Przewodnik z polietylenu
Większość polimerów to dobre izolatory zarówno dla energii elektrycznej, jak i cieplnej. Naukowcom z MIT-u (Massachusetts Institute of Technology) udało się tak zmienić polietylen - najpopularniejszy z polimerów - że zaczął przewodzić ciepło lepiej niż wiele metali. Pozostał przy tym izolatorem dla elektryczności.
Bardzo ciekawą właściwością nowego polietylenu jest fakt, iż przewodzi on ciepło tylko w jednym kierunku. Dzięki temu możne znaleźć zastosowanie tam, gdzie potrzebne jest efektywne odprowadzanie energii cieplnej, czyli np. w urządzeniach chłodzących podzespoły komputerowe.
Kluczem do sukcesu było ułożenie molekuł polimeru w jednej linii. Zwykle tworzą one chaotyczną splątaną warstwę. Dokonano tego dzięki powolnemu wyciąganiu włókna polietylenowego z roztworu za pomocą końcówki mikroskopu sił atomowych. Posłużyła on jednocześnie do sprawdzenia właściwości włókna.
Badania wykazały, że tak produkowane włókno przewodzi ciepło aż 300-krotnie lepiej od zwykłego polietylenu. Przewyższa pod tym względem połowę metali, w tym żelazo czy platynę. Profesor Gang Chen, szef zespołu badawczego zapewnia, że po udoskonaleniu techniki uda się uzyskać jeszcze lepsze właściwości.
Nowy polimer przyda się wszędzie tam, gdzie potrzebujemy dobrego jednokierunkowego przewodnictwa cieplnego. Jeśli dodamy do tego, że polietylen niewiele waży, jest dobrym izolatorem elektrycznym oraz wykazuje stabilne właściwości chemiczne, to pole jego zastosowań znacznie się zwiększy.
Wszystko zależy oczywiście od tego, czy uda się opracować tanie techniki masowej produkcji nowego materiału.
Komentarze (14)
mymy, 11 marca 2010, 19:56
oby! więc pozostaje tylko czekać aż waga laptopów spadnie. Ba, technologia może zostanie wykorzystana w elektrowniach jądrowych, kto wie...
Tolo, 12 marca 2010, 11:54
Nie wyobrażam sobie masowej produkcji tego poprzez powolne wyciąganie z roztworu przy pomocy końcówki mikroskopu sił atomowych. W ogóle nie wyobrażam sobie masowej pordukcji czegoś co powstało w ten sposób.
lucky_one, 12 marca 2010, 14:47
Na papierze wygląda fajnie, ale czy koszt takiego włókna nie jest wyższy niż wspomnianej stali, czy na przykład miedzi i glinu, stosowanych masowo w radiatorach? Albo ogniwa Peltiere'a, jeśli komuś zależy na jednokierunkowym przepływie ciepła.
Przyznaję, że ten jednokierunkowy przepływ to spora zaleta - dzięki temu można zastosować radiator o mniejszej objętości, ponieważ ciepło nie będzie zawracać.
Przy czym, istotną wadą polimeru (oprócz ceny) może być niska odporność temperaturowa - niektóre radiatory muszą pracować w tepmperaturach 80-120*C. Choć fakt, że z reguły temperatura wynosi 45-60*C. Tym niemniej, na przykład w razie awarii zasilacza, gdy zacząłby on podawać zbyt wysokie napięcie, nie chciałbym żeby np oprócz procesora rozpuszczony radiator zalał mi pół płyty głównej wraz z podzespołami.. Na radiatorze metalowym mogę w tej kwestii polegać aż do temperatur znacznie przekraczających wartość możliwą do uzyskania w takiej sytuacji..
Ale ogółem pomysł bardzo dobry - w końcu nie musi to być tylko chłodzenie elektroniki. Może by zastosować TCPE/HCPE (moje pomysły skrótu - Thermal Conductive Polyethylene, Heat Channeling Polyethylene) na przykład do izolacji termicznej, 'ciepłowodów' albo wymienników ciepła?
Jurgi, 14 marca 2010, 10:12
Po namyśle moje uznanie dla tego wynalazku wzrosło: toż to niemal demon Maxwella!
Problemy produkcyjne można rozwiązać, koszty obniżyć, wreszcie wypracować podobne rozwiązanie na innej bazie — grunt, że pokazano iż to jest możliwe.
I też bym widział to szybciej w roli genialnej izolacji termicznej, ciepłowodów, wymienników — to może być genialny sposób na obniżenie wielu kosztów, zużycia energii itp.
Zważywszy, że komputery to w coraz większym stopniu sprzęt jednorazowy, ten mankament raczej nie przeszkodzi w upowszechnianiu się tego rozwiązania. Oczywiście overclockerzy będą pewnie i tak woleli po staremu.
Możliwe też pewnie będą rozwiązania hybrydowe. Przebąkuje się też o odzyskiwaniu energii elektr. z ciepła — wyobraźcie sobie, że na takim plastikowym radiatorze mamy wentylator zasilany generowanym ciepłem: nie potrzebuje zewnętrznego zasilania, a im jest goręcej, tym szybciej się kręci. Pomarzyć można.
