Российские исследователи разработали дешевую технологию синтеза хорошо проводящих тепло полимерных композитов. В качестве сырья ученые использовали синтетические каучуки и карбид кремния. Статью с результатами исследования опубликовал научный журнал Polymers, кратко об этом пишет пресс-служба НИТУ «МИСиС».
«Получившийся после термообработки материал выдерживает температуры до 300 °С, хорошо отводит тепло и при этом почти не проводит ток. То есть его можно использовать в системах отвода тепла от различных электронных устройств», – прокомментировал один из авторов работы, старший научный сотрудник НИТУ «МИСиС» Андрей Степашкин.
Одна из главных проблем многих современных электронных чипов и устройств состоит в том, что они перегреваются при высоких нагрузках. Чтобы избавиться от этой проблемы, конструкторы подобных микросхем и устройств используют охлаждающие системы, то есть радиаторы, вентиляторы, пасты и клейкие составы, которые ускоряют передачу тепла.
Как правило, для изготовления элементов подобных систем охлаждения используются хорошо проводящие тепло металлы, такие как медь и алюминий. Это, однако, далеко не всегда возможно из-за того, что металлы проводят ток, отличаются высокой плотностью и плохо сопротивляются коррозии. Поэтому физики, химики и материаловеды уже много лет пытаются создать изолирующие полимерные материалы, которые могут хорошо проводить тепло и лишенные подобных недостатков.
Безотходная и дешевая технология
Степашкин и его коллеги из НИТУ «МИСиС» и Института электрофизики Уральского отделения РАН сделали большой шаг к решению этой проблемы. Они придумали, как можно синтезировать подобный полимерный композитный материал, который отличается высокой теплопроводностью и низкой стоимостью производства.
Его структура представляет собой трехмерную решетку из нитей синтетического каучука, между которыми находятся частицы карбида кремния – соединения хорошо проводящих тепло углерода и кремния. Подобные материалы создавались и раньше, однако преимущество российской разработки состоит в том, что производство нового материала почти в десять раз девшевле, а его теплопроводящие характеристики – лучше, чем у уже существующих аналогов.
Чтобы получить подобный композит, достаточно смешать карбид кремния и каучук и пропустить их через вальцы, который движутся с особо подобранной скоростью и направлением вращения. В результате частицы первого вещества окажутся внутри полимера и равномерно распределятся внутри него, поэтому в матрицу из синтетического каучука можно вводить очень много карбида кремния. Получившуюся смесь вулканизируют и насыщают углеродом при низких температурах. Благодаря этому материал приобретает нужную форму и механические характеристики.
«При такой технологии образуется очень мало отходов – эластомерная масса не только однородна, но и по своему поведению подобна пластилину или глине. Все остатки после раскроя заготовок можно тут же использовать повторно», – пояснил Степашкин.
По его словам, аналогичным образом можно производить и другие полимерные композиты, используя иные типы наполнителей, в том числе углеволокно или нитрид бора. Это значительно расширит их применение на практике, заключают ученые.
