Теплопроводность полимеров можно контролировать с помощью света

Теплопроводность полимеров можно контролировать с помощью света

Полимеры регулярно используются в качестве теплоизоляторов для всего - от сохранения тепла горячих напитков до охлаждения чувствительной электроники. В некоторых случаях полимеры могут даже использоваться в качестве теплопроводников для обеспечения эффективного нагрева или охлаждения.

В новом исследовании учёные из Иллинойсского университета (США) разработали и продемонстрировали новый тип полимера, который демонстрирует переключаемую теплопроводность, контролируемую светом. Материал способен распределять теплопроводность при необходимости и создавать новые, более разумные способы управления теплом.

Полимеры широко используются в инженерных системах, но эти материалы почти всегда считались термически статичными. Открытие полимеров, которые могут служить причиной возникновения быстрого переключения между теплопроводящим и изолирующим состояниями, откроет совершенно новые возможности в теплотехнике.

Материалы с такой переключаемой теплопроводностью позволят сохранить безопасные, надёжные и эффективные электрифицированные системы даже в экстремальных условиях.

Это открытие является ярким примером того, как свет можно использовать для контроля теплопроводности полимеров. Лучшее понимание физической взаимосвязи между теплопроводностью и макромолекулярным упорядочением также поможет расширить границы обычных полимеров.

Насколько известно, это первое наблюдение за вызываемым светом обратимым жидкокристаллическим переходом в каком-либо полимерном материале. Особенно примечательным открытием в этом исследовании является быстрое, обратимое трёхкратное изменение теплопроводности, связанное с фазовым переходом.

Термочувствительный полимер, разработанный исследовательской группой из Иллинойса, демонстрирует мощный контроль теплофизических свойств полимера в ответ на свет. Эта способность происходит от фоточувствительной молекулы азобензола, которая может быть оптически возбуждена ультрафиолетом (УФ) и видимым светом.

Освещая полимер ультрафиолетом и видимым светом, учёные смогли изменить форму азобензольной группы, модулировать прочность сцепления и обеспечить обратимый переход между кристаллом и жидкостью.

Чтобы зафиксировать теплопроводность переходов азобензольных полимеров при освещении светом, исследовательская группа из Иллинойса использовала методику, называемую методом временной зависимости термоотражения (TDTR), разработанную Дэвидом Кэхиллом, профессором MatSE в Иллинойсе.

Способ переноса тепла в полимере связан с диффузией нормальных колебаний (мод). В упорядоченных кристаллах эти колебательные моды распространяются гораздо дальше, чем в жидкостях. В результате экстремальное изменение молекулярного порядка полимера может существенно изменить теплопроводность.

Это экстремальное изменение макромолекулярного упорядочения, например, кристалла в жидкость, является редким по природе. Таким образом, раскрытие механизма инициируемого светом фазового перехода имело решающее значение для понимания уникального поведения полимера.

Учёные могли наблюдать, что при воздействии света этот материал быстро переключается из одного состояния в другое с резко различающимися свойствами теплопередачи. Они использовали основанное на синхротроне рассеяние рентгеновского излучения, чтобы выявить структуру, связанную с каждым состоянием во время преобразования, замкнув цикл этого сложного полимера.

Источник: polyprofi.ru