Los polímeros se utilizan para desarrollar diversos materiales, como los plásticos, medias de nailon y gomas. En su forma más básica, están formados por muchas moléculas idénticas unidas repetidamente, como una cadena. La ingeniería de moléculas para que se unan de maneras específicas puede dictar las características del polímero resultante.

Usando este método, Sheng Shen, profesor asociado de ingeniería mecánica en la Universidad Carnegie Mellon, y su equipo de investigación creó un regulador térmico de polímero que puede transformarse rápidamente de conductor a aislante y viceversa. Cuando es un director el calor se transfiere rápidamente. Cuando es un aislante el calor se transfiere mucho más lentamente. Al cambiar entre los dos estados, el regulador térmico puede controlar su propia temperatura, así como la temperatura de su entorno, como un refrigerador o una computadora.

Para cambiar de conductividad alta a baja, la misma estructura del polímero tiene que cambiar. Esta transformación se activa únicamente con calor. El polímero comienza "con una estructura cristalina muy ordenada, ", Dijo Shen." Pero una vez que aumenta la temperatura de la fibra de polímero a alrededor de 340 Kelvin, entonces la estructura molecular cambia y se vuelve hexagonal ".

Los hallazgos fueron publicados en Avances de la ciencia en un artículo titulado "Regulador térmico de polímero reversible y de alto contraste por transición de fase estructural".

La transformación se produce porque el calor se dirige a los enlaces moleculares. "La unión de las moléculas se vuelve bastante débil, ", Dijo Shen." Para que los segmentos puedan girar ". Y una vez que los segmentos giran, la estructura se vuelve desordenada, reduciendo en gran medida su conductividad térmica. Este tipo de transición se conoce como transición sólido-sólido; aunque el polímero alcanza temperaturas cercanas a su punto de fusión, permanece sólido a través del proceso.

Al estudiar la transformación del polímero, Shen concentró sus datos en cómo cambió su conductividad. También recopiló datos sobre otras transiciones de fase para poder comparar las proporciones. "Cuando miras todos los materiales que tenemos en la Tierra, el cambio de conductividad es, a lo sumo, un factor de cuatro, "Shen dice." Aquí, ya hemos descubierto un nuevo material que puede tener un cambio de conductividad de alrededor de 10. "

Adicionalmente, el cambio estructural puede ocurrir rápidamente, dentro de un rango de 5 grados Kelvin. También es reversible, lo que permite que se encienda y apague como un interruptor. Puede soportar temperaturas mucho más altas que otros reguladores térmicos, permaneciendo estable hasta 560 grados Kelvin. Es difícil de romper para que pueda sobrevivir a muchas transiciones. Y dado que se basa en el calor, no utiliza tantas piezas móviles como los métodos de enfriamiento típicos, haciéndolo mucho más eficiente.

Si bien esta investigación se ha explorado teóricamente en el pasado, El trabajo de Shen es la primera vez que se muestra de forma experimental. Shen cree que el polímero tendrá aplicaciones en el mundo real. "Este control del flujo de calor a nanoescala abre nuevas posibilidades, como el desarrollo de dispositivos térmicos conmutables, refrigeración de estado sólido, captación de calor residual, circuitos térmicos y computación, "dijo Shen.

Este trabajo se basa en investigaciones previas en el laboratorio de Shen, donde su equipo desarrolló una nanofibra de polímero que era fuerte, ligero, térmicamente conductivo, eléctricamente aislante y biocompatible, todo con menos de 100 nanómetros de ancho.