کنترل هدایت حرارتی پلیمر با نور

  • تاریخ انتشار : ۱۳۹۸/۰۱/۰۷

پلیمر به طور مرتب به عنوان عایق حرارتی برای نگه داشتن نوشیدنی ها به منظور نگهداشتن الکترونیک حساس خنک می شوند. در بعضی موارد، پلیمرها حتی می توانند به عنوان هدایت حرارتی برای گرم کردن یا خنک سازی کارآمد استفاده شوند.

در یک مطالعه جدید، محققان دانشگاه ایلینوی در Urbana-Champaign یک نوع جدید از پلیمر را طراحی کرده اند که نشان می دهد هدایت حرارتی قابل تنظیم توسط نور کنترل می شود. مواد دارای پتانسیل برای هدایت حرارتی بر روی تقاضا است و راه های جدید و دقیق تر برای مدیریت حرارت را فعال می کنند. پلیمرها به طور گسترده در سیستم های مهندسی مورد استفاده قرار می گیرند، اما این مواد تقریبا همیشه به لحاظ حرارتی موضعی در نظر گرفته شده اند. کشف پلیمرهایی که می تواند به صورت اپتیکی باعث سرعت تغییر بین حالت های گرما و رسانا شود، فرصت جدیدی را در مهندسی حرارتی ایجاد خواهد کرد. براون، استاد علوم و مهندسی مواد (MatSE) و مدیر آزمایشگاه تحقیقات مواد ایلینویز می گوید: “به نظر ما، این اولین مشاهدات انتقال مایعات کریستال و مایع برگشت پذیر به نور در هر ماده پلیمری است. به طور قابل توجهی در این مطالعه، تغییر سریع و برگشت پذیر در هدایت حرارتی مرتبط با فاز انتقال، توضیح Jungwoo Shin، Ph.D. در ایلینوی پلیمر سوئیچینگ حرارتی که توسط تیم تحقیقاتی ایلینوی توسعه یافته است، کنترل قدرتمندی از خواص ترموفیزیکی پلیمر در پاسخ به نور نشان می دهد. این توانایی از یک مولکول واکنش عکس، azobenzene، که می تواند از طریق نور ماوراء بنفش (UV) و نور مرئی جذب شود، آغاز می شود.

“ما یک پلیمر پیچیده را با استفاده از گروه های آسوبنزن واکنش نور واژگون ساختیم. با روشن شدن نور UV و نور، ما می توانیم شکل گروه آزوبنزن را تغییر داده و مدولاسیون پیوند بین زنجیری را ایجاد کنیم و یک انتقال برگشت پذیر بین کریستال و مایع را به وجود آوریم، تیم تحقیقاتی ایلینوی برای انتقال حرارتی پلیمرهای azobenzene تحت نور نور، از تکنیک به نام thermoreflectance time domain (TDTR) استفاده کرد که توسط دیوید کییل، استاد مؤسسه ایالت ایلینوی، توسعه یافت. “نحوه انتقال حرارت در پلیمر با انتشار حالت های ارتعاشی مرتبط است. در کریستال های منظم، این حالت های ارتعاشی بسیار بیشتر از آنچه در مایعات ناسازگار مشاهده می شود، حرکت می کند. در نتیجه، تغییرات شدید در مرتب سازی مولکولی پلیمر به طور قابل توجهی می تواند هدایت حرارتی را تغییر دهید، “دیوید کییل گفت این تغییرات شدید در نظم ماکرومولکولار، از جمله کریستال به مایع، طبیعت نادر است و قبلا برای هر سیستم پلیمری در پاسخ به نور گزارش نشده است. بدین ترتیب، تفکیک مکانیزم انتقال فاز موج نور باعث شد تا رفتار منحصر به فرد پلیمر را درک کند.

“ما می توانیم مشاهده کنیم که با قرار گرفتن در معرض نور، این ماده به سرعت تغییر می کند از یک حالت به حالت دیگر با ویژگی های انتقال حرارت کاملا متمایز. ما استفاده از پراکندگی اشعه ایکس مبتنی بر synchrotron برای توضیح ساختار مرتبط با هر حالت در طول تحول، بستن سنتز – حلقه تابع مشخصه برای این پلیمر پیچیده، افزود: استیلیا لیال، استاد مؤسسه ایالت ایلینوی “نگه داشتن یک دستگاه الکتریکی گرم به اندازه ی نگه داشتن آن بسیار مهم است. مواد با چنین هدایت حرارتی قابل تغییر می توانند راه هایی برای نگه داشتن سیستم های الکتریکی ایمن، قابل اعتماد و کارآمد باشند حتی در شرایط شدید.” اندرو الیین، مدیر بنیاد ملی علوم (NSF)، مرکز تحقیقات مهندسی برق برای بهینه سازی سیستم های الکترو گرمایشی (POETS) را حمایت کرد که این کار را پشتیبانی کرد و استاد علوم مکانیک و مهندسی در ایلینوی. “نانسی سوتوس، استاد مؤسسه ایالت ایلینوی، افزود:” توانایی به سرعت تغییر خواص حرارتی یک پلیمر با قرار گرفتن در معرض نور، راه های جدید هیجان انگیز را برای کنترل حمل و نقل حرارتی و تبدیل انرژی در سطح مولکولی باز می کند.