El manejo térmico eficaz en aplicaciones tales como baterías, sistemas de enfriamiento de automóviles y dispositivos electrónicos de alta densidad de potencia, donde la acumulación de calor puede tener efectos nefastos, es de importancia crítica asegurar el rendimiento, la confiabilidad del sistema y mejorar la vida útil.
Un equipo de científicos de la Universidad de Michigan, especializados en ciencia de materiales e ingeniería mecánica, desarrollaron una nueva técnica que puede cambiar la estructura molecular del plástico para ayudar a disipar el calor, lo cual es un paso prometedor.
Los autores señalan que los resultados obtenidos de la técnica, puede tener consecuencias importantes debido al gran número de aplicaciones de polímeros en las que la temperatura es importante.
El concepto puede ser adaptado a una variedad de plásticos. En las pruebas preliminares, un polímero tan térmicamente conductor como el vidrio, presentó ser seis veces mejor en la disipación de calor, que el mismo polímero sin el tratamiento.
El profesor de ingeniería y materiales de la UM, Jinsang Kim, señala: “Los plásticos están reemplazando metales y cerámicas en muchos lugares, pero son tan pobres conductores de calor, que nadie los considera para aplicaciones que requieran que el calor se disipe de manera eficiente”.
El proceso propuesto representa una gran diferencia con los enfoques anteriores, los cuales se han centrado en la adición de rellenos metálicos o cerámicos a los plásticos. Esto ha tenido un éxito limitado. Pero la nueva técnica utiliza un proceso que refina la estructura del propio material.
Los plásticos están hechos de largas cadenas de moléculas que están fuertemente enrolladas y enredadas. A medida que el calor viaja a través del material, debe viajar a lo largo y entre estas cadenas, un viaje arduo y rotundo que impide su progreso.
El equipo de investigadores utilizó un proceso químico para expandir y enderezar las cadenas de las moléculas. Esto dio a la energía térmica una ruta más directa para transitar a través del material. Para lograrlo, primero disolvieron el polímero en agua, luego añadieron electrolitos a la solución para elevar su pH, haciéndolo alcalino.
Los eslabones individuales en la cadena del polímero, llamados monómeros, tienen una carga negativa, lo que hace que se repelan entre sí. A medida que se separan, despliegan las bobinas apretadas de la cadena. Finalmente, el agua y la solución de polímero se rocían sobre placas usando un proceso industrial común llamado centrifugado, que lo reconstituye en una película de plástico sólido.
El equipo ahora está buscando hacer compuestos que combinen la nueva técnica con varias otras estrategias de disipación de calor para aumentar aún más la conductividad térmica, bajo la premisa de que incluso las más pequeñas mejoras en las conductividades térmicas de los polímeros, podrían tener un gran impacto tecnológico.