Elektronik: Hauchdünne Folie schützt vor Überhitzung
Kühlkörper, auf denen empfindliche elektronische Bauteile montiert werden, transportieren die zerstörerische Hitze zwar zuverlässig ab. Doch sie strahlt in alle Richtungen, so dass benachbarte Teile zerstört werden können, wenn das Design es nicht verhindert. Angesichts der fortschreitenden Miniaturisierung von Elektronik und elektronischen Geräten wird das immer schwieriger.
Forscher um Kojiro Uetani von der Tokyo University of Science (öffnet im neuen Fenster) wählten einen völlig anderen Weg. Sie entwickelten eine Folie, die Wärme weitgehend in zwei einander diametral gegenüberliegende Richtungen leitet. Elektronik, die links und rechts davon positioniert ist, wird nicht beeinträchtigt. Der neue Kühlkörper, der besser Kühlfolie genannt wird, ist hauchdünn und flexibel, so dass er sich an die Elektronikbauteile anschmiegen kann. Er besteht aus Nanofasern aus Zellstoff und Kohlenstoff.
Die Forscher profitierten davon, dass die beiden Fasermaterialien gut miteinander auskommen. "Man sieht es, wenn man mit einem Bleistift auf Papier schreibt: Das Graphit haftet bestens" , sagte Uetani. Um die Folie herzustellen, stellte das Team eine wässrige Suspension aus beiden Fasern her und bearbeitete sie so, dass die Kohlenstofffasern exakt parallel zueinander zu liegen kamen. Der Zellstoff ist gewissermaßen die Matrix, in die der Kohlenstoff eingebettet wird. Nach dem Trocknen verfügten die Forscher über eine Folie mit den gewünschten Eigenschaften. Die Wärmeabstrahlung in Faserrichtung ist etwa viermal höher als senkrecht dazu.
Meeresbewohner liefern die Zellulosefasern
"Für ein Substrat, auf dem mehrere Geräte in hoher Dichte montiert sind, ist es notwendig, die Richtung der thermischen Diffusion zu steuern und einen effektiven Wärmeabfuhrpfad zu finden" , sagte Uetani. Die Zellulose-Nanofasern gewann er aus Seescheiden. Das sind Manteltiere, die die Weltmeere in nahezu allen Tiefen besiedeln. Das Team, darunter auch Forscher des National Institute of Technology in Tokio und der Tokyo Polytechnic University, stellte fest, dass diese Fasern eine besonders hohe Wärmeleitfähigkeit besitzen.
Die Folie hat noch einen Vorteil: Sie ist recycelbar. Allerdings lassen sich nur die Kohlenstofffasern zurückgewinnen. Um sie zu vereinzeln, wird die Zellstoffmatrix aufgelöst.