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Jan 10, 2024

ナノダイヤモンドの「ヒートハイウェイ」で電子機器を冷たく保つ

米国化学会 2023年6月13日 研究者らは、エレクトロスピニング法を使用して、コンパクトで発熱の問題を潜在的に解決できる新しいナノ複合膜を開発した。

米国化学会より2023年6月13日

研究者らは、エレクトロスピニング法を使用して、コンパクトで強力なエレクトロニクスにおける発熱の問題を解決できる可能性のある新しいナノ複合膜を開発しました。 処理速度の低下や突然のシャットダウンの原因となる可能性がある熱は、フィルムによって効果的に放散され、同様の素材よりも 4 倍効率的です。 (アーティストによるエレクトロニクス用の「ヒート・ハイウェイ」のコンセプト)

研究チームは、既存の材料よりも4倍効果的に熱を放散するナノコンポジットフィルムを開発し、小型エレクトロニクスの過熱に対する潜在的な解決策を提供します。 これは、2 溶液同軸エレクトロスピニング法によって達成され、ポリビニル アルコールと熱伝導性ナノダイヤモンド材料を使用して熱分布の「高速道路」を作り出しました。

スマート電子デバイスが小型化および高性能化するにつれて、大量の熱が発生し、処理時間の低下や突然のシャットダウンにつながる可能性があります。 現在、ACS Applied Nano Materials では、研究者はエレクトロスピニング アプローチを使用して新しいナノ複合フィルムを製造しています。 テストでは、このフィルムは同様の素材よりも 4 倍効率的に熱を放散し、電子機器の冷却に使用できる日が来ることを示しました。

小型でスマートなエレクトロニクスは、通信から医療に至るまで、生活の多くの側面に革命をもたらしました。 しかし、サイズが縮小するということは、デバイスの熱がより狭い領域に集中することを意味し、それがコンピューティング速度の遅れを引き起こし、さらには損傷を防ぐためにデバイスが予期せず完全にシャットダウンする可能性があります。

この熱を放散するために、研究者たちは、柔軟なポリマーと熱伝導性フィラーを含むナノ複合材料に目を向けています。 ナノ複合材料を作成する簡単な方法は、エレクトロスピニングによるものです。エレクトロスピニングでは、ポリマーとフィラーの溶液が、帯電したノズルを通ってシリンジから噴射され、薄いフィルムに蓄積する繊維が形成されます。 単一溶液からのエレクトロスピニング、つまり一軸エレクトロスピニングは単純ではありますが、材料の特性を制御することが困難になります。 そこで、Jinhong Yu、Sharorong Lu らは、同軸エレクトロスピニングと呼ばれる 2 つの溶液技術を使用して、繊維設計をより適切に制御し、新しいナノ複合材料の放熱を改善しました。

研究者らは、新しいナノコンポジットを製造するために、選択したポリマーであるポリビニルアルコールを含む 1 つの溶液を作成し、熱伝導性フィラーであるナノダイヤモンド材料を含む別の溶液を作成しました。 研究者らは、各溶液の注射器を 2 つを組み合わせたノズルに取り付けることで、2 つの成分をランダムに分散させるのではなく、ポリビニル アルコールのコアとナノダイヤモンド コーティングを備えた繊維を作成しました。 研究者らは、コーティングされた繊維が、交通のような熱をフィルム全体の繊維に沿って、また繊維を横断して導く「高速道路」として機能すると述べている。 テストでは、新しい材料は従来のノズルで作られたものよりも熱を放散し、以前に報告されたナノ複合材料よりも熱伝導率が4倍高いことがわかりました。 研究者らは、これらのフィルムをいつか、小型電子機器を冷却しながら活発に動作させるために使用できる可能性があると述べている。

参考文献：「一軸および同軸エレクトロスピニングによるナノダイヤモンドナノシート/ポリマーナノファイバー複合フィルムの熱伝導率の向上：ナノデバイスの熱管理への影響」Zhouqiao Wei、Ping Gong、Xiangdong Kong、Maohua Li、Jingzhen Cheng、Hua Zhou、Dacheng Li、Youming著Ye、Xiang Lu、Jinhong Yu、Shaorong Lu、2023 年 5 月 17 日、ACS Applied Nano Materials.DOI: 10.1021/acsanm.3c00591

著者らは、非鉄金属および材料の新しい加工技術の主要研究室および教育省/広西チワン族自治区の光学および電子材料およびデバイスの主要研究室からの資金提供を認めています。