আধুনিক ডিভাইসগুলির জন্য পরবর্তী প্রজন্মের উপকরণগুলির নকশা করার সন্ধানে – যেগুলি হালকা ওজনের, নমনীয় এবং উত্তাপকে বিলুপ্ত করতে দুর্দান্ত – ম্যাসাচুসেটস বিশ্ববিদ্যালয়ের এমহার্স্টের নেতৃত্বে গবেষকদের একটি দল একটি আবিষ্কার করেছে: অসম্পূর্ণতাটির উত্সাহ রয়েছে।
এই গবেষণা, প্রকাশিত বিজ্ঞান অগ্রগতিপরীক্ষামূলকভাবে এবং তাত্ত্বিকভাবে খুঁজে পাওয়া যায় যে পলিমারগুলি (সাধারণত প্লাস্টিক হিসাবে পরিচিত) ত্রুটিযুক্ত তাপীয় পরিবাহী ফিলারগুলির সাথে তৈরি তৈরি করা হয়েছে যা নিখুঁত ফিলারগুলির তুলনায় 160% ভাল সম্পাদন করে। এই বিপরীতমুখী সন্ধানটি দীর্ঘকালীন অনুমানকে চ্যালেঞ্জ জানায় যা উপাদানগুলির কার্যকারিতা আপোষ করে। পরিবর্তে, এটি আল্ট্রাহিঘাইট তাপ পরিবাহিতা সহ ইঞ্জিনিয়ারিং পলিমার কম্পোজিটগুলির জন্য একটি প্রতিশ্রুতিবদ্ধ নতুন কৌশলকে নির্দেশ করে।
এই গবেষণার নেতৃত্বে ম্যাসাচুসেটস ইনস্টিটিউট অফ টেকনোলজি, নর্থ ক্যারোলিনা স্টেট ইউনিভার্সিটি, স্ট্যানফোর্ড বিশ্ববিদ্যালয়, ওক রিজ জাতীয় পরীক্ষাগার, আর্গোন জাতীয় পরীক্ষাগার ও রাইস ইউনিভার্সিটির সহযোগীদের সাথে ইউমাস আমহার্স্ট ছিলেন।
পলিমারগুলি তাদের তুলনামূলক স্বল্পতা, বৈদ্যুতিক নিরোধক, নমনীয়তা এবং প্রক্রিয়াজাতকরণের স্বাচ্ছন্দ্যের সাথে আধুনিক ডিভাইসগুলিকে বিপ্লব করেছে – গুণাবলী ধাতু এবং সিরামিকগুলি কেবল প্রতিদ্বন্দ্বিতা করতে পারে না। পলিমারগুলি আমাদের প্রযুক্তি ল্যান্ডস্কেপের প্রতিটি কোণে এম্বেড করা থাকে, উচ্চ-গতির মাইক্রোচিপস এবং এলইডি থেকে স্মার্টফোন এবং নরম রোবোটিক্স পর্যন্ত। তবে, সাধারণ পলিমারগুলি হ’ল তাপীয় পরিবাহিতা সহ তাপীয় ইনসুলেটর, যা অতিরিক্ত উত্তাপের সমস্যা হতে পারে। তাদের অন্তর্নিহিত অন্তরক বৈশিষ্ট্যগুলি তাপকে ফাঁদে ফেলে, বিপজ্জনক হট স্পটগুলি তৈরি করে যা এসএপি পারফরম্যান্স এবং পরিধানকে ত্বরান্বিত করে, বিপর্যয়কর ব্যর্থতা এবং এমনকি আগুনের ঝুঁকি আরও বাড়িয়ে তোলে।
বছরের পর বছর ধরে, বিজ্ঞানীরা ধাতু, সিরামিক বা কার্বন-ভিত্তিক উপকরণগুলির মতো অত্যন্ত তাপীয় পরিবাহী ফিলারগুলিকে অন্তর্ভুক্ত করে পলিমারগুলির তাপীয় পরিবাহিতা বাড়ানোর চেষ্টা করেছেন। যুক্তিটি সোজা: তাপীয় পরিবাহী ফিলারগুলিতে মিশ্রণের সামগ্রিক কর্মক্ষমতা উন্নত করা উচিত।
তবে বাস্তবে এটি এই সহজ নয়। হীরা দিয়ে মিশ্রিত একটি পলিমার বিবেচনা করুন।
হীরার ব্যতিক্রমী তাপীয় পরিবাহিতা প্রতি কেলভিন প্রতি মিটার প্রায় 2,000 ওয়াট (ডাব্লু এম-1 কে-1), একটি পলিমার যা 40% ডায়মন্ড ফিলার দ্বারা গঠিত তাত্ত্বিকভাবে প্রায় 800 ডাব্লু মিটার পরিবাহিতা অর্জন করতে পারে-1 কে-1। তবুও, ফিলার ক্লাম্পিং, ত্রুটিগুলি, পলিমার এবং ফিলারগুলির মধ্যে উচ্চ যোগাযোগের প্রতিরোধের এবং পলিমার ম্যাট্রিক্সের কম তাপীয় পরিবাহিতা, যা তাপ স্থানান্তরকে ক্ষুন্ন করে, এর মতো চ্যালেঞ্জগুলির কারণে ব্যবহারিক ফলাফলগুলি কম হ্রাস পেয়েছে।
