Amostra do plástico condutor de calor sendo testado.[Imagem: Joseph Xu/Michigan Engineering]
Plástico condutor de calor
Um novo tipo de plástico capaz de conduzir calor promete ampliar o uso desses materiais nos carros, tornando-os mais leves, e nos computadores e LEDs, tornando-os mais eficientes – apenas para citar algumas aplicações mais imediatas.
“Os plásticos estão substituindo metais e cerâmica em muitos lugares, mas são tão pobres condutores de calor que ninguém pensa em usá-los em aplicações que exigem que o calor seja dissipado eficientemente. Estamos trabalhando para mudar isso aplicando a engenharia térmica aos plásticos de uma maneira que nunca foi feita antes,” disse o professor Jinsang Kim, da Universidade de Michigan, nos EUA.
As abordagens testadas até agora para melhor a condutividade termal dos plásticos se concentraram na adição de cargas – materiais de enchimento – metálicas ou cerâmicas aos plásticos comuns. Os resultados foram muito limitados porque é preciso adicionar material demais, o que altera as propriedades do plástico de maneiras indesejáveis e ainda sai caro.
Em vez disso, a nova técnica usa um processo que altera a própria estrutura do plástico.
Afrouxando as cadeias
Os plásticos, ou polímeros, são formados por cadeias longas de moléculas helicoidais bem apertadas e emaranhadas como um prato de espaguete. Para que o calor atravesse o material, ele precisa viajar ao longo e entre essas cadeias – uma árdua jornada que impede sua progressão.
A equipe usou um processo químico para desembaraçar e afrouxar as cadeias de moléculas. Isso deu à energia do calor uma rota mais direta através do material.
Para isso, eles começaram com um polímero típico, dissolveram-no em água e depois adicionaram eletrólitos à solução para elevar seu pH, tornando-a alcalina. Os anéis individuais na cadeia de polímero – chamados monômeros – assumiram então uma carga negativa, repelindo-se uns em relação aos outros. À medida que os “macarrões” se espalhavam, seu formato helicoidal – em forma de rosca de parafuso – também se afrouxavam. Finalmente, a solução de água e polímero é pulverizada em placas usando um processo industrial comum, chamado fundição por rotação, que resulta em uma película de plástico sólido.
O segredo da condução térmica do plástico está em desembaraçar e afrouxar as cadeias poliméricas. [Imagem: Apoorv Shanker et al. – 10.1126/sciadv.1700342]
Este novo plástico apresenta a mesma condução térmica do vidro – ainda muito menos do que os metais ou as cerâmicas, mas seis vezes melhor do que o mesmo polímero sem o tratamento.
“Os pesquisadores têm estudado há muito tempo maneiras de modificar a estrutura molecular dos polímeros para controlar suas propriedades mecânicas, ópticas ou eletrônicas, mas muito poucos estudos examinaram abordagens de projeto molecular para ajustar suas propriedades térmicas,” disse Kevin Pipe, membro da equipe. “Embora o fluxo de calor nos materiais seja frequentemente um processo complexo, mesmo pequenas melhorias na condutividade térmica dos polímeros pode ter um grande impacto tecnológico”.
Bibliografia:
High thermal conductivity in electrostatically engineered amorphous polymers
Apoorv Shanker, Chen Li, Gun-Ho Kim, David Gidley, Kevin P. Pipe, Jinsang Kim
Science Advances
Vol.: 3, no. 7, e1700342
DOI: 10.1126/sciadv.1700342
Autor: Inovação Tecnológica
