Forskare visar nya koncept för värmehantering

2011 the telematics future of Mercedes-Benz in the F 125! research vehicle (Maj 2019).

Anonim

För första gången har professor Markus Retsch och hans forskningsgrupp vid University of Bayreuth lyckats exakt styra temperaturberoende värmeledningsförmåga med hjälp av polymermaterial. Dessa avancerade funktionella material - som ursprungligen producerats för laboratorieexperiment - har nu presenterats i journal Science Advances. Resultaten är av stor betydelse för utvecklingen av nya koncept för värmeisolering.

Från fjärilvingar till nya funktionella material

De polymermaterial som tillåter värmeledningsförmåga att styras är fotoniska kristaller. De ger ofta fjärilar, skalbaggar och andra insekter bländande färger och har främst undersökts på grund av deras optiska effekter. Prof. Dr. Markus Retsch, Lichtenberg Junior Professor i Polymer Systems och doktorand Fabian Nutz (M.Sc.) har utvecklat fyra olika metoder för att styra temperaturberoende värmeöverföring i sådana fotoniska kristaller.

Dessa metoder utnyttjar det faktum att polymernanomaterial blir mer värmegenomsläppliga när de förlorar sin nanostruktur genom att korsa en viss temperaturgräns. Det är då de termiska kristallernas värmeledningsförmåga skyrockets till en nivå som är två eller tre gånger så hög som tidigare. På grundval av detta kan klart definierade effekter på termisk överföring uppnås genom förändringar i kristallernas nanostruktur.

Filmbildning ökar värmeledningsförmågan

Forskningen från forskarna i Bayreuth har visat att temperaturen vid vilken termisk ledningsförmåga hoppar till en högre nivå beror väsentligt på sammansättningen av nanopartiklarna som utgör de fotoniska kristallerna. Denna temperatur kan justeras exakt genom att inkorporera en mjukgörare i polymerstrukturen. Huruvida värmeledningsförmåga förändras inom ett brett eller snävt temperaturområde när temperaturen stiger kan också exakt kontrolleras: det krävs bara nanopartiklar som är lika stora men som skiljer sig åt för mjukningsmedelhalten att vara lika blandade. Detta leder till en gradvis förlust av nanostrukturen över ett brett temperaturintervall. Följaktligen sträcker sig ökningen av termisk ledningsförmåga också ett större temperaturområde.

Dessutom lyckades forskarna genom att använda en skiktad struktur omvandla den kontinuerliga ökningen till en ökad ledningsförmåga på flera nivåer. Genom att justera tjockleken hos enskilda kristallager kan man också exakt påverka den konduktivitetsnivå som uppnås på respektive nivå.

Potential för energiteknik och termisk hantering

"Dessa forskningsresultat visar att det i princip är möjligt att reglera värmeledningsförmågan i nanostrukturerat material med en hög grad av precision. Utveckling av material som möjliggör en noggrann kontroll över termisk överföring är dock bara början. Våra resultat hittills är mycket uppmuntrande och har avslöjat intressanta koncept för att bygga mer energieffektiva isoleringsmaterial. På lång sikt kan dessa begrepp vara värdefulla för utvecklingen av termiska transistorer eller dioder ", förklarade Retsch.

Han pekade dock på ett hinder som fortfarande måste övervinnas: ökningen av värmeledningsförmågan - som regleras i de fyra metoder som teamet utvecklar - är oåterkallelig. Detta betyder att ledningsförmågan kvarstår på den nivå som nås även när temperaturen sjunker igen. "Konstruktion av nanosystem som möjliggör att termisk överföring är reversibelt styrd är en svår, men spännande och central uppgift för fortsatt forskning på detta område", säger prof Retsch.

menu
menu