Efecto de reticulación del aditivo de bórax en las propiedades térmicas del polímero.

Scientific Reports volumen 12, Número de artículo: 16029 (2022) Citar este artículo

1551 Accesos

Detalles de métricas

Recientemente, los materiales basados en polímeros se han utilizado en varios campos de aplicaciones, pero su baja conductividad térmica restringe sus usos debido a la alta resistencia térmica interfacial. Por lo tanto, en este estudio, se utilizaron nanotubos de carbono de pared delgada unidimensionales (1D-TWCNT) y nanoláminas de nitruro de boro bidimensionales (2D-BNNS) para mejorar las propiedades térmicas del alcohol polivinílico (PVA). Un factor importante a considerar para mejorar las propiedades térmicas del PVA es la estrategia de configuración interfacial, que proporciona vías suficientes para el transporte de fonones y la pérdida controlada de las propiedades térmicas intrínsecas del nanomaterial de relleno. En este estudio, se exploró el efecto del aditivo de tetraborato de sodio (bórax) en las propiedades térmicas de los nanocompuestos 1D-TWCNT/PVA y 2D-BNNS/PVA. El bórax es un conocido aditivo de reticulación que se puede utilizar con PVA. La densidad de reticulación del nanocompuesto de PVA-bórax se controló cambiando su concentración de iones de borato. La adición de bórax a los nanocompuestos mejora la conductividad de los nanocompuestos 1D-TWCNT/PVA hasta en un 14,5 % (4 % en peso de bórax) y de los nanocompuestos 2D-BNNS/PVA en hasta un 30,6 % para BNNS (2 % en peso de bórax). Así, cuando se añadió bórax, el nanocompuesto 2D-BNNS/PVA mostró mejores resultados que el nanocompuesto 1D-TWCNT/PVA.

La gestión térmica se ha vuelto cada vez más importante debido a la disipación de calor excesiva que resulta de los requisitos de rendimiento mejorados y la integración de alta densidad de dispositivos eléctricos/electrónicos1. Los espacios o vacíos están presentes entre el componente electrónico y el disipador de calor debido a la superficie no uniforme, lo que da como resultado una alta resistencia de interfaz térmica (Kapitza)2. Por lo tanto, el material de interfaz térmica (TIM) utilizado entre la fuente de calor y el disipador de calor juega un papel importante en la disipación efectiva del calor3,4. Los materiales basados en polímeros se usan comúnmente en TIM, especialmente debido a su facilidad de procesamiento, flexibilidad y bajo costo. Sin embargo, la conductividad térmica de los materiales basados en polímeros es baja (p. ej., 0,19 W/m∙K). Por lo tanto, la incorporación de nanomateriales de relleno de alta conductividad térmica como el grafeno, los nanotubos de carbono (CNT), el nitruro de boro, etc. al polímero (matriz) para usar como TIM es una de las tendencias de investigación actuales para mejorar el área de contacto entre la electrónica componente y disipador de calor1. En este estudio, se usaron CNT unidimensional de paredes delgadas (1D-TWCNT) y nitruro de boro (BN) como materiales de relleno.

Los CNT unidimensionales muestran excelentes características para mejorar la conductividad térmica debido a su conductividad térmica superior de 1000–3000 W/m∙K5,6 en la naturaleza. La conductividad térmica depende en gran medida de la formación de una red conductora continua dentro del material. Sin embargo, un aumento en el contenido de CNT provoca la dispersión interfacial de fonones resultante de las uniones de CNT y materiales base (p. ej., polímeros), lo que puede limitar el aumento de la conductividad térmica. Por lo tanto, es necesario controlar la fracción del relleno para mantener suficientemente las propiedades mecánicas y de otro tipo del material compuesto mientras se mantiene una alta conductividad térmica. En diversas publicaciones, se propusieron como materiales TIM los nanocompuestos basados en CNT con diversas matrices poliméricas, como alcohol polivinílico (PVA), polidimetilsiloxano (PDMS), poliimida (PI), poliestireno (PS), policarbonato (PC) y epoxi7,8. 9,10,11,12. Además, aunque los CNT tienen muchas ventajas para la conducción de calor, su uso en aplicaciones industriales que requieren aislamiento eléctrico de materiales termoconductores es limitado, especialmente debido a su naturaleza metálica o semiconductora.

