Efecto reticulante del aditivo de bórax sobre las propiedades térmicas del polímero.

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

1856 Accesos

1 Citas

Detalles de métricas

Recientemente, los materiales a base de polímeros se han utilizado en diversos 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 rellenos de nanotubos de carbono unidimensionales de pared delgada (1D-TWCNT) y nanohojas 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 tetraborato de sodio (bórax) sobre las propiedades térmicas de los nanocompuestos 1D-TWCNT/PVA y 2D-BNNS/PVA. El bórax es un aditivo reticulante muy conocido que se puede utilizar con PVA. La densidad de reticulación del nanocompuesto de PVA-bórax se controló cambiando su concentración de iones borato. La adición de bórax a los nanocompuestos mejora la conductividad de los nanocompuestos 1D-TWCNT/PVA hasta un 14,5 % (4 % en peso de bórax) y de los nanocompuestos 2D-BNNS/PVA 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 excesiva disipación de calor resultante 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 la 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 a base de polímeros se utilizan comúnmente en TIM, especialmente por su facilidad de procesamiento, flexibilidad y bajo costo. Sin embargo, la conductividad térmica de los materiales a base de polímeros es baja (p. ej., 0,19 W/m∙K). Por tanto, la incorporación de nanomateriales de relleno altamente conductores térmicamente como grafeno, nanotubos de carbono (CNT), nitruro de boro, etc. al polímero (matriz) para utilizar como TIM es una de las tendencias actuales de investigación para mejorar el área de contacto entre los componentes electrónicos. Componente y disipador de calor1. En este estudio, se utilizaron CNT unidimensionales 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 a 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 de fonones interfaciales resultante de las uniones de CNT y materiales base (por ejemplo, polímeros), lo que puede limitar el aumento de la conductividad térmica. Por lo tanto, es necesario controlar la fracción de relleno para mantener suficientemente las propiedades mecánicas y otras propiedades del compuesto manteniendo al mismo tiempo una alta conductividad térmica. En diversas publicaciones, se propusieron como materiales TIM 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 térmicamente conductores es limitado, especialmente debido a su naturaleza metálica o semiconductora.

Los BN bidimensionales se consideran 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 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 más alta que 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 a 600 W/m∙K en la dirección paralela al plano cristalino y un plano pasante relativamente bajo. Conductividad térmica de 20–30 W/m∙K en la dirección perpendicular al plano del cristal. Una nanohoja de BN (BNNS) tiene una estructura bidimensional (2D), similar a la estructura geométrica del grafeno21. Estas estructuras 2D se pueden apilar y mantener juntas mediante 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 nanohojas BN para aplicaciones TIM. En estudios previos se ha investigado la mejora de las propiedades térmicas del PVA mediante el uso de BNNS alineados vertical/horizontalmente con características anisotrópicas15,16. En este estudio, se utilizó 2D-BNNS como relleno para obtener un nanocompuesto a base de polímero. También se puede utilizar la reticulación de PVA utilizando un reticulante, como el bórax, para mejorar las propiedades térmicas del PVA. La reticulación de PVA con bórax se menciona en la literatura22,23.

En este estudio, se utilizaron 1D-TWCNT y 2D-BNNS como rellenos en una matriz polimérica a base de PVA para explorar el transporte de energía térmica en nanocompuestos mediante el control de condiciones experimentales, como características morfológicas y 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 paredes delgadas (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 utilizando agua desionizada (DI).

Se utilizaron tres tipos de TWCNT como rellenos 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 cargas 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) TWCNT al 0,20% en peso 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 usando 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, los nanocompuestos de bórax: TWCNT/PVA con diferentes porcentajes en peso de bórax, como 2 en peso .%, 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 la sonicación. La muestra se preparó de forma similar a TWCNT:SDBS:PVA. La Tabla 2 muestra los parámetros experimentales para la síntesis del nanocompuesto de bórax: TWCNT/PVA.

