Por primera vez, El Prof. Dr. Markus Retsch y su grupo de investigación en la Universidad de Bayreuth han logrado controlar con precisión la conductividad térmica dependiente de la temperatura con la ayuda de materiales poliméricos. Estos materiales funcionales avanzados, inicialmente producidos para experimentos de laboratorio, ahora se han presentado en la revista. Avances de la ciencia . Los hallazgos son de gran relevancia para el desarrollo de nuevos conceptos de aislamiento térmico.

De alas de mariposa a nuevos materiales funcionales

Los materiales poliméricos que permiten controlar la conductividad térmica son los cristales fotónicos. A menudo dan mariposas escarabajos y otros insectos de colores deslumbrantes y se han investigado principalmente por sus efectos ópticos. Prof. Dr. Markus Retsch, Profesor Júnior de Lichtenberg de Sistemas de Polímeros, y su estudiante de doctorado Fabian Nutz (M.Sc.) han desarrollado cuatro métodos diferentes para controlar la transferencia de calor dependiente de la temperatura en tales cristales fotónicos.

Estos métodos aprovechan el hecho de que los nanomateriales poliméricos se vuelven más permeables al calor una vez que pierden su nanoestructura al cruzar un cierto umbral de temperatura. Es entonces cuando la conductividad térmica de los cristales fotónicos se dispara a un nivel que es dos o tres veces más alto que antes. Sobre esta base, Se pueden lograr efectos claramente definidos sobre la transferencia térmica mediante cambios en la nanoestructura de los cristales.

La formación de película aumenta la conductividad térmica

La investigación de los científicos en Bayreuth ha demostrado que la temperatura a la que la conductividad térmica salta a un nivel superior depende de manera crucial de la composición de las nanopartículas que forman los cristales fotónicos. Esta temperatura se puede ajustar con precisión incorporando un plastificante en la estructura del polímero. También se puede controlar con precisión si la conductividad térmica cambia dentro de un rango de temperatura amplio o estrecho cuando la temperatura aumenta:hacerlo solo requiere que las nanopartículas que sean de tamaño similar pero que difieran en cuanto al contenido de plastificante se mezclen por igual. Esto conduce a una pérdida gradual de la nanoestructura en un amplio rango de temperaturas. Como consecuencia, el aumento de la conductividad térmica también abarca un rango de temperatura más amplio.

Además, mediante el uso de una estructura en capas, los investigadores también lograron transformar el aumento continuo en un aumento de conductividad de varios niveles. Ajustando el grosor de las capas de cristal individuales, también se puede influir con precisión en el nivel de conductividad que se alcanza en el nivel respectivo.

Potencial de la tecnología energética y la gestión térmica

"Estos resultados de la investigación demuestran que, en principio, es posible regular la conductividad térmica en materiales nanoestructurados con un alto grado de precisión. Sin embargo, El desarrollo de materiales que permitan controlar con precisión la transferencia térmica es solo el comienzo. Nuestros hallazgos hasta la fecha son muy alentadores y han revelado conceptos interesantes para construir materiales aislantes más eficientes desde el punto de vista energético. A largo plazo, estos conceptos podrían ser valiosos para el desarrollo de transistores térmicos o diodos, "Explicó el profesor Retsch.

Él hizo, sin embargo, Apuntan a un obstáculo que aún debe superarse:el aumento de la conductividad térmica, según lo regulado en los cuatro métodos desarrollados por el equipo, es irreversible. Esto significa que la conductividad permanece al nivel que se alcanza incluso cuando la temperatura desciende nuevamente. "La construcción de nanosistemas que permitan el control reversible de la transferencia térmica es una tarea difícil, pero emocionante y central para futuras investigaciones en este campo, ", dijo el profesor Retsch.