El BN bidimensional se considera un candidato prometedor como relleno porque son excelentes aislantes eléctricos con alta inercia química e interacciones entre capas, junto con excelentes propiedades térmicas y mecánicas similares a las de los CNT13,14. Por lo tanto, se puede utilizar como relleno para mejorar la baja conductividad térmica de los polímeros en TIM15,16,17,18,19. h-BN (BN hexagonal) tiene una conductividad térmica de hasta 400 W/m∙K a temperatura ambiente20, que es superior a la de la mayoría de los materiales metálicos y cerámicos. h-BN tiene características típicas de anisotropía en propiedades termofísicas (es decir, conductividad térmica): una alta conductividad térmica en el plano de 300–600 W/m∙K en la dirección paralela al plano del cristal y un plano pasante relativamente bajo. conductividad térmica de 20–30 W/m∙K en la dirección perpendicular al plano del cristal. Una nanolámina de BN (BNNS) tiene una estructura bidimensional (2D), similar a la estructura geométrica del grafeno21. Estas estructuras 2D se pueden apilar y mantener juntas a través de las fuerzas de van der Waals, lo que da como resultado varias capas de nanoláminas de nitruro de boro. Por lo tanto, es importante organizar cada capa para formar efectivamente una red de transporte térmico entre las fuentes de calor y los sumideros en el uso de nanoláminas BN para aplicaciones TIM. La mejora de las propiedades térmicas del PVA mediante el uso de BNNS alineados vertical/horizontalmente con características anisotrópicas se ha investigado en estudios anteriores15,16. En este estudio, se utilizó un BNNS 2D como relleno para obtener un nanocompuesto basado en polímeros. La reticulación de PVA con un reticulante, como el bórax, también se puede utilizar para mejorar las propiedades térmicas del PVA. El entrecruzamiento de PVA con bórax se menciona en la literatura22,23.

En este estudio, 1D-TWCNT y 2D-BNNS se utilizaron como rellenos en una matriz polimérica basada en PVA para explorar el transporte de energía térmica en nanocompuestos controlando las condiciones experimentales, como las características morfológicas y las concentraciones de aditivos, para la reticulación reforzada de la matriz polimérica. nanocompuestos. Se estudió el efecto de la concentración de bórax, el aditivo reticulante, sobre las propiedades térmicas de 1D-TWCNT/PVA y 2D-BNNS/PVA. Inicialmente, se utilizaron diferentes tipos de 1D-TWCNT (TWCNT-1, TWCNT-2 y TWCNT-3) con una matriz de PVA para evaluar las propiedades térmicas del PVA. Además, se estudiaron los efectos de la concentración de bórax en los nanocompuestos 1D-TWCNT/PVA y 2D-BNNS/PVA y se compararon los resultados.

Nanotubos de carbono de pared delgada (TWCNT) (JEIO), nitruro de boro (h-BN, 99,8 %, 5 µm) (US Research Nanomaterials, Inc., Houston, EE. UU.), Dodecilbencenosulfonato de sodio (SDBS) (DAEJUNG) Poli( alcohol vinílico) (PVA, Sigma-Aldrich, EE. UU.), alcohol isopropílico (IPA 99,5 %, DAEJUNG, Corea) y tetraborato de sodio (bórax) (DUKSAN). Todos los químicos fueron usados sin purificación adicional. Todos los experimentos se realizaron con agua desionizada (DI).

Se utilizaron tres tipos de TWCNT como relleno para la síntesis de nanocompuestos de TWCNT/PVA: TWCNT-1, TWCNT-2 y TWCNT-3 (Tabla 1). En particular, se utilizó PVA como matriz polimérica para rellenos TWCNT. Inicialmente, se disolvieron 0,2 g de PVA en 50 ml de DI con agitación continua para formar una solución de PVA. Además, se dispersaron (0,10 g) 0,20% en peso de TWCNT en una solución de PVA junto con SDBS que se usó como dispersante (0,2 g). La relación TWNT:SDBS:PVA fue 1:2:2. Se preparó una mezcla de reacción homogénea utilizando un sonicador de sonda ultrasónica a 50 W durante 20 min. A continuación, esta mezcla de reacción se vertió en un molde de plástico cuadrado de 25 cm2 y se secó al aire a temperatura ambiente durante 48 h. Para eliminar el agua residual, el TWCNT/PVA final se secó en un horno a 40 °C durante 6 h adicionales, como se muestra en la Fig. 1. De manera similar, bórax: nanocompuestos de TWCNT/PVA con diferentes porcentajes de peso de bórax, como 2 wt Se prepararon .%, 4% en peso y 6% en peso. En una mezcla de solución homogénea de TWCNT, SDBS y PVA, se añadió 2 % en peso, 4 % en peso y 6 % en peso de bórax, respectivamente, y luego se mezcló bien usando sonicación. La muestra se preparó de forma similar a TWCNT:SDBS:PVA. La Tabla 2 muestra los parámetros experimentales para la síntesis del bórax: nanocompuesto TWCNT/PVA.

