Производство композитов для охлаждения электроники сделали дешевле в разы

Для этого российские материаловеды использовали синтетический каучук и карбид кремния

ТАСС, 23 ноября. Российские исследователи разработали дешевую технологию синтеза хорошо проводящих тепло полимерных композитов. В качестве сырья ученые использовали синтетические каучуки и карбид кремния. Статью с результатами исследования опубликовал научный журнал Polymers, кратко об этом пишет пресс-служба НИТУ «МИСиС».

«Получившийся после термообработки материал выдерживает температуры до 300 °С, хорошо отводит тепло и при этом почти не проводит ток. То есть его можно использовать в системах отвода тепла от различных электронных устройств», — прокомментировал один из авторов работы, старший научный сотрудник НИТУ «МИСиС» Андрей Степашкин.

Одна из главных проблем многих современных электронных чипов и устройств состоит в том, что они перегреваются при высоких нагрузках. Чтобы избавиться от этой проблемы, конструкторы подобных микросхем и устройств используют охлаждающие системы, то есть радиаторы, вентиляторы, пасты и клейкие составы, которые ускоряют передачу тепла.

Как правило, для изготовления элементов подобных систем охлаждения используются хорошо проводящие тепло металлы, такие как медь и алюминий. Это, однако, далеко не всегда возможно из-за того, что металлы проводят ток, отличаются высокой плотностью и плохо сопротивляются коррозии. Поэтому физики, химики и материаловеды уже много лет пытаются создать изолирующие полимерные материалы, которые могут хорошо проводить тепло и лишенные подобных недостатков.

Безотходная и дешевая технология

Степашкин и его коллеги из НИТУ «МИСиС» и Института электрофизики Уральского отделения РАН сделали большой шаг к решению этой проблемы. Они придумали, как можно синтезировать подобный полимерный композитный материал, который отличается высокой теплопроводностью и низкой стоимостью производства.

Его структура представляет собой трехмерную решетку из нитей синтетического каучука, между которыми находятся частицы карбида кремния — соединения хорошо проводящих тепло углерода и кремния. Подобные материалы создавались и раньше, однако преимущество российской разработки состоит в том, что производство нового материала почти в десять раз девшевле, а его теплопроводящие характеристики — лучше, чем у уже существующих аналогов.

Чтобы получить подобный композит, достаточно смешать карбид кремния и каучук и пропустить их через вальцы, который движутся с особо подобранной скоростью и направлением вращения. В результате частицы первого вещества окажутся внутри полимера и равномерно распределятся внутри него, поэтому в матрицу из синтетического каучука можно вводить очень много карбида кремния. Получившуюся смесь вулканизируют и насыщают углеродом при низких температурах. Благодаря этому материал приобретает нужную форму и механические характеристики.

«При такой технологии образуется очень мало отходов — эластомерная масса не только однородна, но и по своему поведению подобна пластилину или глине. Все остатки после раскроя заготовок можно тут же использовать повторно», — пояснил Степашкин.

По его словам, аналогичным образом можно производить и другие полимерные композиты, используя иные типы наполнителей, в том числе углеволокно или нитрид бора. Это значительно расширит их применение на практике, заключают ученые.

Директор Института биомедицинской инженерии Фёдор Сенатов на визионерской сессии «Прекрасное не далеко. Квантовый мир завтрашнего дня»Директор Института биомедицинской инженерии Фёдор Сенатов на визионерской сессии «Прекрасное не далеко. Квантовый мир завтрашнего дня»