Un nanocomposite inventé à la Brown School of Engineering de l'Université Rice promet d'être un matériau diélectrique haute température supérieur pour l'électronique flexible, stockage d'énergie et appareils électriques.

Le nanocomposite combine des nanofibres polymères unidimensionnelles et des nanofeuilles bidimensionnelles de nitrure de bore. Les nanofibres renforcent le matériau d'auto-assemblage tandis que les nanofeuilles de « graphène blanc » fournissent un réseau thermiquement conducteur qui lui permet de résister à la chaleur qui décompose les diélectriques communs, les isolants polarisés dans les batteries et autres dispositifs qui séparent les électrodes positives et négatives.

La découverte par le laboratoire du scientifique des matériaux de riz Pulickel Ajayan est détaillée dans Advanced Functional Materials.

Chercheur scientifique M.M. Rahman et le chercheur postdoctoral Anand Puthirath du laboratoire Ajayan ont dirigé l'étude pour relever le défi posé par l'électronique de nouvelle génération :les diélectriques doivent être minces, dure, flexible et capable de résister aux environnements difficiles.

"La céramique est un très bon diélectrique, mais il est mécaniquement cassant, " Rahman a dit du matériel commun. " D'autre part, le polymère est un bon diélectrique avec de bonnes propriétés mécaniques, mais sa tolérance thermique est très faible."

Le nitrure de bore est un isolant électrique, mais heureusement disperse la chaleur, il a dit. "Lorsque nous avons combiné la nanofibre polymère avec du nitrure de bore, nous avons un matériau mécaniquement exceptionnel, et thermiquement et chimiquement très stable, " dit Rahman.

Le matériau de 12 à 15 microns d'épaisseur agit comme un dissipateur de chaleur efficace jusqu'à 250 degrés Celsius (482 degrés Fahrenheit), selon les chercheurs. Les tests ont montré que la combinaison polymère nanofibres-nitrure de bore dispersait la chaleur quatre fois mieux que le polymère seul.

Dans sa forme la plus simple, une couche unique de nanofibres de polyaramide se lie via les forces de van der Waals à un saupoudrage de paillettes de nitrure de bore, 10 % en poids du produit final. Les flocons sont juste assez denses pour former un réseau de dissipation de chaleur qui permet toujours au composite de conserver sa flexibilité, et même pliabilité, tout en conservant sa robustesse. La superposition de polyaramide et de nitrure de bore peut rendre le matériau plus épais tout en conservant sa flexibilité, selon les chercheurs.

"La nanofibre de polyaramide 1D possède de nombreuses propriétés intéressantes à l'exception de la conductivité thermique, " a déclaré Rahman. " Et le nitrure de bore est un matériau 2D très intéressant en ce moment. Ils ont tous deux des propriétés indépendantes différentes, mais quand ils sont ensemble, ils font quelque chose de très unique."

Rahman a déclaré que le matériau est évolutif et devrait être facile à intégrer dans la fabrication.