Een nanocomposiet uitgevonden aan de Brown School of Engineering van Rice University belooft een superieur diëlektrisch materiaal voor hoge temperaturen te zijn voor flexibele elektronica. energieopslag en elektrische apparaten.

De nanocomposiet combineert eendimensionale polymeer nanovezels en tweedimensionale boornitride nanosheets. De nanovezels versterken het zelfassemblerende materiaal, terwijl de "witte grafeen" nanosheets een thermisch geleidend netwerk bieden waardoor het bestand is tegen de hitte die gewone diëlektrica afbreekt, de gepolariseerde isolatoren in batterijen en andere apparaten die positieve en negatieve elektroden scheiden.

De ontdekking door het laboratorium van Rice-materiaalwetenschapper Pulickel Ajayan wordt gedetailleerd beschreven in Advanced Functional Materials.

Onderzoekswetenschapper M.M. Rahman en postdoctoraal onderzoeker Anand Puthirath van het Ajayan-lab leidden het onderzoek om de uitdaging van de volgende generatie elektronica aan te gaan:diëlektrica moeten dun zijn, moeilijk, flexibel en bestand tegen ruwe omgevingen.

"Keramiek is een zeer goed diëlektricum, maar het is mechanisch broos, " zei Rahman over het gewone materiaal. "Aan de andere kant, polymeer is een goed diëlektricum met goede mechanische eigenschappen, maar de thermische tolerantie is erg laag."

Boornitride is een elektrische isolator, maar verspreidt gelukkig warmte, hij zei. "Toen we de polymeer nanovezel combineerden met boornitride, we hebben een materiaal dat mechanisch uitzonderlijk is, en thermisch en chemisch zeer stabiel, ' zei Rahmaan.

Het 12 tot 15 micron dikke materiaal fungeert als een effectief koellichaam tot 250 graden Celsius (482 graden Fahrenheit), volgens de onderzoekers. Tests toonden aan dat de combinatie van polymeer nanovezels-boornitride de warmte vier keer beter verspreidde dan het polymeer alleen.

In zijn eenvoudigste vorm, een enkele laag polyaramide-nanovezels bindt via van der Waals-krachten aan een sprenkeling van boornitridevlokken, 10 gew.% van het eindproduct. De vlokken zijn net dicht genoeg om een ​​warmteafvoerend netwerk te vormen waardoor het composiet toch zijn flexibiliteit behoudt, en zelfs opvouwbaarheid, met behoud van zijn robuustheid. Gelaagdheid van polyaramide en boornitride kan het materiaal dikker maken terwijl de flexibiliteit behouden blijft, volgens de onderzoekers.

"De 1D polyaramide nanovezel heeft veel interessante eigenschappen behalve thermische geleidbaarheid, " zei Rahman. "En boornitride is op dit moment een zeer interessant 2-D-materiaal. Ze hebben allebei verschillende onafhankelijke eigenschappen, maar als ze samen zijn, ze maken iets heel unieks."

Rahman zei dat het materiaal schaalbaar is en gemakkelijk in de productie moet worden verwerkt.