Można by też skonstruować to w ten sposób, że ciepło byłoby odprowadzane na obudowę i oddawane całą jej powierzchnią… Pieśń przyszłości, ale za kilkanaście (lub -dziesiąt) lat możemy coś takiego zobaczyć.
thibris, 27 marca 2010, 08:23
Aż dziw że nikt nie pomyślał o wytworzeniu z tego materiałów na ubiór. Taka kurtka na pustynię, która oddawałaby ciepło ciała na zewnątrz nic nie robiąc sobie z ogólnej spiekoty na zewnątrz. Dla mnie bomba
mikroos, 27 marca 2010, 08:38
Wydaje mi się, że to nie do końca tak działa. Mogę się mylić, ale pod hasłem "jednokierunkowy" mogli mieć na myśli np. przewodzenie ciepła tylko wzdłuż włókien, a nie poprzecznie. Tak mi się przynajmniej wydaje, bo z opisu nie wynika, żeby te włókna wykazywały asymetrię w osi poprzecznej do kierunku ułożenia włókien. A skoro nie ma asymetrii, to nie ma podstaw sądzić, by przewodzenie zachodziło tylko "w jednym zwrocie", a nie tylko w obu zwrotach jednego kierunku (niezgrabnie to opisałem, ale może ktoś zrozumie ).
Jest jeszcze drugi powód dla moich podejrzeń i jest nim zjawisko dyfuzji oraz zasada zachowania energii, które generalnie sprzyja wyrównywaniu się temperatur, a nie pogłębianiu różnic pomiędzy nimi. Gdyby to było takie proste, lodowki mogłyby się napędzać z ciepła otoczenia i schładzać coraz bardziej...
Także o ile wynalazek jest niesamowicie ciekawy, o tyle obawiam się, że opis (także ten dostarczony przez MIT naukowcom) może być nieco mylący.
lucky_one, 27 marca 2010, 17:25
Bardzo słuszna uwaga mikroosie Rzeczywiście może być, że trochę zagalopowaliśmy się z postrzeganiem tego przepływu ciepła
Jurgi, 30 marca 2010, 17:00
No coś mi się wydaje, że Mikroos ma rację, nie bez powodu z marszu przyszedł mi do głowy Demon Maxwella.
Mariusz Błoński, 30 marca 2010, 17:51
Słuszne zastrzeżenia, ale w informacji prasowej MIT wyraźnie piszą o "jedym kierunku" i jako przykład zastosowań podają to, że ciepło można OD układu scalonego skierować.
Alibo człowiek z biura prasowego nie do końca napisał prawdę, albo rzeczywiście tylko jeden kierunek (znaczy zwrot wektora) wchodzi w grę, albo możliwe jest uzupełnienie tego czymś, co uniemożliwi powrót ciepła.
mikroos, 30 marca 2010, 19:33
Jest to tak samo wiarygodne, jak stwierdzenie, że powietrze jest takim wyjątkowym ośrodkiem, bo zawsze bedzie wyciągało ciepło od gorącego grzejnika do środka pokoju
Jurgi, 30 marca 2010, 22:52
W takim razie to nie byłoby „wyciąganie” (bo to już by był nasz demon…), ale może po prostu materiał w jedną stronę przewodzi, a w drugą jest izolatorem. To by chyba nie naruszało praw fizyki.
lucky_one, 31 marca 2010, 11:21
hmm... w pewnym sensie właśnie by naruszało. Bo słusznie ktoś wcześniej napisał, że natura dąży do minimum energii. A minimum energii jest gdy wszystko jest jednolicie wymieszane - w tym wypadku gdy wszystko ma jedną średnią temperaturę.
Przepływ jednokierunkowy powoduje wytworzenie pewnego potencjału energetycznego - tak jak przy ładowaniu akumulatora - zamiast wszędzie być jednakowa ilość ładunku, to na jednym biegunie jest jego niedobór (+) a na drugim nadmiar (-). Taki stan jest niestabilny - ładunek chce płynąć od - do + i robi to gdy tylko się obwód zamknie (a przy wystarczająco dużej różnicy ładunków, czyli napięciu, następuje spontaniczna iskra - przemieszczenie ładunku bez udziału dodatkowego przewodnika, czyli przebicie izolatora jakim jest np powietrze).
Zatem w naszym przypadku też było by to swoiste 'wytwarzanie' energii - można by w pasywny sposób zmagazynować gdzieś ciepło, a potem użyć je w drodze powrotnej do napędzania jakiejś aparatury.. Powstawałoby coś w rodzaju perpetuum mobile.
Ale z drugiej strony - dioda zezwala na przepływ prądu tylko w jednym kierunku.. Może w odniesieniu do ciepła też da się coś takiego skonstruować? Przy czym, dioda nie wymusza przepływu - po prostu działa jak bramka w jedną stronę. Czyli 'dioda cieplna' działałaby tak, że ciepło przepływałoby do momentu aż temp. przed diodą = temp. za diodą. I nic więcej - gdyby temp. przed diodą była niższa, to po prostu ciepło by nie zawracało zza diody - nie było by takiej sytuacji że ciepło sprzed diody było by wysysane i przetłaczane za nią, wbrew równowadze termicznej.
Jurgi, 31 marca 2010, 11:43
Tak, właśnie działanie analogiczne do diody miałem na myśli. Albo do zaworu jednokierunkowego; do wytworzenia różnicy potencjału trzeba użyć energii, więc nie jest tak, że brałaby się ona znikąd. Zapewne też taka cieplna dioda nie miałaby stuprocentowej skuteczności, bo to pewnie nieosiągalne.
thibris, 31 marca 2010, 13:44
Napędzanie tej aparatury pochłaniałoby energię, więc chyba jednak nie perpetuum mobile, ewentualnie znów palnąłem jakąś bzdurę i wychodzi absencja na kilku lekcjach w podstawówce