“পলিমারিক উপকরণগুলিতে তাপ পরিবহন প্রক্রিয়াগুলি বোঝা একটি দীর্ঘস্থায়ী চ্যালেঞ্জ হয়ে দাঁড়িয়েছে, আংশিকভাবে জটিল পলিমার কাঠামো, সর্বব্যাপী ত্রুটি এবং ব্যাধিগুলির কারণে,” যান্ত্রিক ও শিল্প প্রকৌশল ওমাসের সহকারী অধ্যাপক ইয়ানফেই জু বলেছেন এবং কাগজের সংশ্লিষ্ট লেখক।
তাদের অধ্যয়নের জন্য, পলিমারিক উপকরণগুলিতে তাপ পরিবহন বোঝার ভিত্তি স্থাপন এবং ভিন্ন ভিন্ন ইন্টারফেসগুলি জুড়ে তাপ স্থানান্তর নিয়ন্ত্রণ করার লক্ষ্যে, দলটি পলিভিনাইল অ্যালকোহল (পিভিএ) এর দুটি পলিমার কম্পোজিট তৈরি করেছে – একটি নিখুঁত গ্রাফাইট ফিলার এবং অন্যটি ত্রুটিযুক্ত গ্রাফাইট অক্সাইড ফিলারগুলি ব্যবহার করে, প্রতিটি কম 5% ভলিউম ফ্রশনে।
যেমনটি প্রত্যাশা করা হয়েছিল, তাদের নিজস্ব নিখুঁত ফিলারগুলি অসম্পূর্ণ ব্যক্তিদের চেয়ে তাপীয়ভাবে পরিবাহী ছিল।
“আমরা নিজেরাই পারফেক্ট ফিলারগুলি (গ্রাফাইট) পরিমাপ করেছি প্রায় 292.55 ডাব্লু এম এর উচ্চ তাপীয় পরিবাহিতা রয়েছে-1 কে-1 মাত্র 66.29 ডাব্লু এম এর সাথে তুলনা করে-1 কে-1 ত্রুটিযুক্ত ব্যক্তিদের জন্য (গ্রাফাইট অক্সাইড) নিজেরাই – প্রায় পাঁচগুণ পার্থক্য, “উমাস আমহার্স্টের প্রধান লেখক এবং যান্ত্রিক প্রকৌশল স্নাতক শিক্ষার্থী ইয়েজি ঝো বলেছেন।
যাইহোক, আশ্চর্যজনকভাবে, যখন এই ফিলারগুলি পলিমারগুলিতে যুক্ত করা হয়, তখন গ্রাফাইট অক্সাইড ফিলারগুলির সাথে তৈরি পলিমারগুলি ত্রুটিযুক্ত ত্রুটিযুক্ত পারফেক্ট গ্রাফাইট ফিলারগুলির তুলনায় 160% ভাল সঞ্চালিত হয়।
দলটি পরীক্ষাগুলি এবং মডেলগুলির সংমিশ্রণ ব্যবহার করেছিল – তাপ পরিবহন পরিমাপ, নিউট্রন স্ক্যাটারিং, কোয়ান্টাম মেকানিকাল মডেলিং এবং আণবিক গতিবিদ্যা সিমুলেশনগুলি – কীভাবে ত্রুটিগুলি পলিমার সংমিশ্রণে তাপ পরিবহনে প্রভাবিত করে তা অধ্যয়ন করতে।
তারা দেখতে পেল যে ত্রুটিযুক্ত ফিলারগুলি আরও দক্ষ তাপ স্থানান্তরকে সহজতর করে কারণ তাদের অসম পৃষ্ঠগুলি পলিমার চেইনগুলিকে পুরোপুরি মসৃণ ফিলারগুলির মতো শক্তভাবে একসাথে প্যাক করতে দেয় না। এই অপ্রত্যাশিত প্রভাব, পলিমার/ফিলার ইন্টারফেসে পলিমার এবং ত্রুটিযুক্ত ফিলারগুলির মধ্যে বর্ধিত কম্পনের কাপলিং হিসাবে পরিচিত, তাপীয় পরিবাহিতা বাড়ায় এবং প্রতিরোধকে হ্রাস করে, তাপ স্থানান্তর করতে উপাদানকে আরও দক্ষ করে তোলে।
উত্তর ক্যারোলিনা স্টেট ইউনিভার্সিটির যান্ত্রিক ও মহাকাশ ইঞ্জিনিয়ারিং বিভাগের সহযোগী অধ্যাপক জুন লিউ বলেছেন, “ত্রুটিগুলি মাঝে মাঝে সেতু হিসাবে কাজ করে, ইন্টারফেস জুড়ে সংযোগ বাড়িয়ে তোলে এবং আরও ভাল তাপ প্রবাহ সক্ষম করে তোলে।” “প্রকৃতপক্ষে, অসম্পূর্ণতা কখনও কখনও আরও ভাল ফলাফলের দিকে নিয়ে যেতে পারে” “
জু বিশ্বাস করেন যে এই ফলাফলগুলি, পরীক্ষামূলক এবং তাত্ত্বিক উভয়ই আল্ট্রাহাইগ তাপ পরিবাহিতা সহ নতুন পলিমারিক উপকরণ ইঞ্জিনিয়ারিংয়ের ভিত্তি তৈরি করে। উন্নত তাপের অপচয় হ্রাসের মাধ্যমে শীতল এবং আরও দক্ষতার সাথে পরিচালনা করতে উচ্চ -পারফরম্যান্স মাইক্রোচিপ থেকে পরবর্তী প্রজন্মের নরম রোবোটিক্স পর্যন্ত – এই উন্নত ডিভাইসগুলির জন্য নতুন সুযোগগুলি উপস্থাপন করে।