Un polymère révolutionnaire du MIT promet des téléphones et des ordinateurs portables plus sûrs en empêchant la surchauffe

• Les ingénieurs du MIT ont développé un polymère appelé polythiophène qui conduit efficacement la chaleur. 
• Il est flexible, léger et 10 fois plus conducteur que les polymères classiques.
• Il peut être appliqué directement sur des tranches de silicium et sur divers instruments électroniques. 

Vous savez déjà que les plastiques sont de parfaits isolants :ils peuvent efficacement emprisonner la chaleur. Cette propriété est extrêmement utile dans de nombreux cas, comme le manchon d'une tasse à café, mais lorsqu'il s'agit d'appareils électroniques, comme les boîtiers en plastique pour téléphones et ordinateurs portables, ils emprisonnent la chaleur et rendent l'appareil encore plus chaud.

Aujourd'hui, les ingénieurs du MIT ont développé une technique qui transforme l'isolant en plastique en conducteur de chaleur, ce qui signifie qu'au lieu d'isoler la chaleur, le nouveau matériau la dissipe. Le nouveau polymère est flexible, léger et 10 fois plus conducteur que les polymères conventionnels.

Le nouveau matériau facilitera le développement de dispositifs électroniques tels que des cellules solaires, des biocapteurs portables et des écrans flexibles. Contrairement aux polymères conventionnels, qui sont thermiquement et électriquement isolants, il conduit thermiquement et élimine efficacement la chaleur.

Les ingénieurs du MIT pensent que ce matériau pourrait également être utilisé dans des applications complexes de gestion thermique, notamment l'électronique organique, l'optoélectronique et les alternatives d'auto-refroidissement.

Comment est-il fabriqué ?

Polymère conventionnel

Un polymère est une grosse molécule composée de plusieurs sous-unités répétées (monomères liés bout à bout). Jusqu'à présent, le développement de polymères a été limité soit par une forte interaction intermoléculaire (transfert de photons entre les chaînes polymères), soit par une forte interaction intramoléculaire (transfert de photons le long des chaînes polymères).

Aujourd’hui, les ingénieurs tentent de réaliser les deux interactions simultanément. Ils ont mis au point une technique qui permet le transfert de chaleur entre et le long des chaînes polymères. Ils ont développé un polymère conjugué, appelé polythiophène ou poly(3-hexylthiophène), doté d'une conductivité thermique élevée.

Il est fabriqué par dépôt chimique en phase vapeur oxydant ascendant, tout en utilisant une forte interaction non covalente à empilement pp entre les chaînes polymères et une forte liaison covalente C=C le long de la chaîne étendue.

La réaction a formé des chaînes rigides de polymère, au lieu de brins torsadés dans les polymères traditionnels. Ils ont créé des prototypes à grande échelle, mesurant chacun 2 cm2.

Référence : ScienceAdvances | est ce que je:10.1126/sciadv.aar3031 | MIT

Tests et résultats

Crédit :Chelsea Turner / MIT

Pour tester la conductivité thermique des prototypes, les ingénieurs ont utilisé une technique connue sous le nom de réflectance thermique dans le domaine temporel. Dans cette technique, le matériau est exposé à un faisceau laser pour chauffer sa surface. Ensuite, ils analysent la chute de température en mesurant la réflectance du matériau à mesure que la chaleur se propage à d'autres parties du matériau.

La chute de température montre à quelle vitesse la chaleur se propage vers d'autres parties, ce qui permet aux ingénieurs de calculer la conductivité thermique du matériau.

Ils ont constaté que les prototypes étaient uniformes et conduisaient la chaleur à un taux de 2 watts par mètre et par Kelvin, soit 10 fois plus élevé que celui des polymères traditionnels. Étant donné que le polymère est presque isotrope, il conduit la chaleur dans toutes les directions au même rythme, augmentant ainsi la capacité de dissipation thermique du matériau.

Le processus de dépôt chimique en phase vapeur oxydant et la nature non destructive du matériau permettent la formation de films minces thermoconducteurs de haute qualité sur de nombreux substrats, démontrant sa polyvalence et ses innombrables applicabilités.

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Le matériau peut être directement appliqué sur des tranches de silicium et sur divers instruments électroniques. Les ingénieurs prévoient de poursuivre les travaux sur ce projet et de le rendre compatible avec d'autres produits tels que des films pour circuits imprimés et des boîtiers pour batteries.