká vlákna s délkou měřenou v milimetrech až v desítkách milimetrů. A tak, jak již to v případech zatím čistě laboratorních výzkumů bývá, vědci doufají, že se jim ho podaří dotáhnout k úspěšnému praktickému využití, v tomto případě, že dokážou vytvořit materiál se stejnými vlastnostmi, ale mnohem větších rozměrů a rozmanitějších tvarů.

 


Zdroje:  MIT news, Nature Nanotechnology

Datum: 08.03.2010 21:29
Tisk článku


Diskuze:

Prokop Hapala,2010-04-28 18:30:39

Odpovědět


orientovane polymery

Prokop Hapala,2010-04-28 18:38:18

Zajimave, lisi se tenhle polyethylen od krystalickych plastu ( jako ultra UHMWPE nebo Kevlar ) ktere se relativne bezne pripravuji? Zde jsou take vlakna zorientovane velmi dobre v jednom smeru?

Odpovědět

tak nám jich několik pošlete

Dagmar Gregorova,2010-03-10 08:49:41

ten grafen má asi 5x vyšší tepelnou vodivost než diamant, ale máte pravdu, v diamantu je jistota. A kdyby Vám nějaké ty zbytečně velké kousky přebývaly... koupili bychom Oslu novou ohlávku...
:)

Odpovědět

Zrovna jsem

Tomáš Bartoň,2010-03-10 08:05:29

chtěl ten diamant zmínit :-))

Odpovědět

Grafen

Barak Obava,2010-03-09 10:46:31

je sice skvělý, ale s jednoatomární vrstvou moc tepla neodvedete. Já bych teda sáhnul po diamantu ;-)

Odpovědět


Tento web používá k poskytování služeb, personalizaci reklam a analýze návštěvnosti soubory cookie. Používáním tohoto webu s tím souhlasíte. Další informace