MIT 획기적인 폴리머, 과열을 방지하여 더 안전한 휴대폰 및 노트북을 약속합니다

• MIT 엔지니어들은 열을 효율적으로 전도하는 폴리티오펜이라는 폴리머를 개발했습니다. 
• 유연하고 가벼우며 기존 폴리머보다 전도성이 10배 더 높습니다.
• 실리콘 웨이퍼 및 다양한 전자 기기에 직접 코팅할 수 있습니다. 

여러분은 이미 플라스틱이 완벽한 절연체라는 것을 알고 있습니다. 플라스틱은 열을 효과적으로 가둘 수 있습니다. 이 속성은 커피 컵 슬리브와 같은 다양한 용도에 매우 유용하지만 휴대폰이나 노트북의 플라스틱 케이스와 같은 전자 장치의 경우 열을 가두어 장치를 더욱 뜨거워지게 만듭니다.

이제 MIT 엔지니어들은 플라스틱 절연체를 열 전도체로 바꾸는 기술을 개발했습니다. 즉, 새로운 소재는 열을 단열하기보다는 방산시킵니다. 새로운 폴리머는 유연하고 가벼우며 기존 폴리머보다 전도성이 10배 더 높습니다.

새로운 소재는 태양전지, 웨어러블 바이오센서, 플렉서블 디스플레이 등 전자소자의 개발을 더욱 쉽게 만들어줄 것이다. 열적, 전기적 절연성을 지닌 기존 폴리머와 달리 열을 효율적으로 전도하고 제거합니다.

MIT 엔지니어들은 이 소재가 유기 전자공학, 광전자공학, 자체 냉각 대안을 포함한 복잡한 열 관리 응용 분야에도 사용될 수 있다고 믿습니다.

어떻게 만들어지나요?

기존 폴리머

폴리머는 여러 개의 반복된 하위 단위(끝에서 끝까지 연결된 모노머)로 구성된 큰 분자입니다. 지금까지 고분자 개발은 강한 분자간 상호작용(고분자 사슬 간 광자 전달)이나 강한 분자내 상호작용(고분자 사슬을 따라 광자 전달)으로 인해 제한되어 왔습니다.

이제 엔지니어들은 두 가지 상호 작용을 동시에 달성하려고 노력했습니다. 그들은 열이 폴리머 사슬 사이와 폴리머 사슬을 따라 전달될 수 있는 기술을 생각해냈습니다. 그들은 열 전도성이 높은 폴리티오펜 또는 폴리(3-헥실티오펜)이라는 공액 중합체를 개발했습니다.

이는 상향식 산화 화학 기상 증착을 통해 만들어지며, 폴리머 사슬 간의 강력한 p-p 스태킹 비공유 상호 작용과 확장된 사슬을 따른 강력한 C=C 공유 결합을 활용합니다.

이 반응은 전통적인 폴리머의 꼬인 가닥 대신 단단한 폴리머 사슬을 형성했습니다. 그들은 각각 2cm2 크기의 대규모 프로토타입을 만들었습니다.

참고 자료:ScienceAdvances | doi:10.1126/sciadv.aar3031 | MIT

테스트 및 결과

출처:첼시 터너(Chelsea Turner) / MIT

프로토타입의 열전도율을 테스트하기 위해 엔지니어들은 시간 영역 열 반사율이라는 기술을 사용했습니다. 이 기술에서는 재료를 레이저 빔에 노출시켜 표면을 가열합니다. 그런 다음 열이 재료의 다른 부분으로 확장될 때 재료의 반사율을 측정하여 온도 강하를 분석합니다.

온도 강하는 열이 다른 부분으로 얼마나 빨리 전파되는지 보여주며, 이를 통해 엔지니어는 재료의 열전도도를 계산할 수 있습니다.

그들은 프로토타입이 균일하고 켈빈당 미터당 2와트의 비율로 열을 전도한다는 사실을 발견했는데, 이는 기존 폴리머보다 10배 더 높은 수치입니다. 폴리머는 거의 등방성이므로 모든 방향으로 동일한 속도로 열을 전도하여 소재의 방열 성능을 높입니다.

산화 화학 기상 증착 공정과 재료의 비파괴 특성을 통해 다양한 기판에 고품질의 열전도성 박막을 형성할 수 있어 다양한 용도와 적용 가능성을 보여줍니다.

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이 소재는 실리콘 웨이퍼 및 다양한 전자 기기에 직접 코팅될 수 있습니다. 엔지니어들은 이 프로젝트에 대한 추가 작업을 수행하여 인쇄 회로 기판용 필름 및 배터리 케이스와 같은 다른 제품과 호환되도록 만들 계획입니다.