Procedimiento experimental general para la síntesis de películas de nanocompuestos TWCNT/PVA.

Usando un método similar, BNNS/PVA y bórax: Se prepararon muestras de BNNS/PVA para estudiar el efecto de la morfología del relleno en la conductividad térmica. Para la síntesis del nanocompuesto BNNS/PVA, se disolvió 20% en peso (0,15 g) de BNNS en la solución de matriz de PVA (0,6 g). A continuación, la mezcla de solución estable se logró por homogeneización durante 20 min utilizando un sonicador de sonda (500 W, 20 kHz). Para preparar el bórax: se añadió nanocompuesto BNNS/PVA, 2 % en peso, 4 % en peso y 6 % en peso de bórax, respectivamente, en la solución homogénea de 20 % en peso de BNNS y PVA. Los parámetros experimentales se enumeran en la Tabla 3.

El espesor de la muestra se midió con una galga de espesores (Minutolo, 547-401). Las morfologías superficiales de las muestras preparadas se estudiaron mediante microscopía electrónica de barrido de emisión de campo (FESEM, Hitachi S-4800).

La conductividad térmica de la muestra preparada se midió utilizando una configuración estándar casera ASTM D5470, como se muestra en la Fig. 2a. Los materiales de grasa o pasta se cargaron en ambos lados de la muestra de película y luego se cargaron en la pila de prueba inferior. Posteriormente, el tornillo de avance compactó la muestra de película. Las unidades de calefacción y refrigeración se encendieron y luego se estabilizaron en la configuración especificada para que la temperatura promedio de la muestra de prueba fuera de 50 °C (promedio de TC1 y TH5), como se muestra en la Fig. 2b. Los cambios de temperatura se registraron y almacenaron utilizando sensores de temperatura y software de simulación. A potencia constante, la temperatura promedio de la muestra se mantuvo estable a 50 ± 2 °C durante 30 min y luego se calculó la conductividad térmica. La impedancia térmica se midió para cada muestra tres veces para minimizar el error.

(a) Sistema de prueba para conductividad térmica y (b) características generales del aparato utilizado en este método.

El flujo de calor a través de la muestra de película de prueba se calculó como el flujo de calor promedio a través de ambas barras de medición. Las características generales de las barras de medidor se muestran en la Fig. 2b. El flujo de calor se calcula de la siguiente manera:

donde QC es el flujo de calor en la barra de medición fría, QH es el flujo de calor en la barra de medición caliente, Q es el flujo de calor promedio a través de la muestra de película, λ es la conductividad térmica de la barra de medición y el material, A es el área del calorímetro de referencia, d es la distancia entre los sensores de temperatura (C1 y C2, H4 y H5), TH4 es la temperatura del sensor H4, TH5 es la temperatura del sensor H5, TC1 es la temperatura del sensor C1 y TC2 es la temperatura del sensor C2.

Las temperaturas de las superficies de la barra medidora caliente y fría en contacto con las muestras de película se midieron utilizando las Ecs. (4) y (5), respectivamente:

donde TC es la temperatura de la superficie de la muestra de la película en contacto con la barra medidora fría, TH es la temperatura de la superficie de la muestra de la película en contacto con la barra medidora caliente, dC es la distancia desde TC1 a la superficie de la muestra de la película en contacto con la barra medidora caliente. barra de medición fría, dH es la distancia desde TH5 a la superficie de la muestra de película en contacto con la barra de medición caliente, y L es el espesor de la muestra de película. La conductividad térmica se calculó utilizando la Ec. (6).

La conductividad térmica se expresó en unidades de W/m∙K.

