همشهری آنلاین -یکتافراهانی : معمولا درک سنتی ما از مواد رسانای گرما بر پایه نظم و کمال ساختاری استوار بوده است. اما پژوهشی تازه نشان داده این باور ممکن است اشتباه باشد. محققان دریافته‌اند نقص‌های میکروسکوپی در ساختار مواد، به‌ویژه در فیلرهای اکسید گرافیت می‌توانند به طرز چشمگیری عملکرد انتقال گرما را افزایش دهند. در این مطالعه، مشخص شد وجود این نقص‌ها مانع از چسبیدن زنجیره‌های پلیمری به یکدیگر می شوند و فضای بهتری برای حرکت و انتشار ارتعاشات گرمایی یا همان فونون‌ها فراهم می‌کنند.
این یافته‌ها نه‌تنها نظریه‌های قدیمی را به چالش می‌کشند، بلکه پنجره‌ای تازه به طراحی مواد هوشمند، به‌ویژه در حوزه فناوری‌های پرحرارت مانند میکروچیپ‌ها و ربات‌های نرم، می‌گشایند.
بهبود انتقال گرما در پلیمرها
در پژوهشی جدید و شگفت‌انگیز، محققان دریافته‌اند نقص‌ها در ساختار مواد می‌توانند باعث بهبود انتقال گرما در پلیمرها شوند. در حالی که مواد کامل و بی‌نقص همیشه به عنوان گزینه برتر مطرح بوده‌اند، این مطالعه نشان می‌دهد که مواد ناقص (فیلرهای اکسید گرافیت دارای نقص) عملکرد حرارتی بسیار بهتری از خود نشان می‌دهند. این یافته، نه تنها نظریه‌های پیشین را به چالش می‌کشد، بلکه مسیرهای تازه‌ای برای طراحی نسل جدیدی از مواد با رسانایی حرارتی فوق‌العاده بالا باز می‌کند؛ موادی که می‌توانند دنیای الکترونیک، رباتیک نرم و حتی میکروچیپ‌ها را دگرگون سازند.
بررسی یک کشف شگفت‌انگیز
در نگاه نخست، طبیعی است تصور کنیم فیلرهای گرافیتی بی‌نقص، به دلیل سطوح صاف و ساختار منظم‌شان، در انتقال گرما برتر هستند. اما آزمایش‌های دقیق نشان داد که برعکس، فیلرهای دارای نقص تا ۱۶۰ درصد عملکرد بهتری دارند. این نتیجه شگفت‌انگیز از آنجا ناشی می‌شود که نقص‌ها موجب می‌شوند زنجیره‌های پلیمری نتوانند به‌صورت فشرده کنار هم قرار بگیرند، و این مسئله فضای بیشتری برای انتقال مؤثر ارتعاشات گرمایی ایجاد می‌کند.
بهبود انتقال جریان گرما
دکتر جون لیو، استاد مهندسی مکانیک و هوافضا در دانشگاه ایالتی کارولینای شمالی می‌گوید: گاهی نقص‌ها مانند پل‌هایی عمل می‌کنند که جفت‌شدگی بین پلیمر و فیلر را بهبود می‌دهند و جریان گرما را آسان‌تر می‌کنند. در واقع، این نقص‌ها با برهم زدن نظم سطوح، مقاومت حرارتی را کاهش داده و رسانایی را افزایش می‌دهند.
بیشتربخوانید:
ترکیب علم و مدل‌سازی برای درک بهتر
برای اثبات این یافته، تیم تحقیقاتی از ترکیبی از آزمایش‌ها و مدل‌های پیشرفته استفاده کرد: اندازه‌گیری‌های انتقال حرارتی، پراکندگی نوترونی، مدل‌سازی مکانیک کوانتومی و شبیه‌سازی‌های دینامیک مولکولی. این روش‌های جامع نشان دادند نقص‌ها نه‌تنها مزاحم نیستند، بلکه فرصت‌هایی طلایی برای انتقال بهتر گرما در مواد ترکیبی پلیمری فراهم می‌کنند.
آینده فناوری‌های نو
دکتر شو، از اعضای اصلی تیم تحقیقاتی عقیده دارد این یافته‌ها می‌توانند الهام‌بخش توسعه موادی جدید با رسانایی حرارتی فوق‌العاده بالا باشند. چنین موادی می‌توانند در خنک‌سازی مؤثر میکروچیپ‌های پرقدرت، ربات‌های نرم نسل آینده، و حتی در سیستم‌های الکترونیکی با نیاز بالا به دفع گرما، تحولی عظیم ایجاد کنند.
ابزاری برای بهبود عملکرد
این تحقیق اثبات می‌کند گاهی اوقات نقص‌ها نه‌تنها مانع نیستند، بلکه می‌توانند بهبودهای غیرمنتظره‌ای به همراه داشته باشند. بر پایه این یافته‌ها، شاید زمان آن رسیده باشد که در طراحی مواد آینده، به‌جای حذف نقص‌ها، از آن‌ها به‌عنوان ابزاری برای بهبود عملکرد بهره ببریم. جهان علم، بار دیگر نشان داد که در دل بی‌نظمی، نظمی تازه نهفته است.
