Bahan tradisional biasanya mengalami peningkatan jarak antar partikel internal selama peregangan, yang memperpanjang jalur transpor elektron dan panas; akibatnya konduktivitas listrik dan termalnya cenderung menurun. Namun, nanokomposit baru yang dikembangkan oleh tim peneliti Korea Selatan menunjukkan perilaku sebaliknya: setelah material diregangkan, konduktivitas listrik dan konduktivitas termal keduanya meningkat. Tim selanjutnya menerapkannya pada manajemen termal pada ponsel yang dapat dilipat, sehingga menawarkan solusi material baru yang potensial untuk pembuangan panas pada perangkat elektronik fleksibel.
Penelitian ini dipimpin oleh Profesor Seunghyun Baik dan Joonmyung Choi dari Fakultas Teknik Mesin Universitas Sungkyunkwan, dan hasilnya dipublikasikan diBahan Fungsional Tingkat Lanjut.
Kesenjangan Skala Nano Membuat Transportasi Panas Lebih Efisien Setelah Peregangan
Tim peneliti secara seragam menyebarkan nanopartikel perak dengan ukuran partikel hanya 3,4 nm dalam karet silikon yang dapat diregangkan dan mengontrol jarak antar partikel menjadi sekitar 4,1 nm. Ketika jarak antar nanopartikel dikurangi hingga di bawah 10 nm, elektron dapat melintasi penghalang energi antar partikel melalui terowongan kuantum, sehingga memungkinkan transpor elektron. Hal ini memungkinkan material mempertahankan konduktivitas listrik yang relatif baik meskipun mengalami deformasi.
Lebih penting lagi, tim menemukan bahwa dalam keadaan meregang, perpindahan panas di dalam komposit juga berubah dengan cara yang berbeda dari material tradisional. Saluran perpindahan panas berskala nano yang terbentuk antar partikel memungkinkan panas ditransfer antar pengisi dengan cara transportasi seperti balistik, mengurangi hamburan tambahan selama peregangan dan dengan demikian meningkatkan konduktivitas termal material.
Peregangan Juga Dapat Mengontrol Konduktivitas Termal Bahan
Tim selanjutnya menyesuaikan jarak antara partikel perak dan sifat kimia karet silikon, memberikan komposit sifat peralihan termal, yang berarti bahwa perpindahan panas dapat diatur dengan mengubah keadaan regangan material. Simulasi komputasi menunjukkan bahwa setelah peregangan, rantai polimer menjadi berorientasi sepanjang arah regangan, sehingga panas dapat diangkut lebih efisien sepanjang arah tersebut.
Properti ini memiliki nilai penerapan potensial untuk perangkat elektronik fleksibel seperti perangkat yang dapat dilipat dan diregangkan. Ponsel cerdas dan perangkat elektronik terus-menerus menghasilkan panas selama pengoperasian, dan untuk perangkat yang dapat ditekuk dan dilipat, kinerja bahan pembuangan panas-tradisional mungkin terpengaruh setelah perangkat berubah bentuk. Jika konduktivitas termal dapat diatur secara aktif melalui deformasi mekanis, kemampuan manajemen termal perangkat elektronik fleksibel dapat ditingkatkan lebih lanjut.