ابتكار بلاستك “ثوري” ينقل الحرارة بكفاءة تفوق الفولاذ وتعزل الكهرباء

في إنجاز علمي قد يغير شكل الإلكترونيات الحديثة، تمكن باحثون من جامعة نورت إيسترن الأميركية -بالتعاون مع مختبر أبحاث الجيش- من تطوير نوع جديد من البلاستيك يتمتع بخاصية فريدة، وهي القدرة على نقل الحرارة بكفاءة تفوق الفولاذ المقاوم للصدأ، مع وزن أقل بـ4 مرات.

ولطالما عُرف البلاستيك كعازل للحرارة، مما يحدّ من استخدامه في الأجهزة التي تولد حرارة عالية مثل الهواتف الذكية وأجهزة الحاسوب والخوادم العملاقة.

فعندما ترتفع حرارة المعالجات، تبطئ الأجهزة عملها أو تتوقف تمامًا لحماية نفسها. ولحل هذه المعضلة، عادةً ما يلجأ المصنعون إلى استخدام معادن مثل الألمنيوم أو النحاس لنقل الحرارة بعيدًا عن الأجزاء الحساسة.

ولكن هذه المعادن ثقيلة ويمكن أن تعيق التصميمات الحديثة، أما البلاستيك فيعيق نقل الحرارة بعيدا، ومن ثم يرفع من حرارة تلك الأجزاء الحساسة.

حل مبتكر

المادة الجديدة تقدم حلاً مبتكرًا، حيث تمكن الباحثون من صنع بلاستيك موصل للحرارة وفي نفس الوقت عازل للكهرباء. وهذا يعني أنه يمكن استخدامه لتبريد المكونات الإلكترونية دون خوف من حدوث دوائر كهربائية قصيرة، كما أنه لا يحجب إشارات الراديو أو شبكات الجيل الخامس، مما يجعله مثالياً لأجهزة الاتصالات الحديثة.

وقد اعتمد فريق البحث على الطباعة ثلاثية الأبعاد لإنشاء بنية دقيقة بداخل البلاستيك، وزرع جزيئات سيراميكية صغيرة فيه.

وبعد ذلك، استخدموا عملية تسخين خاصة لتشجيع الجسيمات على تكوين “شبكات بلورية” تربط الجسيمات ببعضها البعض، وتصنع مسارات سلسة لنقل الحرارة، وقد نتج عن ذلك بلاستيك يتمتع بقدرة على تبديد الحرارة أسرع من الفولاذ.

تطبيقات واعدة

وبحسب بيان صحفي رسمي صادر من جامعة نورث ويسترن، فإن المادة الجديدة قد تُحدث ثورة في عدة صناعات:

• الإلكترونيات والأجهزة الذكية: يمكن استخدام البلاستيك في تبديد حرارة المعالجات داخل الهواتف وأجهزة التابلت واللابتوب. وبخلاف المعادن، وهذه المادة لا تعزل إشارات واي فاي أو شبكة الهواتف، مما يجعلها مثالياً للأجهزة المحمولة.
• مراكز البيانات: يساعد البلاستيك في إدارة الحرارة داخل مراكز البيانات، حيث ترتفع درجات الحرارة بسبب تشغيل آلاف الخوادم بشكل متواصل. وبفضل وزنه الخفيف وسعره المنخفض مقارنة بالمعادن، سيكون البلاستيك فعالاً في بناء أنظمة تبريد أكثر كفاءة.
• السيارات الكهربائية: يُستخدم البلاستيك لتبريد بطاريات السيارات الكهربائية ومنع ارتفاع حرارتها بشكل قد يؤدي إلى “الانهيار الحراري” أو حتى الاشتعال، كما يتيح تصميم سيارات أخف وأكثر كفاءة في استهلاك الطاقة.
• الأجهزة العسكرية والفضائية: يمكن البلاستيك تبريد أجهزة الرادار وحساسات الطائرات بدون طيار دون التأثير على إرسال واستقبال الإشارات اللاسلكية. وهو مناسب جدًا للأقمار الصناعية، حيث يلزم وجود مواد خفيفة الوزن وموصلة للحرارة.
• المعدات الطبية: يمكن استخدامه في تبريد الأجهزة الطبية الحساسة مثل أجهزة التصوير بالرنين المغناطيسي أو الليزر الجراحي، حيث يُفضل تجنب المعادن بسبب تداخلها مع المجالات المغناطيسية.

ويفترض أن يبدأ العلماء قريبا في تجارب على نسخ عملية من هذا البلاستيك، وإذا نجحت تلك التجارب يمكن نقله من مستوى التجارب المعملية إلى مستوى الصناعة.