Os polímeros são usados ​​para desenvolver vários materiais, como plásticos, nylons e borrachas. Em sua forma mais básica, eles são compostos de muitas moléculas idênticas unidas repetidamente, como uma corrente. A engenharia de moléculas para se unir de maneiras específicas pode ditar as características do polímero resultante.

Usando este método, Sheng Shen, um professor associado de engenharia mecânica na Carnegie Mellon University, e sua equipe de pesquisa criou um regulador térmico de polímero que pode se transformar rapidamente de um condutor em um isolante e vice-versa. Quando é um maestro, transferências de calor rapidamente. Quando é um isolante, o calor se transfere muito mais lentamente. Ao alternar entre os dois estados, o regulador térmico pode controlar sua própria temperatura, bem como a temperatura do ambiente, como uma geladeira ou computador.

Para alternar entre alta e baixa condutividade, a própria estrutura do polímero precisa mudar. Essa transformação é ativada apenas com calor. O polímero começa "com uma estrutura cristalina altamente ordenada, "Shen disse." Mas, uma vez que você aumenta a temperatura da fibra de polímero para cerca de 340 Kelvin, então a estrutura molecular muda e se torna hexagonal. "

Os resultados foram publicados em Avanços da Ciência em um artigo intitulado "Regulador térmico de polímero reversível e de alto contraste por transição de fase estrutural."

A transformação ocorre porque o calor atinge as ligações moleculares. "A ligação das moléculas torna-se muito fraca, "Shen disse." Para que os segmentos possam girar. "E uma vez que os segmentos girem, a estrutura fica desordenada, reduzindo muito sua condutividade térmica. Esse tipo de transição é conhecido como transição sólido-sólido; embora o polímero alcance temperaturas próximas ao seu ponto de fusão, ele permanece sólido ao longo do processo.

Ao estudar a transformação do polímero, Shen concentrou seus dados em como sua condutividade mudou. Ele também reuniu dados sobre outras transições de fase para que pudesse comparar as proporções. "Quando você olha para todos os materiais que temos na Terra, a mudança de condutividade é, no máximo, um fator de quatro, "Shen diz." Aqui, já descobrimos um novo material que pode ter uma mudança de condutividade em torno de 10. "

Adicionalmente, a mudança estrutural pode acontecer rapidamente, dentro de um intervalo de 5 graus Kelvin. Também é reversível, o que permite que seja ligado e desligado como um interruptor. Ele pode lidar com temperaturas muito mais altas do que outros reguladores térmicos, permanecendo estável até 560 graus Kelvin. É difícil quebrar, então ele pode sobreviver a muitas transições. E uma vez que é baseado em calor, não usa tantas peças móveis quanto os métodos de resfriamento típicos, tornando-o muito mais eficiente.

Embora esta pesquisa tenha sido explorada teoricamente no passado, O trabalho de Shen é a primeira vez que é mostrado experimentalmente. Shen acredita que o polímero terá aplicações no mundo real. "Este controle do fluxo de calor em nanoescala abre novas possibilidades, como o desenvolvimento de dispositivos térmicos comutáveis, refrigeração de estado sólido, eliminação de calor residual, circuitos térmicos e computação, "disse Shen.

Este trabalho se baseia em pesquisas anteriores no laboratório de Shen, onde sua equipe desenvolveu uma nanofibra de polímero que era forte, leve, termicamente condutivo, eletricamente isolante e biocompatível - tudo com menos de 100 nanômetros de largura.