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Un film de polyéthylène qui conduit la chaleur... mieux que l'inox

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Un film de polyéthylène qui conduit la chaleur... mieux que l'inox

En partant de polyéthylène en poudre (à g.), les chercheurs du MIT ont obtenu un film dont les fibres partiellement démêlées et alignées (à dr.) permettent une bonne conduction de la chaleur.

© MIT

Une équipe du MIT est parvenue à synthétiser un film mince de polyéthylène qui, au lieu d'être isolant thermique comme le polyéthylène normal, conduit très bien la chaleur.

 

 

Utiliser des polymères pour conduire la chaleur, voilà la perspective qu’ouvrent des travaux du MIT, publiés le 19 avril dans Nature Communications. Alors, que côté thermique, les polymères sont généralement de bons isolants, les chercheurs ont réussi à synthétiser des films de polyéthylène conduisant la chaleur mieux que de l’acier.

L’équipe du MIT poursuit ainsi la prouesse réalisée en 2011, lorsqu'elle avait synthétisé des microfibres de polyéthylène à la conductivité thermique 300 fois plus élevée que le polyéthylène standard. Afin de pouvoir utiliser cette conductivité dans des applications, les chercheurs ont orienté leurs efforts vers la fabrication de films avec les mêmes propriétés thermiques.

Conductivité thermique augmentée d'un facteur 100

Pari réussi, donc, avec des films minces de polyéthylène dont la conductivité thermique atteint 60 Watts/mètre/Kelvin, contre 0,1 à 0,5 W/m/K pour un polymère classique, alors que l’acier inoxydable tourne autour de 15 W/m/K. Par diffraction de rayons X  au synchrotron du laboratoire américain d’Argonne, les chercheurs ont pu montrer que l’augmentation de la conductivité thermique était liée à une réorganisation structurale du polyéthylène, dont les chaînes se démêlaient et s’alignaient par rapport à la configuration en « spaghetti emmêlés » du polyéthylène standard.

La méthode développée par les chercheurs part de poudre commerciale de polyéthylène. Une première étape de dissolution commence à démêler les chaînes de polymère, puis un dispositif d’écoulement poursuit cette action avant de verser la solution sur une plaque refroidie à l’azote liquide. Le film épais est ensuite étiré et chauffé jusqu’à former un film mince avec des chaînes alignées.

De l'unidirectionnel à l'isotrope

La chaleur y est conduite efficacement, mais dans une seule direction. « Nous cherchons donc à améliorer la conduction de la chaleur dans les trois dimensions, explique le co-auteur de l’étude Jiawei Zhou dans le communiqué du MIT. Si nous avons un polymère isotrope avec une bonne conductibilité thermique, nous pouvons facilement intégrer ce matériau à un composite et potentiellement remplacer beaucoup de matériaux conducteurs. »

Légers, flexibles et résistants à la corrosion, les polymères pourraient ainsi, au lieu de servir d’isolants thermiques, aider à évacuer la chaleur dans, par exemple, les ordinateurs portables et les smartphones.

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