Учёные из Университета Теннесси в Ноксвилле разработали новый теплопроводящий материал с помощью бактерий. Он отводит тепло в 5–10 раз эффективнее обычных материалов и при этом производится экологичным способом при комнатной температуре без использования вредных химикатов.
Разработка может помочь решать проблему перегрева в мощной электронике, электромобилях, дронах и даже в военной технике.
Как бактерии помогают создавать охлаждающий материал
Обычные теплопроводящие материалы (thermal interface materials) нужны для того, чтобы заполнять микроскопические воздушные зазоры между нагревающимся устройством (процессором, батареей) и системой охлаждения. Воздух плохо проводит тепло, поэтому такие материалы критически важны для эффективного теплоотвода.
Команда под руководством доцента Вэйнаня Сюя (Weinan Xu) использовала бактерии для создания биокомпозитного материала. Бактериям дают сахара (как источник углерода) и ионы металлов (как источник металла). В результате микробы синтезируют сложные неорганическо-органические структуры прямо в водном растворе при комнатной температуре.
«Если дать определённым бактериям сахара и ионы металлов, они могут производить для вас неорганические и органические материалы», — объясняет Сюй.
Почему это лучше обычных материалов
Традиционные методы производства теплопроводящих материалов требуют высоких температур и агрессивных химических веществ. Новый бактериальный подход гораздо более экологичный и энергоэффективный.
Кроме того, изменяя условия выращивания бактерий и последующую обработку материала, учёные могут регулировать его теплопроводность. В экспериментах новая разработка показала теплопроводность в 5–10 раз выше, чем у обычных коммерческих материалов.
Где можно применить новую разработку
Материал особенно перспективен для охлаждения:
- мощной электроники и серверов;
- батарей электромобилей;
- дронов и другой техники с высокими тепловыделениями.
DARPA (агентство передовых оборонных исследовательских проектов США) уже проявило интерес к разработке, поскольку такие материалы критически важны для военной электроники и систем хранения энергии.
Кроме того, структуры, получаемые с помощью бактерий, могут быть биосовместимыми, что открывает перспективы и в биомедицине (например, для тканевой инженерии). Учёные также изучают возможность использования похожего подхода для извлечения редкоземельных элементов.
Сейчас основной процесс занимает от нескольких дней до нескольких недель. Команда работает над ускорением производства и снижением стоимости, чтобы материал можно было масштабировать для промышленного применения. Уже ведутся переговоры с промышленными партнёрами о коммерциализации.
Работа опубликована в журнале Matter.
