Desarrollan fibras de polietileno mejores conductoras del calor que un metal

La mayoría de los polímeros (materiales hechos de largas cadenas moleculares) son muy buenos aislantes tanto del calor como de la electricidad. Pero un equipo del MIT ha encontrado la manera de transformar el polímero más utilizado (el polietileno) en un material que conduce el calor tan bien como la mayoría de los metales, y sigue siendo un aislante eléctrico.
El nuevo proceso hace que el polímero conduzca el calor muy eficientemente en un único sentido, al contrario que en los metales, donde la conducción es igual en todas las direcciones. Esto puede hacer al nuevo material especialmente útil para aplicaciones donde es necesario extraer calor desde una fuente, como por ejemplo un chip microprocesador. El trabajo se describe en un paper publicado en Nature Materials el 7 de marzo.

La clave para la tranformación ha sido alinear de la misma manera todas las moléculas del polímero en vez de hacer que crezca de forma caótica, tal y como hace normalmente. El equipo consiguió un crecimiento lento haciendo que crezca a partir de una solución, utilizando como diminuta grúa un microscopio electrónico de movimientos muy precisos, que además permitía medir las propiedades de la fibra resultante.

Esta fibra es 300 veces mejor conductora del calor que el polietileno normal en la dirección de cada fibra individual, afirma Gang Cheng, titular de la cátedra Carl Richard Soderbergh Professor of Power Engineering y director del Pappalardo Micro and Nano Enginereeing Laboratories en el MIT.

La gran conductividad térmica puede hacer que estas fibras sean muy útiles para disipar el calor en muchas aplicaciones donde hoy se utilizan metales, como en depósitos de agua calentados con energía solar, intercambiadores de calor, y electrónica.

Chen explica que la mayoría de los intentos para crear polímeros con conductividad térmica mejorada se han basado en añadir otros materiales, como nanotubos de carbono, pero esos únicamente han conseguido pequeñas mejoras en la conductividad debido a que la interfase entre los dos tipos de material suele añadir resistencia térmica.

Lo que ocurre en la interfase es que se dispersa el calor, con lo que no puedes conseguir grandes mejoras

dice Chen. Pero haciendo uso de su nuevo método, se mejoró la conductividad lo bastante para que llegue a ser incluso mejor que la gran mayoría de los metales, incluyendo el hierro y el platino.

Producir las nuevas fibras, en las que las moléculas que constituyen los polímeros están todas alineadas en lugar de estar amontonadas requiere un proceso en dos fases, explica el estudiante de grado Sheng Shen, el principal autor del paper. Primero el polímero es calentado y estirado, entonces se le calienta para estrecharlo aún más.

Una vez que se solidifica a temperatura ambiente, puedes deformarlo como quieras. Así que lo calentamos dos veces,

explica Shen.

Incluso es posible conseguir mejoras a medida que la técnica se perfeccione, indica Chen, haciendo notar que el resultado conseguido ya se encuentra muy lejos de lo que hasta ahora se había visto en conductividad térmica en polímeros. Además, el grado de conductividad conseguido, si es que estas fibras pueden producirse en masa, podría ser una alternativa muy barata a metales usados como disipadores en muchas aplicaciones, especialmente en aquellas en las que la directividad de la disipación sea importante, como en intercambiadores de calor (como las bobinas en la parte trasera de un refrigerador o en un aire acondicionado), en carcasas de teléfonos móviles o en los soportes para chips. Incluso otras aplicaciones podrían aparecer de combinar la alta conductividad térmica con su ligereza, estabilidad química y aislación eléctrica.

Aunque únicamente  han producido fibras individuales en el laboratorio, Chen se muestra optimista

Esperamos que esto pueda salir a la calle al producirlo de forma masiva.

Siendo no únicamente fibras sino también hojas enteras con las mismas propiedades.

Ravi Prasher, ingeniero de Intel, dice

La calidad del trabajo del grupo del Prof. Chen siempre ha sido fenomenal. Y este es un hallazgo muy significativo que podría tener múltiples aplicaciones en electrónica. ¿Cómo de escalable es la manufacturación de estas fibras? ¿Cómo es de fácil integrarla en aplicaciones reales?

Son preguntas aún por contestar.

Traducción libre de Insulators Made Into Conductors: Polymers Coaxed to Line Up, Transformed Into Materials That Could Dissipate Heat en Science Daily.

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