Los nanocompuestos de matriz polimérica rellenos de TWCNT han demostrado una mejora anómala de la conductividad térmica más allá de los valores esperados en función de la concentración de CNT24. Esto se debe a la estructura única de los CNT con una alta relación de aspecto y la conductividad atribuida principalmente a los fonones de baja frecuencia, dependiendo de sus altas velocidades de fonón y los grandes caminos libres medios. Cuando se ensamblan estos CNT, su resistencia térmica interfacial afecta negativamente al transporte de energía térmica. Según la literatura, cuando los CNT se ensamblan en forma de paquete, la conductividad del ensamblaje es solo un tercio de la conductividad de un CNT individual, como se muestra en la Fig. 3a. Cuando los CNT se ensamblan perpendicularmente, la conductividad del conjunto es menor que la de un CNT individual en dos órdenes de magnitud. La resistencia térmica interfacial entre dos CNT depende del tipo de contacto entre ellos, es decir, si son paralelos o perpendiculares entre sí. Además, cuando el CNT forma un compuesto con PVA, la conductividad térmica del compuesto disminuye aproximadamente entre un 30 y un 50 %, lo que indica que el polímero inhibe la transferencia de calor entre los haces de CNT25. Las imágenes morfológicas del nanocompuesto TWCNT/PVA se muestran en la Fig. 3b,c Para mejorar las propiedades térmicas del PVA, se entrecruzó con bórax y las imágenes FE-SEM de bórax: TWCNT/PVA se muestran en la Fig. 3d. Las imágenes ampliadas de bórax: TWCNT/PVA (Fig. 3e, f) muestran una reticulación mejorada de la matriz de PVA después de la adición de bórax. El estudio morfológico muestra el cambio en el tamaño de las partículas de látex de PVA después de la adición de iones borato, efecto similar observado previamente para la matriz de poli(acetato de vinilo)23. Al agregar bórax a una solución acuosa de PVA, se puede iniciar la gelificación de PVA, lo que se puede atribuir a la formación de una red entre los iones de borato y (-OH) en las hebras de polímero adyacentes. La reacción de entrecruzamiento tiene lugar expresada de la siguiente manera22:

Imágenes FE-SEM para (a) TWCNT, (b,c) TWCNT/PVA y (d–f) bórax: TWCNT/PVA.

La densidad de reticulación del compuesto de bórax-PVA se puede ajustar cambiando su concentración de iones de borato. En este estudio, se estudiaron las propiedades térmicas de tres TWCNT/PVA diferentes (TWCNT-1, TWCNT-2 y TWCNT-3). Para reducir el costo de producción y la aglomeración causada por las altas concentraciones de relleno, lo que afecta la flexibilidad y la procesabilidad de las películas de nanocompuestos, la concentración de relleno de TWCNT se fijó en 20 % en peso según los resultados de una investigación anterior7. Como se muestra en la Fig. 4, el compuesto TWCNT/PVA (TWCNT-3) exhibió la conductividad térmica más alta (0,569 W/m∙K). La densidad de reticulación del material compuesto se varió cambiando la concentración de bórax a 2, 4 y 6% en peso. Se sabe que el efecto de entrecruzamiento puede causar dos impactos separados en las estructuras moleculares del PVA: (i) la inmovilización de los segmentos de la cadena del PVA en los puntos de quelato entre los grupos OH y los iones de borato y (ii) un efecto de copolímero que produce depresión. de cristalinidad22. La conductividad térmica se calculó para los diferentes nanocompuestos de TWCNT/PVA a varias concentraciones de bórax como se muestra en la Fig. 4.

Comparación de conductividades térmicas de TWCNT/PVA para (TWCNT-1, TWCNT-2 y TWCNT-3) a varias concentraciones de bórax (0, 2, 4 y 6 % en peso).

Las películas de nanocompuestos TWCNT/PVA añadidas con bórax de 4 y 2% en peso se muestran en la Fig. 4, respectivamente. Como resultado, la conductividad térmica mejoró en un 14,5 % (0,652 W/m∙K), en comparación con el nanocompuesto TWCNT/PVA desnudo. En particular, se demostró la mejora para todos los tipos de geometría TWCNT. Por lo tanto, agregar bórax a la matriz de PVA mejoró su conductividad térmica y la conductividad térmica máxima del bórax: nanocompuesto TWCNT/PVA obtenido usando una concentración de bórax del 4 % en peso con la muestra TWCNT-3 fue de 0,652 W/m∙K. Propiedades térmicas del bórax: el nanocompuesto TWCNT/PVA se comparó con la matriz de PVA con relleno 2D BNNS a diferentes concentraciones de bórax. La figura 5a muestra las características morfológicas de la BN. Las imágenes FE-SEM para el BNNS/PVA desnudo se mostraron en la Fig. 5b, c. Para mejorar la reticulación de la matriz de PVA, se añadió aditivo de bórax con diferentes concentraciones, como 2, 4 y 6% en peso. La reticulación mejorada se observa fácilmente en la Fig. 5d, e. Se calculó la conductividad térmica del bórax: nanocompuesto BNNS/PVA y se comparó con el nanocompuesto bórax: TWCNT/PVA (TWCNT-3).

Imágenes FE-SEM de (a) BN, (b,c) BNNS/PVA, (d,e) bórax: BNNS/PVA.

