Reti di riempimento multidimensionale assemblate acusticamente. Compositi polimerici stampati 3D per la gestione termica

Nei compositi polimerici stampati in 3D con reti di riempimento multidimensionale assemblate acusticamente per una dissipazione del calore accelerata , gli autori Lu Lu, Zhifeng Zhang, Jie Xu, Yayue Pa esplorano una nuova tecnica per la stampa di materiali compositi con filler che potrebbero eliminare il surriscaldamento nell’elettronica. Parte della sfida per i ricercatori in questo progetto è stata la gestione termica e la ricerca di un equilibrio nel carico di riempimento.

Con la stereolitografia a proiezione acustica assistita da campo, il team di ricerca si è concentrato sull’utilizzo di una piccola quantità di filler per creare una rete di percorsi di deviazione del calore. Questo lavoro potrebbe essere fondamentale per una varietà di applicazioni diverse, poiché molti componenti elettronici sono sovraccaricati a causa del riscaldamento e potrebbero non funzionare completamente; infatti, i ricercatori includono dati provenienti da un’indagine dell’Air Force degli Stati Uniti che riporta che oltre la metà dei loro problemi con l’elettronica sono dovuti al surriscaldamento. Questi problemi devono essere risolti, soprattutto nelle applicazioni militari, ma anche in altri campi incentrati su chipset, dispositivi indossabili e dispositivi elettronici flessibili.

I compositi polimerici sono “promettenti” grazie alle loro qualità conduttive, oltre ad essere isolanti e flessibili. Il metodo tradizionale prevede la miscelazione dei filler nella matrice, con un certo successo nell’aggiunta del “carico di riempimento pesante”. Storicamente, tuttavia, questo ha portato a problemi come:

intasamento
Difficoltà nel mescolare
Agglomerazione
Problemi nell’inserimento del filler
Manipolazione limitata della distribuzione del riempitivo
Problemi di orientamento
“Inoltre, i compositi prodotti con carichi pesanti di riempimento di solito soffrono di insufficiente legame, deterioramento meccanico e disallineamento del coefficiente di dilatazione termica”, affermano i ricercatori. “La distribuzione disordinata dei filler limita l’aumento delle prestazioni termiche a causa della dispersione dei fononi tra i filler isolati.”

La stampa 3D offre risultati migliori in allineamento e orientamento, ma consente anche la fabbricazione di materiali multipli. Qui, i ricercatori vedono il potenziale per prestazioni superiori con la loro tecnica di manipolazione del filler basata sul campo acustico, incluse le seguenti caratteristiche:

Controlli di distribuzione del filler
Mancanza di restrizioni di produzione
Nessuna forma di riempimento o requisiti di proprietà
Il modulo è composto da elementi piezoelettrici, un generatore di funzioni e un amplificatore.

“Un generatore di funzioni fornisce il segnale sinusoidale con frequenza e tensione regolabili. Questo segnale viene applicato all’elemento electro-piezo dopo amplificato. L’attuazione dell’elemento piezoelettrico porta alla deformazione strutturale del film PET, che successivamente induce un campo acustico nella sospensione di resina-riempitivo. La forza di radiazione acustica spinge i riempitivi verso i nodi di pressione del campo acustico per formare un modello “, affermano i ricercatori.

Il team ha creato cinque diversi compositi, P1-P5, con i tre compositi modellati (P2, P3, P4) che esibiscono prestazioni migliori grazie alle loro reti di assemblaggio di particelle 3D, inducendo i ricercatori a dichiarare che i campioni “hanno dimostrato gli effetti” del gruppo di riempimento riguardo al nuovo composito e alla tecnica.

“Controllando i parametri di produzione, come lo spessore dello strato e la maschera di proiezione, si sono formate reti di riempimenti multidimensionali”, hanno concluso i ricercatori. “I percorsi di trasferimento di calore multidirezionale forniti da reti di riempimento multidimensionale accelerano il processo di raffreddamento nella matrice polimerica isolata. Con la stessa materia prima o lo stesso numero di particelle riempite nella matrice polimerica, i compositi modellati sono superiori al composito uniforme con efficienze di dissipazione del calore significativamente più elevate. “

“Il lavoro futuro sarà quello di quantificare il rapporto tra funzionalità composita e parametri di progettazione del modello di particelle”.

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