Специалисты Национального исследовательского технологического университета «МИСиС» создали композиты, которые проводят тепло в разы лучше аналогов, а также подлежат простой и дешевой переработке.
Используя полученную технологию в современной электронике, можно решить проблему рабочего перегрева печатной платы. Результаты исследования опубликованы в научном журнале «Journal of Alloys and Compounds».
Каждый знаком с проблемой перегрева электроники в процессе работы, — гаджеты «виснут», компьютеры выключаются, и это только видимая часть проблемы. При регулярном перегреве устройство просто деградирует, поскольку повышенная температура всегда опасна для его компонентов. Зачастую перегрев проявляется регулярными «зависаниями» после запуска гаджета, синим экраном смерти (Blue Screen of Death, BSoD) или неожиданным его выключением.
Наиболее чувствительными к повышению температуры «органами» компьютера или смартфона являются процессор и видеокарта. Высокая температура сокращает срок их стабильной работы. Хотя современные устройства автоматически выключаются при критической температуре, регулярное ее повышение приводит к ошибкам процессора и даже выходу чипа из строя.
Для решения этой задачи ученые НИТУ «МИСиС» предложили универсальный подход для получения недорогих, легких композитов с высокой теплопроводностью и хорошими механическими свойствами.
«Нашей целью стал материал, который хорошо проводит тепло, не проводит электрический ток и при этом имеет полимерную основу, то есть потенциально обходится дешевле распространенных аналогов в цикле производстве и переработки», — прокомментировал один из авторов, старший научный сотрудник функциональных наносистем и высокотемпературных материалов НИТУ «МИСиС» к.т.н. Дмитрий Муратов.
По его словам, полученный композит весьма перспективен для замены армированных слоистых материалов в печатных платах или корпусах мелкой электроники, где наблюдается заметное тепловыделение (например — диодные лампы).
Реализованный в НИТУ «МИСиС» технология предполагает в качестве полимерной основы — полиэтилен высокой плотности, а в роли материала-наполнителя — гексагональный нитрид бора. Коллектив разработал оптимальное сочетание режимов обработки для обеспечения нужных свойств наполнителя.
«В итоге — мы добились позитивных результатов: последняя работа демонстрирует прочность композита на основе полиэтилена и нитрида бора в размере 24 МПа, а его теплопроводность стала как минимум в два-три раза выше, чем у стеклотекстолита, — использующегося в устройствах аналога», — отмечает Дмитрий Муратов.
По мнению ученого, материал сможет эффективно заменить стеклотекстолит в современной электронике, поскольку не имеет соответствующих недостатков — токсичных эпоксидных смол в составе, а также принципиальную невозможность качественной утилизации, не говоря уже о вторичной переработке. Помимо того, что композит отводит тепло в нужной степени — около 1 Вт/М*К, — его легко перерабатывать.
«Экономическая выгода наших материалов обусловлена простотой их утилизации. В то время как стеклотекстолит переработать крайне сложно, поскольку его полимерная часть делается из реактопластов — эпоксидных смол, которые после отверждения повторно использовать нельзя» — утверждает Муратов.
Результаты НИТУ «МИСиС» были представлены научному сообществу на международном уровне в рамках конференции «International Symposium on Metastable, Amorphous and Nanostructured Materials» (Испания).
Сейчас авторы активно развивают сотрудничество по линии синтеза двумерных материалов и изучения их свойств с Университетом Небраски-Линкольна (США). Они ищут способ резко повысить теплопроводность композитов за счет использования материалов, для которых теоретически были обоснованы более высокие показатели.