A partir de los resultados de la medición que se muestran en la Fig. 6, se confirmó que la conductividad térmica para BNNS/PVA puro fue de 1,4169 W/m∙K (± 0,036). La conductividad térmica mejorada para el bórax: nanocompuesto BNNS/PVA, la conductividad térmica máxima obtenida al 2% en peso es 1,909 W/m∙K (± 0,007). En particular, el excelente rendimiento de BNNS a la misma concentración (20% en peso) puede analizarse comparando las microestructuras de dos películas de nanocompuestos. En primer lugar, los TWCNT cilíndricos con una relación de aspecto alta se enredaban fácilmente cuando se dispersaban en una solución de mezcla de PVA/DI (agua desionizada), en comparación con los BNNS con forma de escamas. Se descubrió que el aumento de los puntos de unión entre los TWCNT provocaba la dispersión de fonones en sus interfaces, incluso si la conductividad térmica de una sola nanopartícula de TWCNT era mucho mayor que la de una sola nanopartícula de BNNS. Además, debido a que los TWCNT son hidrófobos en el agua, se usó un dispersante (p. ej., SDBS: dodecilbencenosulfonato de sodio) para mejorar la estabilidad coloidal. La presencia de dispersantes dentro de las películas compuestas afectó negativamente la conductividad térmica. A diferencia de los TWCNT, el BN nanoestructurado tiene características hidrofílicas y una buena afinidad por DI. Además, BNNS es una forma cristalina 2D con enlaces fuertes y fuerzas de van der Waals débiles entre las capas26. Por lo tanto, los BNNS en forma de escamas pueden formar una estructura apilada con menos huecos (Fig. 5d) que la estructura entrelazada entre los TWCNT cilíndricos (Fig. 3d). Los vacíos de aire pueden causar más desconexiones entre las vías térmicamente conductoras porque los vacíos actúan como barreras para el transporte de fonones. Los nanocompuestos a base de PVA que utilizan TWCNT y BNNS como rellenos, como se resume en la Tabla 4, mejoraron aproximadamente un 285 % (0,569 W/m∙K) y aproximadamente un 730 % (1,462 W/m∙K), respectivamente, en comparación con los nanocompuestos puros. PVA (0,2 W/m∙K).

Comparación de las conductividades térmicas de las películas de nanocompuestos TWCNT/PVA y BNNS/PVA obtenidas utilizando diferentes concentraciones de bórax (2–6 % en peso).

Se sabe que el bórax contribuye a la creación de una red de enlaces cruzados entre las cadenas moleculares del PVA y mejora la viscoelasticidad del PVA27,28. Además, debido a que los hidrogeles formados por la complejación de PVA-bórax tienen una alta solubilidad en agua inherente, parece que la dispersabilidad de las nanopartículas de relleno en la mezcla de la solución se mantuvo a pesar del aumento de sus características viscoelásticas22. Se confirmó que cuando se agregó 4 % en peso y 2 % en peso a las películas de nanocompuestos TWCNT/PVA (TWCNT-3) y PVA/BNNS, respectivamente, la conductividad térmica mejoró en un 14,5 % (0,652 W/m∙K ) y 30,6% (1,909 W/m∙K), respectivamente, en comparación con antes de la adición de bórax.

La figura 7 muestra el esquema del mecanismo de mejora de la conductividad térmica después de la adición de bórax. Esto se debe a que el bórax fortalece el entrecruzamiento entre los rellenos y promueve la formación de la red de conducción de calor. La adición de bórax puede reducir de manera rentable la aleatoriedad direccional de los rellenos en los nanocompuestos. Sin embargo, tiene la limitación de que no puede producir un valor optimizado para la conductividad térmica de los nanocompuestos29,30. Incluso si la alineación mejora considerablemente su conductividad térmica (por ejemplo, ~ 1,27 W/m∙K11), es costosa e inadecuada para la producción a gran escala. El enfoque propuesto en este estudio tiene ventajas comerciales debido al protocolo de síntesis simple y económico.

Mecanismo de mejora mediante reticulación reforzada y formación de red de transporte térmico mediante la adición de bórax.

Debido a que el método propuesto no puede usarse para cambiar la microestructura del material compuesto directamente, el rendimiento del material compuesto depende considerablemente de la concentración de los aditivos (es decir, bórax). En consecuencia, la mejora de la conductividad térmica se limitó para películas de nanocompuestos cuando la concentración de aditivos estaba por encima del valor óptimo (es decir, 4% en peso para TWCNT y 2% en peso para BNNS), como se muestra en las Figs. 4 y 6. Esto se debe a que el exceso de bórax provoca un aumento en la viscosidad de la solución de la mezcla de PVA/bórax, lo que resulta en un efecto negativo en la dispersión homogénea de las nanopartículas de relleno. Por lo tanto, se puede concluir que existe una concentración adecuada de aditivo de bórax según la forma de las nanopartículas de relleno.

