По-настоящему эффективный проводник тепла в эпоху нанотехнологий должен быть компактным и умным. В данном случае под этим словом подразумевается способность проводить тепло лишь вдоль собственного материала, но не от него. В Токийском университете в Японии группа ученых создала материал из тщательно выровненных углеродных нанотрубок, который проводит тепло именно таким образом.
Почему это было нужно?
Высокая температура в электронных устройствах может привести к их полному выходу из строя. Для того, чтобы этого не происходило, компьютерные компоненты обрабатываются термопастой и подключаются к тепловым трубам, вентиляторам и даже системам водяного охлаждения. Их задача в том, чтобы отвести тепло от чувствительных компонентов и рассеять его в окружающую среду.
По мере того как детали становятся меньше, проблема становится острее. Современные транзисторы теперь измеряются в нанометрах, и привычные способы охлаждения тоже нуждаются в переменах.
Революционный подход
До сих пор наиболее эффективным решением с экономической точки зрения были такие металлы, как медь. Но тепло проходит через них одинаково хорошо во всех направлениях, то есть может распространиться на любой другой компонент, который находится в тепловом контакте.
Ученые отметили уникальные свойства углеродных нанотрубок. Практика показала, что по направлению материала тепло проводилось с коэффициентом 43 (Вт·м⁻¹·К⁻¹). В направлении от них коэффициент был на три порядка меньше — 0,085 (Вт·м⁻¹·К⁻¹), почти такой же, как у стекловолокна. Другими словами, материал в 500 раз лучше проводит тепло в одном направлении, чем в другом — и это самая большая на сегодня асимметрия для теплопроводных материалов.
Практическое решение
Проблема применения нанотрубок в производстве долго была в сложности их стыковки: они с трудом удерживались в плотном порядке друг к другу, чтобы создавать нужные формы. Однако исследователи нашли способ собрать их в структуру, плотную и упорядоченную, почти как у кристалла. Для этого они были погружены в специальный раствор, в котором при определенном уровне плотности структурировались сами по себе. Затем с помощью вакуума жидкость медленно откачивали, и оставался лишь сверхтонкий материал с высокой электропроводностью, делающий нанотехнологии еще ближе к нам.