Органический «наноклей» многократно увеличивает теплоперенос

Междисциплинарный коллектив из Политехнического института Ренселлера (штат Нью-Йорк), разработала метод, существенно увеличивающий теплообмен между двумя различными материалами. Результаты исследования представлены в журнале Nature Materials, и имеют далекоидущие перспективы для совершенствования систем охлаждения компьютерных чипов и светоизлучающих диодов, сбора солнечной энергии и утилизации избыточного тепла.

Поместив между пластинами меди и оксида кремния сверхтонкий слой «наноклея» ученые добились четырехкратного роста теплопроводности через поверхность раздела между этими двумя материалами. Прослойка толщиной всего в один нанометр состоит из молекул, образующих прочные связи с медью (металл) и силикатом (керамика).

Такой способ не только улучшает область контакта весьма плохо соединяющихся между собой материалов, он помогает синхронизировать колебания атомов этих веществ, что, в свою очередь, обеспечивает более эффективный перенос тепловых «частиц» — фононов. Было также продемонстрировано, что данная методика работает и для других пар материалов «металл-керамика».

«Интерфейсы между различными материалами часто действуют как барьер для теплопереноса, поскольку мешают прохождению фононов. Ввод промежуточного материала обычно лишь ухудшает положение, так как при этом добавляется еще одна поверхность раздела, — комментирует руководитель исследования, профессор факультета материаловедения Ганапати Раманат (Ganapati Ramanath). — Но наш метод создания ультратонкой прослойки органических молекул, прочно связывающихся с обоими материалами, дает многократный рост интерфейсной теплопроводности, в противоположность посредственным результатам, достигаемым для интерфейсов органических и неорганических веществ».

Институтская команда использовала сочетание экспериментальных и теоретических методов, чтобы подтвердить полученные результаты.