En este estudio, se realizó con éxito una investigación experimental del rendimiento térmico de las películas de nanocompuestos de matriz de PVA utilizando dos rellenos diferentes, 1D-TWCNT y 2D-BNNS, para determinar las aplicaciones TIM de las películas de nanocompuestos. Se realizó un estudio sobre la conductividad térmica de tres tipos diferentes de nanocompuestos TWCNT/PVA (TWCNT-1, TWCNT-2 y TWCNT-3). Se estudió el efecto del bórax, agregado como reticulante en diferentes concentraciones (2, 4 y 6% en peso), sobre la conductividad térmica del nanocompuesto TWCNT/PVA. Los resultados mostraron que la conductividad térmica del nanocompuesto (TWCNT-3) mejoró a una concentración de bórax del 4% en peso. De manera similar, las propiedades térmicas de los nanocompuestos BNNS/PVA se estudiaron utilizando concentraciones de bórax al 2, 4 y 6 % en peso. La conductividad térmica máxima de los nanocompuestos se obtuvo a una concentración de bórax del 2% en peso. El grado de reticulación en la matriz de PVA se correlaciona con la concentración de bórax. El tamaño de partícula del látex de PVA y el efecto plastificante son factores cruciales que contribuyen a la alta conductividad térmica de los nanocompuestos TWCNT/PVA y BNNS/PVA en concentraciones de bórax de 4 y 2% en peso, respectivamente. El borato funciona como un buen agente de reticulación en la matriz polimérica y, por lo tanto, se puede despreciar el impacto de su adición a la matriz polimérica. Se encontró que la conductividad térmica de las películas de nanocompuestos que usan rellenos BNNS en forma de escamas es superior (es decir, 7,31 veces la conductividad térmica del PVA) a la de los nanocompuestos que usan rellenos cilíndricos TWCNT a las mismas concentraciones (20% en peso). Un mayor aumento en la concentración de bórax redujo la conductividad térmica de los nanocompuestos. Los hallazgos del estudio muestran que la matriz Borax-PVA con un relleno BNNS 2D sería un candidato potencial para aplicaciones TIM.

Los conjuntos de datos utilizados y/o analizados durante el estudio actual están disponibles del autor correspondiente a pedido razonable.

Kang, S.-W., Kim, S., Cho, C. & Choi, K. Investigación experimental de la dependencia del rendimiento termoeléctrico de nanotubos de carbono/nanocompuestos poliméricos en el protocolo de síntesis. Función compos. Estructura. 2(3), 035001 (2020).

Artículo ADS CAS Google Académico

Qiu, L., Zhu, N., Feng, Y., Zhang, X. & Wang, X. Propiedades de transporte térmico interfacial de compuestos híbridos de nanotubos de poliuretano/carbono. En t. J. Transferencia de masa de calor 152, 119565 (2020).

Artículo CAS Google Académico

Razeeb, KM, Dalton, E., Cross, GLW y Robinson, AJ Materiales de interfaz térmica presentes y futuros para dispositivos electrónicos. En t. Mate. Rev. 63(1), 1–21 (2018).

Artículo CAS Google Académico

Bar-Cohen, A., Matin, K. & Narumanchi, S. Materiales de interfaz nanotérmicos: revisión de tecnología y resultados recientes. J. Electron. Paquete 137(4), 040803 (2015).

Artículo Google Académico

Pop, E., Mann, D., Wang, Q., Goodson, K. y Dai, H. Conductancia térmica de un nanotubo de carbono de pared simple individual por encima de la temperatura ambiente. Nano Lett. 6(1), 96–100 (2006).

Artículo ADS CAS Google Académico

Koziol, K.-K., Janas, D., Brown, E. y Hao, L. Propiedades térmicas de las fibras de nanotubos de carbono de hilado continuo. Física E 88, 104–108 (2017).

Artículo ADS CAS Google Académico

Park, W.-C., Choi, K.-W., Lafdi, K. & Yu, C. Influencia de los nanomateriales en compuestos poliméricos en la conductividad térmica. J. Transferencia de calor 134(4), 041302 (2012).

Artículo Google Académico

Lee, DK, Yoo, JC, Kim, HW, Kang, BH y Park, SH Propiedades eléctricas y térmicas de compuestos de polímeros de nanotubos de carbono con varias relaciones de aspecto. Materiales 15(4), 1356 (2022).

Artículo ADS CAS Google Académico

Tonpheng, B., Yu, JC y Andersson, O. Conductividad térmica, capacidad calorífica y reticulación de compuestos de poliisopreno/nanotubos de carbono de pared simple bajo alta presión. Macromoléculas 42(23), 9295–9301 (2009).

