Las últimas décadas han sido testigos de un tremendo avance en la tecnología electrónica, con el desarrollo de dispositivos más delgados, livianos, flexibles y robustos. Sin embargo, a medida que los dispositivos se vuelven más delgados, también lo hace el espacio para acomodar los componentes de trabajo internos. Esto ha creado un problema de disipación de calor inadecuada en dispositivos de película delgada, ya que los materiales de disipación de calor convencionales son voluminosos y no se pueden integrar en ellos. Por lo tanto, existe la necesidad de materiales de difusión térmica que sean delgados y flexibles y que puedan implementarse en dispositivos de película delgada para una disipación de calor eficiente.

Actualmente, varios materiales de sustrato pueden actuar como difusores de calor como películas delgadas, pero la mayoría difunde el calor en la dirección del plano isotrópicamente. Esto, a su vez, podría crear una interferencia térmica con los componentes vecinos de un dispositivo.

"Para un sustrato en el que se montan múltiples dispositivos en alta densidad, es necesario controlar la dirección de la difusión térmica y encontrar una ruta de eliminación de calor efectiva mientras se aísla térmicamente entre los dispositivos. El desarrollo de películas de sustrato con alta anisotropía en el plano la conductividad térmica es, por lo tanto, un objetivo importante", explica el Profesor Asociado Junior Kojiro Uetani de la Universidad de Ciencias de Tokio (TUS) en Japón, quien investiga materiales avanzados para la conductividad térmica y anteriormente perteneció a SANKEN (Instituto de Investigación Científica e Industrial), Universidad de Osaka.

En un estudio reciente publicado en ACS Applied Materials &Interfaces , el Dr. Uetani y su equipo, integrado por el Profesor Asistente Shota Tsuneyasu del Instituto Nacional de Tecnología, Oita College, y el Prof. Toshifumi Satoh de la Universidad Politécnica de Tokio, ambos en Japón, informaron sobre una película nanocompuesta recientemente desarrollada hecha de nanofibras de celulosa y fibra de carbono. rellenos que demostraron una excelente conductividad térmica anisotrópica en el plano.

Se han propuesto muchos compuestos poliméricos con rellenos termoconductores para mejorar la conductividad térmica. Sin embargo, hay pocos informes sobre materiales con partículas o rellenos en forma de placa que muestren anisotropía de conductividad térmica, lo cual es importante para evitar la interferencia térmica entre dispositivos adyacentes. Los rellenos fibrosos como las fibras de carbono (CF), por otro lado, pueden proporcionar anisotropía en el plano en materiales bidimensionales debido a su anisotropía estructural.

También es importante seleccionar una matriz con alta conductividad térmica. Se ha informado que las nanofibras de celulosa (CNF) extraídas del manto de las ascidias exhiben una conductividad térmica más alta (alrededor de 2,5 W/mK) que los polímeros convencionales, lo que las hace adecuadas para su uso como material disipador de calor. Como lo indica la capacidad de escribir con un lápiz sobre papel, la celulosa tiene una gran afinidad por los materiales de carbono y es fácil de combinar con los rellenos CF. Por ejemplo, el CF hidrofóbico no puede dispersarse en agua por sí mismo, pero en presencia de CNF, se dispersa fácilmente en agua. En consecuencia, el equipo eligió como matriz los CNF derivados de la ascidia (ascidias marinas) de base biológica.

Para la síntesis de materiales, el equipo preparó una suspensión acuosa de CF y CNF y luego utilizó una técnica llamada modelado 3D líquido. El proceso dio como resultado un nanocompuesto que consiste en una matriz de celulosa con fibras de carbono alineadas uniaxialmente. Para probar la conductividad térmica de las películas, el equipo utilizó el método de termometría de radiación de calentamiento periódico de punto láser.

Descubrieron que el material mostraba una alta anisotropía de conductividad térmica en el plano del 433 % junto con una conductividad de 7,8 W/mK en la dirección alineada y de 1,8 W/mK en la dirección ortogonal en el plano. También instalaron un dispositivo electroluminiscente (EL) de polvo en una película CF/CNF para demostrar la disipación de calor efectiva. Además, la película de nanocompuesto podría enfriar dos pseudo fuentes de calor cercanas sin ninguna interferencia térmica.

Aparte de las excelentes propiedades térmicas, otra gran ventaja de las películas CF/CNF es su reciclabilidad. Los investigadores pudieron extraer los CF quemando la matriz de celulosa, lo que permitió su reutilización. En general, estos hallazgos no solo pueden actuar como un marco para diseñar películas 2D con patrones novedosos de disipación de calor, sino que también fomentan la sostenibilidad en el proceso. "Los desechos que generamos los humanos tienen un gran impacto ambiental. Los rellenos de transferencia de calor, en particular, a menudo son materiales especializados y costosos. Como resultado, queríamos crear un material que no se desperdicie después de su uso, pero que pueda recuperarse y reutilizado para otras aplicaciones", concluye el Dr. Uetani. + Explora más

Película de poliimida termoconductora:una mejor manera de disipar el calor en dispositivos electrónicos