Los polímeros se utilizan para desarrollar diversos materiales, como plásticos, nilones y gomas. En su forma más básica, están formados por muchas moléculas idénticas unidas una y otra vez, como una cadena. Si diseñas moléculas para unirlasjuntos de formas específicas, puede controlar las características del polímero resultante.
Utilizando este método, Sheng Shen, profesor asociado de ingeniería mecánica en la Universidad Carnegie Mellon, y su equipo de investigación crearon un regulador térmico de polímero que puede transformarse rápidamente de un conductor a un aislante y viceversa. Cuando se trata de un conductor, calientase transfiere rápidamente. Cuando se trata de un aislante, la transferencia de calor es mucho más lenta. Al cambiar entre los dos estados, el regulador térmico puede controlar su propia temperatura, así como la temperatura de su entorno, como un refrigerador o una computadora.
Para cambiar entre alta y baja conductividad, la estructura misma del polímero tiene que cambiar. Esta transformación se activa únicamente con calor. El polímero comienza "con una estructura cristalina altamente ordenada", dijo Shen. "Pero una vez queaumente la temperatura de la fibra de polímero, a alrededor de 340 Kelvin, luego la estructura molecular cambia y se vuelve hexagonal ".
Los hallazgos fueron publicados en Avances científicos en un documento titulado "Regulador térmico de polímero de alto contraste y reversible por transición de fase estructural". Los colaboradores incluyeron a Michael Bockstaller de Carnegie Mellon, Renkun Chen de la Universidad de California-San Diego, Sukwon Choi de la Universidad Estatal de Pensilvania, Kedar Hippalgaonkarde la Agencia de Ciencia, Tecnología e Investigación Singapur, y Tengfei Luo de la Universidad de Notre Dame.
La transformación se produce porque el calor se dirige a los enlaces moleculares ". El enlace de las moléculas se vuelve bastante débil", dijo Shen. "Para que los segmentos puedan rotar". Y una vez que los segmentos rotan, la estructura se desordena, lo que reduce en gran medida su temperaturaconductividad. Este tipo de transición se conoce como transición sólido-sólido; aunque el polímero alcanza temperaturas cercanas a su punto de fusión, permanece sólido durante el proceso.
Al estudiar la transformación del polímero, Shen concentró sus datos en cómo cambió su conductividad. También recopiló datos sobre otras transiciones de fase para poder comparar las proporciones. "Cuando observa todos los materiales que tenemos en la Tierra, el cambio de conductividad es, a lo sumo, un factor de cuatro ", dice Shen." Aquí, ya hemos descubierto un nuevo material que puede tener un cambio de conductividad de alrededor de diez ".
Además, el cambio estructural puede ocurrir rápidamente, dentro de un rango de cinco Kelvin. También es reversible, lo que permite encenderlo y apagarlo como un interruptor. Puede manejar temperaturas mucho más altas que otros reguladores térmicos, permaneciendo estable hasta560 Kelvin. Es difícil de descomponer, por lo que puede sobrevivir a muchas transiciones. Y como se basa en el calor, no utiliza tantas partes móviles como los métodos de enfriamiento típicos, lo que lo hace mucho más eficiente.
Si bien esta investigación se ha explorado teóricamente en el pasado, el trabajo de Shen es la primera vez que se muestra experimentalmente. Shen cree que el polímero tendrá aplicaciones en el mundo real ". Este control del flujo de calor a nanoescala abre nuevas posibilidades,"dijo Shen," como el desarrollo de dispositivos térmicos conmutables, refrigeración de estado sólido, eliminación de calor residual, circuitos térmicos y computación ".
Este trabajo se basa en investigaciones anteriores en el laboratorio de Shen, donde su equipo había desarrollado una nanofibra de polímero que era fuerte, liviana, térmicamente conductora, eléctricamente aislante y biocompatible, todo con menos de 100 nanómetros de ancho.
Fuente de la historia :
Materiales proporcionado por Facultad de Ingeniería, Universidad Carnegie Mellon . Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
Referencia del diario :
Cita esta página :