Artículo ADS CAS Google Académico

Park, EJ, Lee, JW, Jung, DS y Shim, SE Propiedades térmicas y eléctricas del compuesto PS/MWCNT preparado mediante mezcla en solución: Efecto de la modificación superficial de MWCNT. Compuestos de elastómeros. 45(1), 17–24 (2010).

CAS Google Académico

Kim, HS, Jang, JU, Yu, JS y Kim, SY Conductividad térmica de compuestos poliméricos basada en la longitud de nanotubos de carbono de paredes múltiples. compos. B 79, 505–512 (2015).

Artículo CAS Google Académico

Biercuk, MJ, Llaguno, MC, Radosavljevic, M., Hyun, JK & Johnson, AT Compuestos de nanotubos de carbono para la gestión térmica. aplicación física Letón. 80, 2767–2769 (2002).

Artículo ADS CAS Google Académico

Chen, HG et al. Conductividad térmica de composites basados en polímeros: Fundamentos y aplicaciones. prog. polim. ciencia 59, 41–85 (2016).

Artículo CAS Google Académico

Leung, SN Compuestos y nanocompuestos poliméricos termoconductores: Relaciones de procesamiento-estructura-propiedad. compos. B 150, 78–92 (2018).

Artículo CAS Google Académico

Xie, BH, Huang, X. y Zhang, GJ Compuestos de alcohol polivinílico de alta conductividad térmica con microplaquetas de nitruro de boro hexagonal como relleno. compos. ciencia Tecnología 85, 98–103 (2013).

Artículo CAS Google Académico

Shen, H., Guo, J., Wang, H., Zhao, N. & Xu, J. Modificación bioinspirada de h-BN para películas compuestas de alta conductividad térmica con estructura alineada. Aplicación ACS. Mate. Interfaces 7, 5701–5708 (2015).

Artículo CAS Google Académico

Lin, Z., Mcnamara, A., Liu, Y., Moon, KS y Wong, CP Nanocompuesto de polímero a base de nitruro de boro hexagonal exfoliado con conductividad térmica mejorada para encapsulación electrónica. compos. ciencia Tecnología 90, 123–128 (2014).

Artículo CAS Google Académico

Salunke, DR & Gopalan, V. Comportamientos térmicos y eléctricos del compuesto de matriz de polímero reforzado con nitruro de boro/epoxi: una revisión. polim. compos. 42, 1659–1669 (2021).

Artículo CAS Google Académico

Lee, JS et al. Nanoláminas de nitruro de boro (BNNS) modificadas químicamente mediante la polimerización por injerto de poli(caprolactona) para compuestos poliméricos termoconductores. química Asiático J. 11, 1921-1928 (2016).

Artículo CAS Google Académico

Guerra, V., Wan, C. & Tony, M. Conductividad térmica del nitruro de boro (BN) nanoestructurado 2D y sus compuestos con polímeros. prog. Materia Sci. 100, 170–186 (2019).

Artículo CAS Google Académico

Bhimanapati, GR, Glavin, NR & Robinson, JA Nitruro de boro 2D: Síntesis y aplicaciones. Semisegundo. Semimetales 95, 101–147 (2016).

Artículo CAS Google Académico

Ochiai, H., Fukushima, S., Fujikawa, M. y Yamamura, H. Propiedades mecánicas y térmicas del poli(alcohol vinílico) reticulado por bórax. polim. J. 8(1), 131–133 (1976).

Artículo CAS Google Académico

Geng, S., Shah, FU, Liu, P., Antzutkin, ON y Oksman, K. Efectos de plastificación y reticulación de los aditivos de borato en la estructura y propiedades del poli(acetato de vinilo). RSC Avanzado. 7, 7483–7491 (2017).

Artículo ADS CAS Google Académico

Kumanek, B. & Janas, D. Conductividad térmica de las redes de nanotubos de carbono: una revisión. J.Mater. ciencia 54(10), 7397–7427 (2019).

Artículo ADS CAS Google Académico

Qiu, L., Zhang, X., Guo, Z. y Li, Q. Transporte de calor interfacial en ensamblajes de nanocarbono. Carbono 178, 391–412 (2021).

Artículo CAS Google Académico

Zue, QZ Modelo para la conductividad térmica efectiva de compuestos de nanotubos de carbono. Nanotecnología 17, 1655–1660 (2006).

Artículo ANUNCIOS Google Académico

Wie, JH, Kim, KW & Kim, JH Compuestos de alta conductividad térmica obtenidos mediante un novedoso tratamiento superficial de nitruro de boro. Cerámica. En t. 46(11), 156–756 (2020).

