espuma de poliestireno o cobre: ambos materiales tienen propiedades muy diferentes con respecto a su capacidad para conducir el calor. Los científicos del Instituto Max Planck para la Investigación de Polímeros MPI-P en Mainz y la Universidad de Bayreuth ahora han desarrollado y caracterizado conjuntamenteMaterial nuevo, extremadamente delgado y transparente que tiene diferentes propiedades de conducción térmica dependiendo de la dirección. Si bien puede conducir el calor extremadamente bien en una dirección, muestra un buen aislamiento térmico en la otra dirección.
El aislamiento térmico y la conducción térmica juegan un papel crucial en nuestra vida cotidiana, desde procesadores de computadora, donde es importante disipar el calor lo más rápido posible, hasta casas, donde un buen aislamiento es esencial para los costos de energía. A menudo extremadamente liviano, porosomateriales como el poliestireno se usan para aislar, mientras que materiales pesados como los metales se usan para disipar el calor. Un material recientemente desarrollado, que los científicos del MPI-P han desarrollado y caracterizado conjuntamente con la Universidad de Bayreuth, ahora puede combinar ambas propiedades.
El material consiste en capas alternas de placas de vidrio delgadas como obleas entre las cuales se insertan cadenas de polímeros individuales. "En principio, nuestro material producido de esta manera corresponde al principio de doble acristalamiento", dice Markus Retsch, profesor de la Universidad deBayreuth: "Solo muestra la diferencia de que no solo tenemos dos capas, sino cientos".
Se observa un buen aislamiento térmico perpendicular a las capas. En términos microscópicos, el calor es un movimiento u oscilación de moléculas individuales en el material que se transfiere a las moléculas vecinas. Al construir muchas capas una encima de la otra, esta transferencia se reduce: Cada nueva capa límite bloquea parte de la transferencia de calor. Por el contrario, el calor dentro de una capa se puede conducir bien, no hay interfaces que bloqueen el flujo de calor. En general, la transferencia de calor dentro de una capa es 40 veces mayor queperpendicular a ella.
La conductividad térmica a lo largo de las capas es comparable a la conductividad térmica de la pasta térmica, que se utiliza, entre otras cosas, para aplicar disipadores de calor a procesadores de computadora. Para materiales eléctricamente aislantes basados en polímero / vidrio, este valor es excepcionalmente alto -- supera el de los plásticos disponibles comercialmente en un factor de seis.
Para que el material funcione eficientemente y también sea transparente, las capas debían producirse con una precisión muy alta; cualquier falta de homogeneidad perturbaría la transparencia de manera similar a un rasguño en una pieza de plexiglás. Cada capa mide solo una millonésima parte de un milímetroalto, es decir, un nanómetro. Para investigar la homogeneidad de la secuencia de capas, el material se caracterizó en el grupo de Josef Breu, profesor de química inorgánica de la Universidad de Bayreuth.
"Utilizamos rayos X para iluminar el material", dice Breu. "Al superponer estos rayos, que se reflejan en las capas individuales, pudimos demostrar que las capas se pueden producir con mucha precisión".
El Prof. Fytas, miembro del departamento del Prof. Hans-Jürgen Butt, pudo responder a la pregunta de por qué esta estructura en forma de capa tiene propiedades tan extraordinariamente diferentes a lo largo o perpendiculares a las placas de vidrio individuales.basado en la medición, su grupo pudo caracterizar la propagación de ondas sonoras, que es como el calor también relacionado con el movimiento de las moléculas del material. "Este material estructurado pero transparente es excelente para comprender cómo se propaga el sonido en diferentes direcciones", dice Fytas.Las diferentes velocidades del sonido permiten sacar conclusiones directas sobre las propiedades mecánicas dependientes de la dirección, que no son accesibles con ningún otro método.
En su trabajo posterior, los investigadores esperan obtener una mejor comprensión de cómo la estructura de la placa de vidrio y la composición del polímero pueden influir en la propagación del sonido y el calor. Los investigadores ven una posible aplicación en el campo de la luz de alto rendimiento- diodos emisores, en los que la capa de polímero de vidrio sirve, por un lado, como una encapsulación transparente y, por otro lado, puede disipar el calor liberado lateralmente.
Fuente de la historia :
Materiales proporcionado por Universität Bayreuth . Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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