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

Utilizando un método similar, se prepararon muestras de BNNS/PVA y bórax: BNNS/PVA para estudiar el efecto de la morfología del relleno sobre la conductividad térmica. Para la síntesis del nanocompuesto de BNNS/PVA, se disolvió 20% en peso (0,15 g) de BNNS en la solución de matriz de PVA (0,6 g). A continuación, se logró la mezcla de solución estable mediante homogeneización durante 20 minutos utilizando un sonicador de sonda (500 W, 20 kHz). Para preparar el bórax: se añadió nanocompuesto de 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 utilizando un medidor de espesor (Minutolo, 547-401). Las morfologías de la superficie 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 ASTM D5470 casera, como se muestra en la Fig. 2a. Se cargaron materiales de grasa o pasta 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 calentamiento y enfriamiento se encendieron y luego se estabilizaron en la configuración especificada de modo 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 minutos 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 medidoras. Las características generales de las barras del 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 medidora fría, QH es el flujo de calor en la barra medidora caliente, Q es el flujo de calor promedio a través de la muestra de película, λ es la conductividad térmica de la barra medidora 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 las barras medidoras frías y calientes en contacto con las muestras de película se midieron usando las Ecs. (4) y (5), respectivamente:

donde TC es la temperatura de la superficie de la muestra de película en contacto con la barra medidora fría, TH es la temperatura de la superficie de la muestra de película en contacto con la barra medidora caliente, dC es la distancia desde TC1 a la superficie de la muestra de película en contacto con la barra medidora fría, dH es la distancia desde TH5 a la superficie de la muestra de película en contacto con la barra medidora caliente, y L es el espesor de la muestra de película. La conductividad térmica se calculó utilizando la ecuación. (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 según la concentración de CNT24. Esto se debe a la estructura única de los CNT con una alta relación de aspecto y a 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 haz, la conductividad del conjunto 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 reticuló usando 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 mejor reticulación 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 del PVA, lo que puede atribuirse a la formación de una red entre los iones borato y (–OH) en las hebras de polímero adyacentes. La reacción de reticulación se produce 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 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, que afectan la flexibilidad y procesabilidad de las películas nanocompuestas, la concentración de relleno TWCNT se estableció en 20% en peso según los resultados de una investigación previa7. 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 compuesto se varió cambiando la concentración de bórax a 2, 4 y 6% en peso. Se sabe que el efecto de reticulación puede causar dos impactos separados en las estructuras moleculares de PVA: (i) inmovilización de segmentos de cadena de PVA en los puntos de quelato entre los grupos OH y los iones borato y (ii) un efecto de copolímero que resulta en depresión. de cristalinidad22. La conductividad térmica se calculó para los diferentes nanocompuestos de TWCNT/PVA en diversas 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) en diversas concentraciones de bórax (0, 2, 4 y 6% en peso).

En la Fig. 4 se muestran películas de nanocompuestos TWCNT/PVA añadidas con bórax al 4 y 2% en peso, 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 nanocompuesto de bórax: 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 adicionalmente con la matriz de PVA con relleno 2D BNNS en diferentes concentraciones de bórax. La Figura 5a muestra las características morfológicas de BN. Las imágenes FE-SEM para BNNS / PVA desnudo se muestran 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. La conductividad térmica del nanocompuesto de bórax: BNNS/PVA se calculó y se comparó con el nanocompuesto de 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 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) se puede analizar comparando las microestructuras de dos películas nanocompuestas. En primer lugar, los TWCNT cilíndricos con una alta relación de aspecto 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 TWCNT daba como resultado 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 hidrofóbicos en 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 hidrófilas y una buena afinidad por la 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 huecos de aire pueden causar más desconexiones entre las vías térmicamente conductoras porque los huecos 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 películas nanocompuestas 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 de PVA y a la mejora de la viscoelasticidad del PVA27,28. Además, debido a que los hidrogeles formados por la complejación de PVA-bórax tienen una alta solubilidad inherente en agua, parece que la dispersabilidad de las nanopartículas de relleno en la mezcla de solución se mantuvo a pesar del aumento de sus características viscoelásticas22. Se confirmó que cuando se agregaron 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 la reticulación entre las cargas y promueve la formación de la red de conducción de calor. La adición de bórax puede reducir de forma 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 se puede utilizar para cambiar la microestructura del compuesto directamente, el rendimiento del compuesto depende considerablemente de la concentración de los aditivos (es decir, bórax). En consecuencia, la mejora de la conductividad térmica fue limitada para las 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 sobre 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 películas nanocompuestas de matriz de PVA utilizando dos rellenos diferentes, 1D-TWCNT y 2D-BNNS, para determinar las aplicaciones TIM de las películas nanocompuestas. Se llevó a cabo 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, añadido 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 con 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 de 2, 4 y 6% en peso. La conductividad térmica máxima de los nanocompuestos se obtuvo con 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 las partículas de látex 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 reticulante en la matriz polimérica y, por 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 utilizan rellenos BNNS en forma de escamas es superior (es decir, 7,31 veces la conductividad térmica del PVA) a la de los nanocompuestos que utilizan rellenos TWCNT cilíndricos en las mismas concentraciones (20% en peso). Un aumento adicional en la concentración de bórax redujo la conductividad térmica de los nanocompuestos. Los hallazgos del estudio muestran que la matriz de Borax-PVA con un relleno BNNS 2D sería un candidato potencial para aplicaciones TIM.

