Forschung -

Wärmeleitende Kunststoffgehäuse

Polymere kommen aufgrund ihrer Isolierfähigkeit und ihrer mechanischen Eigenschaften immer häufiger in der Elektronik zum Einsatz. Allerdings schränkt die geringe Wärmeleitfähigkeit von 0,2 W/(m·K) ihre Anwendungsmöglichkeiten ein. Metall und Keramik sind bislang die dominierenden Wärmeleiter.

Die ungeordnete Struktur und schwachen molekularen Interaktionen verhindern die Ableitung von Wärme in Polymeren. Werden die Molekülketten mittels Dehnung, Oberflächenveredelung oder Schablonen-gestütztem Wachstum geordnet ausgerichtet, erhöht sich die thermische Leitfähigkeit entlang der Molekülkette erheblich. Bei langgezogenen Polyethylen-Nanofasern ließen sich über 100 W/(m·K) nachweisen.

Doch aufgrund der schwachen Van-der-Waals-Kräfte bleibt die Wärmeübertragung zwischen den Ketten gering. Eine intermolekulare Einarbeitung von Wasserstoff oder elektrostatische Nachbearbeitung kann dies ausgleichen. Solche Polymerschichten erfordern aber bestimmte pH-Werte und sind instabil.

Einem Forscherteam des MIT ist es nun gelungen, Poly(3-Hexylthiophen) (P3HT) mit einer zehnmal höheren thermischen Leitfähigkeit als bei gängigen Polymeren herzustellen. Die Forscher nutzen dafür die oxidative chemische Gasphasenabscheidung, um per Stufenwachstum eine dünne Polymerschicht aus Monomeren zu synthetisieren. Die Polymerproben verhalten sich isotropisch, transportieren Wärme also gleichförmig in alle Richtungen.

Postdoktorandin und Erstautorin der Studie, Yanfei Xu, sagt: „Polymere können zukünftig für das Wärmemanagement in Elektronikgehäusen verwendet werden.“ Da das Polymerisationsverfahren keine Lösungsmittel benötigt, eignet sich das Material selbst für empfindliche Substrate.

Y. Xu et al.: Molecular Engineered Conjugated Polymer with High Thermal Conductivity; Science Advances 4, 2018

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