Des polymères pour dissiper la chaleur

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Un jour nous pourrions avoir dans nos ordinateurs et smartphones des polymères qui dissiperaient la chaleur. Cela aurait plusieurs avantages, comme avoir des appareils électroniques plus légers. C’est dans ce but que des chercheurs du MIT ont conçu des films, qui sont plus minces qu’une pellicule de plastique, qui conduisent mieux la chaleur que de nombreux métaux, y compris l’acier et la céramique.

Des conducteurs thermiques en polymères

Les résultats de l’équipe, publiés dans la revue Nature Communications, pourraient inciter au développement d’isolants en polymères, en tant qu’alternatives légères, flexibles et résistantes à la corrosion aux conducteurs thermiques traditionnels en métal, pour des applications allant des matériaux dissipant la chaleur dans les ordinateurs portables et les téléphones intelligents, aux éléments de refroidissement dans voitures et les réfrigérateurs.

«Nous pensons que nos résultats sont un pas en avant pour stimuler ce domaine», a déclaré Gang Chen, professeur de génie énergétique au MIT, et coauteur principal du document. «Notre vision plus large est que les propriétés des polymères peuvent créer de nouvelles applications et peut-être de nouvelles industries, et remplacer les métaux en tant qu’échangeurs de chaleur.»

En 2010, l’équipe avait déclaré avoir réussi à fabriquer des fibres minces en polyéthylène 300 fois plus thermiquement conductrices que le polyéthylène normal et à peu près aussi conductrices que la plupart des métaux. Leurs résultats, publiés dans Nature Nanotechnology, ont attiré l’attention de diverses industries, notamment les fabricants d’échangeurs de chaleur, de processeurs informatiques de base et même de voitures de course.

Il est rapidement devenu évident que pour que les conducteurs en polymères puissent fonctionner dans n’importe laquelle de ces applications, les matériaux devaient être développés à partir de fibres ultra-fines (une seule fibre mesurait un centième du diamètre d’un cheveu humain) pour former des films plus faciles à gérer.

Ils ont fabriqué des feuilles

«À ce moment-là, nous avons pensé, plutôt que d’utiliser une seule fibre, nous pouvons essayer de fabriquer une feuille», explique Chen. « Il s’avère que c’était un processus très ardu. » À ce moment, les chercheurs ont non seulement dû trouver un moyen de fabriquer des feuilles de polymère thermoconductrices, mais ils ont également conçu un appareil permettant de tester la conduction thermique du matériau, ainsi que de développer des codes informatiques pour analyser les images microscopiques du matériau.

À la fin, l’équipe a pu fabriquer des films minces de polymère conducteur, à partir d’une poudre de polyéthylène du commerce. Normalement, la structure microscopique du polyéthylène et de la plupart des polymères ressemble à un enchevêtrement de chaînes moléculaires semblable à un spaghetti. La chaleur traverse difficilement cette confusion, ce qui explique les propriétés isolantes intrinsèques des polymères.

En regardant ces films ultra-minces, les chercheurs ont observé que les films présentant une meilleure conduction thermique consistaient en des nanofibres avec des chaînes moins enroulées de manière aléatoire, par opposition à celles en polymères communs, qui ressemblent à des spaghettis enchevêtrés. Leurs observations pourraient aider les chercheurs à mettre au point des microstructures de polymères pour conduire efficacement la chaleur.

À l’avenir, les chercheurs tenteront de fabriquer des conducteurs thermiques en polymères encore meilleurs en ajustant le processus de fabrication et en expérimentant différents types de polymères.

Remplacer plusieurs matériaux conducteurs

Zhou souligne en terminant que le film de polyéthylène de l’équipe ne transmet la chaleur que le long des fibres composant le film. Un tel conducteur de chaleur unidirectionnel pourrait être utile pour évacuer la chaleur dans une direction spécifique à l’intérieur de périphériques tels que les ordinateurs portables et autres appareils électroniques. Mais idéalement, il affirme que le film devrait dissiper la chaleur plus efficacement dans n’importe quelle direction.

«Si nous avons un polymère isotrope avec une bonne conductibilité thermique, nous pouvons facilement mélanger ce matériau dans un composite et potentiellement remplacer plusieurs matériaux conducteurs», explique Zhou. « Nous cherchons donc à améliorer la conduction de la chaleur dans les trois dimensions. »

Source : MIT
Crédit photo : Pixabay

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