Los conjuntos de datos utilizados y/o analizados durante el presente estudio están disponibles del autor correspondiente previa solicitud razonable.

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

Artículo ADS CAS Google Scholar

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

Artículo CAS Google Scholar

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

Artículo CAS Google Scholar

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

Artículo de Google Scholar

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

Artículo ADS CAS Google Scholar

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

Artículo ADS CAS Google Scholar

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

Artículo de Google Scholar

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

Artículo ADS CAS Google Scholar

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 Scholar

Park, EJ, Lee, JW, Jung, DS & Shim, SE Propiedades térmicas y eléctricas del compuesto PS/MWCNT preparado mediante mezcla de soluciones: efecto de la modificación de la superficie de MWCNT. Compos 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 Scholar

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

Artículo ADS CAS Google Scholar

Chen, HG y cols. Conductividad térmica de compuestos a base de polímeros: fundamentos y aplicaciones. Prog. Polimero. Ciencia. 59, 41–85 (2016).

Artículo CAS Google Scholar

Leung, SN Compuestos y nanocompuestos poliméricos térmicamente conductores: relaciones procesamiento-estructura-propiedad. Compos. B 150, 78–92 (2018).

Artículo CAS Google Scholar

Xie, BH, Huang, X. & Zhang, GJ Compuestos de alcohol polivinílico de alta conductividad térmica con microplaquetas de nitruro de boro hexagonal como rellenos. Compos. Ciencia. Tecnología. 85, 98-103 (2013).

Artículo CAS Google Scholar

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

Artículo CAS Google Scholar

Lin, Z., Mcnamara, A., Liu, Y., Moon, KS & Wong, CP Nanocompuesto polimérico exfoliado a base de nitruro de boro hexagonal con conductividad térmica mejorada para encapsulación electrónica. Compos. Ciencia. Tecnología. 90, 123-128 (2014).

Artículo CAS Google Scholar

Salunke, DR y Gopalan, V. Comportamientos térmicos y eléctricos del compuesto de matriz polimérica reforzada con nitruro de boro/epóxido: una revisión. Polimero. Compos. 42, 1659–1669 (2021).

Artículo CAS Google Scholar

Lee, JS y cols. Nanohojas de nitruro de boro (BNNS) modificadas químicamente mediante polimerización por injerto de poli(caprolactona) para compuestos poliméricos térmicamente conductores. Química. Asiático J. 11, 1921-1928 (2016).

Artículo CAS Google Scholar

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

Artículo CAS Google Scholar

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

Artículo CAS Google Scholar

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

Artículo CAS Google Scholar

Geng, S., Shah, FU, Liu, P., Antzutkin, ON y Oksman, K. Efectos plastificantes y reticulantes 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 Scholar

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

Artículo ADS CAS Google Scholar

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

Artículo CAS Google Scholar

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

ADS del artículo Google Scholar

Wie, JH, Kim, KW y 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 de Google Scholar

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

Artículo CAS Google Scholar

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

Artículo CAS Google Scholar

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 Scholar

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 en 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 igualmente: Geyang Chen, AA Yadav e In-Woo Jung.

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

Geyang Chen

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

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

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

Kyungwho Choi

También puedes 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 reclamos jurisdiccionales en mapas publicados y afiliaciones institucionales.

Acceso Abierto Este artículo está bajo una Licencia Internacional Creative Commons Attribution 4.0, que permite el uso, compartir, adaptación, distribución y reproducción en cualquier medio o formato, siempre y cuando se dé el crédito apropiado al autor(es) original(es) y a la fuente. proporcione un enlace a la licencia Creative Commons e indique 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 normativa legal o excede el uso permitido, deberá obtener 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 sobre las propiedades térmicas de nanocompuestos 1D y 2D a base de 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 de mayo de 2022

Aceptado: 05 de septiembre de 2022

Publicado: 26 de septiembre de 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, actualmente no hay un enlace para compartir disponible para este artículo.

Proporcionado por la iniciativa de intercambio de contenidos 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.