Plastik jak metal

Naukowcy z MIT stworzyli tworzywo sztuczne, które przewodzi ciepło nie topiąc się.

Tworzywa sztuczne są wszechobecne w 20 wieku. Były istotnym tematem badań przemysłowych i akademickich i doczekały się niezliczonych zastosowań. Plastik ceniony jest za różnorodność właściwości mechanicznych. Niestety, jest także dobrym izolatorem zarówno ciepła jak i elektryczności, co ogranicza możliwości jego wykorzystania. Teraz naukowcom udało się pokonać te niedogodności.

Badania przeprowadzone w Pappalardo Micro and Nano Engineering Laboratories w Massachusetts Institute of Technology pozwoliły opracować nową technikę, w której łańcuchy polimerowe z polietylenu układane są w szeregu i wyrównywane. W wyniku takiego procesu powstają materiały, które cechuje wysoka pojemność cieplna i wysoki opór elektryczny.

Do przeprowadzenia operacji wyrównywania cząsteczek naukowcy wykorzystali mikroskop sił atomowych (ang. atomic force microscope, AFM). Poprzez delikatne przesuwanie włókien polimerowych w roztworze polietylenu zmieniono fizyczną charakterystykę całej substancji. Nowa, włóknista forma polietylenu przewodzi ciepło wzdłuż łańcuchów polimerowych tak dobrze, że wiele czystych metali, w tym żelazo i platyna, nie może pochwalić się takimi właściwościami.
 
Nowo powstała forma tworzywa sztucznego jest około 300 razy bardziej przewodząca termicznie niż normalny polietylen. Tak zaskakująca zdolność do transferu ciepła może znaleźć zastosowanie w niemal każdej technologii, która bazuje obecnie na metalu jako medium wymiany ciepła.

Doświadczenia specjalistów z MIT nie są pierwszą próbą stworzenia plastiku przewodzącego ciepło. Wcześniej zamiast przekształcania wewnętrznej struktury tworzywa stosowano dodatkowe zewnętrzne warstwy, nie dawało to jednak znacznego wzrostu przewodnictwa. Przeszkodą był wysoki opór termiczny na styku zasadniczego tworzywa sztucznego i dodatkowej warstwy.

Nie wiadomo, czy możliwe będzie produkowanie nowatorskiego polimeru na dużą skalę. Do tej pory naukowcom udało się wytworzyć tylko pojedyncze super-przewodzące włókna, ale mają oni nadzieję, że w najbliższej przyszłości opracowana zostanie metoda produkcji całych arkuszy nowego materiału.


Przemysław Goławski, źr. Nature Nanotechnology