Polymeren zijn zo geschikt voor thermische isolatie, dat er zelfs ovenwanten van worden gemaakt. Amerikaanse onderzoekers zijn er nu echter in geslaagd het materiaal warmtegeleidend te maken.
Wat hebben een ovenwant van siliconen en een koffiebekertje van piepschuim met elkaar gemeen? Ze bieden perfecte bescherming tegen hitte - van respectievelijk een ovenschaal en een hete vloeistof. Geen wonder, want beide zijn gemaakt van polymeren, een materiaal dat bekendstaat om de uitstekende thermische isolatie die het biedt.
Nieuwe toepassingen
Ingenieurs van de afdeling werktuigbouwkunde van het Massachusetts Institute of Technology (MIT) in de Verenigde Staten zijn er echter in geslaagd om het veelgebruikte polymeer polyetheen het tegendeel te laten doen. Ze maakten dunne laagjes polymeren die warmte juist geleiden, beter zelfs dan staal en keramiek, aldus de wetenschappers.
Ze publiceerden hun bevindingen maandag in het wetenschappelijke tijdschrift Nature Communications. De mogelijke toepassingen zijn legio, schrijven ze. Omdat polymeren veel lichter zijn dan traditionele warmtegeleiders van metaal en bovendien uiterst duurzaam en ongevoelig voor roest, zouden ze kunnen worden toegepast in laptops, mobieltjes, auto's of koelkasten. De industrie zou al grote interesse hebben getoond.
'Dit is pas een eerste stap', zegt hoogleraar Gang Chen van MIT, een van de auteurs van de publicatie, in een persbericht. 'We werken eraan dat deze eigenschappen van polymeren op termijn zullen leiden tot nieuwe toepassingen en nieuwe industrieën en dat ze metalen zullen vervangen als materiaal dat waemte geleidt.
Dunne vezels
Het onderzoek aan MIT loopt al jaren. Al in 2010 meldde het team vezels van polyetheen (een veelgebruikte kunststof) te hebben gemaakt die 300 keer beter warmte geleiden dan normaal polyetheen. Probleem echter was dat die vezels zo dun waren (een honderdste van de diameter van een menselijke haar) dat ze niet goed te hanteren waren.
Nu zijn ze er in geslaagd om die losse vezels samen te voegen tot een velletje, een dun laagje dat wél hanteerbaar is.
Spaghetti
Normaal gesproken is de microscopische structuur van polyetheen net als die van de meeste andere polymeren nogal chaotisch, de lange moleculen van het materiaal liggen door elkaar als een kluwen spaghettislierten. Hitte kan daar niet goed doorheen stromen, wat de isolerende werking van het materiaal verklaart.
De MIT-onderzoekers wisten de moleculaire knopen van het polyetheen te ontwarren en er parallelle ketens van te maken die hitte wél goed geleiden Ze deden dat door polyetheenpoeder op te lossen in een decalinevloeistof bij 145 graden Celsius, een bekend oplosmiddel. Een special ontwikkeld spuitsysteem ontwarde de moleculaire ketens verder en spoot de uiteindelijke, stroperige oplossing uit op een sterk gekoelde plaat, waar het werd uitgerekt tot een filmpje dat dunner is dan plastic folie.
Composiet
Met zelfontwikkelde apparatuur testte het team vervolgens de geleidende eigenschappen van het nieuwe materiaal. De meeste polymeren geleiden warmte met een geleidbaarheid van rond 0,1 tot 0,5 watt per meter per kelvin. Het nieuwe laagje behaalde 60 watt per meter per kelvin. Dat betekent dat het materiaal zelfs beter warmte geleidt dan staal en keramiek.
'We kunnen dit materiaal eenvoudig verwerken in een composiet', stelt medeonderzoeker Jiawei Zhou, 'dat veel geleidende materialen zal kunnen vervangen.'
Nieuwsbrief
Vond je dit een interessant artikel, abonneer je dan gratis op onze wekelijkse nieuwsbrief.