Artículo Google Académico

Han, JH, Lei, T. & Wu, Q. Preparación fácil de hidrogeles de polivinil alcohol-bórax modulables reforzados con nanopartículas de celulosa bien dispersas: propiedades físicas, viscoelásticas y mecánicas. Celulosa 20, 2947–2958 (2013).

Artículo CAS Google Académico

Xue, Y. et al. Mejora en la conductividad térmica de compuestos de caucho de silicona/nitruro de boro alineados en el plano pasante. Mate. Des. 165, 107580 (2019).

Artículo CAS Google Académico

Goh, PS, Ismail, AF & Ng, BC Alineación direccional de nanotubos de carbono en matrices poliméricas: enfoques contemporáneos y avances futuros. compos. A 56, 103–126 (2014).

Artículo CAS Google Académico

Descargar referencias

Este trabajo fue apoyado por la subvención de la Fundación Nacional de Investigación de Corea (NRF) financiada por el gobierno de Corea (MSIT) (No. NRF-2019R1G1A1006328). Además, este trabajo fue apoyado por la subvención de la Fundación Nacional de Investigación de Corea (NRF) financiada por el gobierno de Corea (MSIT) (No. 2019R1A5A8080290). Además, esta investigación fue apoyada por el Programa de Investigación de Ciencias Básicas a través de la Fundación Nacional de Investigación de Corea (NRF) financiada por el Ministerio de Educación (número de subvención: 2022R1A6A1A03056784).

Estos autores contribuyeron por igual: Geyang Chen, AA Yadav e In-Woo Jung.

Departamento de Ingeniería Mecánica, Universidad de Yeungnam, Gyeongsan, Gyeongbuk, 38541, República de Corea

Geyang Chen

Departamento de Ingeniería Automotriz, Universidad de Yeungnam, Gyeongsan, Gyeongbuk, 38541, República de Corea

AA Yadav, In-Woo Jung, Junho Lee y Seok-Won Kang

Escuela de Ingeniería Aeroespacial y Mecánica, Universidad Aeroespacial de Corea, Goyang, Gyeonggi-do, 10540, República de Corea

Kyungwho Choi

También puede buscar este autor en PubMed Google Scholar

GC, AY, IJ y JL realizaron los experimentos y prepararon parcialmente el manuscrito. KC y S.-WK planificaron los experimentos, analizaron los resultados y revisaron el manuscrito. AY, KC y S.-WK prepararon el manuscrito revisado. Todos los autores revisaron el manuscrito.

Correspondencia a Kyungwho Choi o Seok-Won Kang.

Los autores declaran no tener conflictos de intereses.

Springer Nature se mantiene neutral con respecto a los reclamos jurisdiccionales en mapas publicados y afiliaciones institucionales.

Acceso abierto Este artículo tiene una licencia internacional Creative Commons Attribution 4.0, que permite el uso, el intercambio, la adaptación, la distribución y la reproducción en cualquier medio o formato, siempre que se otorgue el crédito correspondiente al autor o autores originales y a la fuente. proporcionar un enlace a la licencia Creative Commons e indicar si se realizaron cambios. Las imágenes u otro material de terceros en este artículo están incluidos en la licencia Creative Commons del artículo, a menos que se indique lo contrario en una línea de crédito al material. Si el material no está incluido en la licencia Creative Commons del artículo y su uso previsto no está permitido por la regulación legal o excede el uso permitido, deberá obtener el permiso directamente del titular de los derechos de autor. Para ver una copia de esta licencia, visite http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/.

Reimpresiones y permisos

Chen, G., Yadav, AA, Jung, IW. et al. Efecto de reticulación del aditivo de bórax en las propiedades térmicas de nanocompuestos 1D y 2D basados en polímeros utilizados como materiales de interfaz térmica. Informe científico 12, 16029 (2022). https://doi.org/10.1038/s41598-022-19755-8

Descargar cita

Recibido: 11 mayo 2022

Aceptado: 05 septiembre 2022

Publicado: 26 septiembre 2022

DOI: https://doi.org/10.1038/s41598-022-19755-8

Cualquier persona con la que compartas el siguiente enlace podrá leer este contenido:

Lo sentimos, un enlace para compartir no está disponible actualmente para este artículo.

Proporcionado por la iniciativa de intercambio de contenido Springer Nature SharedIt

Al enviar un comentario, acepta cumplir con nuestros Términos y Pautas de la comunidad. Si encuentra algo abusivo o que no cumple con nuestros términos o pautas, márquelo como inapropiado.