در یک مطالعه جدید، دانشمندان ژاپنی فیلم‌های انتشار حرارتی انعطاف‌پذیر ساخته شده از ماتریس نانوالیاف سلولز و پرکننده فیبر کربن را با استفاده از الگوی سه‌بعدی فاز مایع طراحی کردند. فیلم‌های تهیه‌شده ناهمسانگردی رسانایی گرمایی زیادی را در جهت درون صفحه نشان دادند، اتلاف گرما را افزایش داد و از تداخل حرارتی بین منابع گرما به سمت دستگاه‌های الکترونیکی لایه نازک جلوگیری کرد.
در چند دهه اخیر با توسعه دستگاه هایی که نازک تر، سبک تر، انعطاف پذیر و قوی هستند، شاهد پیشرفت فوق العاده ای در فناوری الکترونیک بوده ایم. با این حال، با نازک شدن دستگاه ها، فضای لازم برای قرار دادن اجزای داخلی نیز افزایش می یابد. این موضوع باعث ایجاد مشکل اتلاف حرارت نامناسب در دستگاه‌های لایه نازک شده است، زیرا مواد هیت سینک معمولی حجیم هستند و نمی‌توانند در آنها ادغام شوند. بنابراین، نیاز به مواد انتشار حرارتی وجود دارد که نازک و انعطاف پذیر باشند و بتوانند در دستگاه های لایه نازک برای اتلاف گرما کارآمد اجرا شوند.
در حال حاضر، چندین ماده زیرلایه می توانند به عنوان پخش کننده گرما به عنوان لایه های نازک عمل کنند، اما بیشتر آنها گرما را در جهت درون صفحه به صورت همسانگرد پخش می کنند. این به نوبه خود می تواند تداخل حرارتی با اجزای یک دستگاه ایجاد کند.
برای زیرلایه‌ای که چندین دستگاه با چگالی بالا روی آن نصب شده‌اند، کنترل جهت انتشار حرارتی و یافتن یک مسیر موثر حذف گرما در حین عایق‌کاری حرارتی بین دستگاه‌ها ضروری است. بنابراین، رسانایی یک هدف مهم است.
در مطالعه اخیر منتشر شده در ACS Applied Materials & Interfaces، دکتر. یوتانی و تیمش، متشکل از استادیار شوتا سونیاسو از موسسه ملی فناوری، کالج اویتا و پروفسور. Toshifumi Satoh از دانشگاه پلی تکنیک توکیو، هر دو در ژاپن، یک فیلم نانوکامپوزیتی جدید ساخته شده از نانوالیاف سلولز و پرکننده‌های فیبر کربنی را گزارش کرد که رسانایی حرارتی ناهمسانگرد عالی درون صفحه را نشان می‌دهد.
بسیاری از کامپوزیت های پلیمری با پرکننده های رسانای حرارتی برای افزایش رسانایی حرارتی پیشنهاد شده اند. با این حال، گزارش های کمی در مورد مواد با پرکننده های ذرات یا صفحه مانند وجود دارد که ناهمسانگردی هدایت حرارتی را نشان می دهند، که برای جلوگیری از تداخل حرارتی بین دستگاه های مجاور مهم است. از طرف دیگر پرکننده های فیبری مانند الیاف کربن (CF)، به دلیل ناهمسانگردی ساختاری، می توانند ناهمسانگردی درون صفحه را در مواد دو بعدی ایجاد کنند.
همچنین انتخاب یک ماتریس با هدایت حرارتی بالا مهم است. گزارش شده است که نانوالیاف سلولزی (CNF) استخراج‌شده از گوشته آسیدین‌ها رسانایی حرارتی بالاتری (حدود 2.5 W/mK) نسبت به پلیمرهای معمولی نشان می‌دهند که آن را برای استفاده به عنوان یک ماده دفع کننده حرارت مناسب می‌سازد. همانطور که با قابلیت نوشتن با مداد روی کاغذ مشخص می شود، سلولز میل ترکیبی بالایی با مواد کربنی دارد و به راحتی با پرکننده های CF ترکیب می شود. به عنوان مثال، CF آبگریز به تنهایی در آب پراکنده نمی شود، اما در حضور CNF، به راحتی در آب پراکنده می شود. بر این اساس، تیم تحقیقاتی CNF های مشتق شده از آسیدین های زیستی را به عنوان ماتریس انتخاب کردند.
برای سنتز مواد، تیم یک سوسپانسیون آبی از CF و CNF تهیه کردند و سپس از تکنیکی به نام مدل‌سازی سه بعدی مایع استفاده کردند. این فرآیند منجر به تولید یک نانوکامپوزیت متشکل از یک ماتریس سلولزی با الیاف کربنی به صورت تک محوره شد. برای آزمایش رسانایی حرارتی فیلم‌ها، این تیم از روش دماسنج تابش گرمایش دوره‌ای لیزر نقطه‌ای استفاده کردند.
آنها دریافتند که این ماده ناهمسانگردی رسانایی حرارتی بالای 433 درصد همراه با رسانایی 7.8 W/mK در جهت تراز و 1.8 W/mK در جهت متعامد درون صفحه را نشان می‌دهد. آنها همچنین یک دستگاه الکترولومینسانس پودری (EL) را روی یک فیلم CF/CNF نصب کردند تا اتلاف گرما موثر را نشان دهند. علاوه بر این، فیلم نانوکامپوزیت می‌تواند دو منبع شبه گرمایی نزدیک به هم را بدون هیچ گونه تداخل حرارتی خنک کند.
جدای از خواص حرارتی عالی، یکی دیگر از مزایای عمده فیلم های CF/CNF قابلیت بازیافت آنهاست. محققان توانستند CF ها را با سوزاندن ماتریکس سلولز استخراج کنند و امکان استفاده مجدد را فراهم کنند. به طور کلی، این یافته‌ها نه تنها می‌توانند به‌عنوان چارچوبی برای طراحی فیلم‌های دوبعدی با الگوهای اتلاف حرارت جدید عمل کنند، بلکه پایداری در این فرآیند را نیز تشویق می‌کنند. زباله‌هایی که ما انسان‌ها تولید می‌کنیم تأثیرات زیست‌محیطی بسیار زیادی دارد. به‌ویژه پرکننده‌های انتقال حرارت، اغلب مواد تخصصی و گران‌قیمت هستند. در نتیجه، ما می‌خواستیم ماده‌ای بسازیم که پس از استفاده از بین نرود، اما بتوان آن را بازیابی کرد. برای کاربردهای بیشتر مورد استفاده مجدد قرار می گیرد.» نتیجه می گیرد.
