Plast jako vypínač pro teplo

Polymery se používají k vývoji různých materiálů, jako jsou plasty, nylony a kaučuky. Ve své nejzákladnější podobě jsou tvořeny spoustou identických molekul spojených jako řetěz. Pokud se podaří konstruovat molekuly tak, aby se spojovaly určitými způsoby, je možné ovládat vlastnosti výsledného polymeru. A právě pomocí této metody dokázal tým vědců z Carnegie Mellon University pod vedením docenta Sheng Shena vytvořit polymerní nanovlákno, které je silné, lehké, tepelně vodivé, elektricky izolační a biologicky kompatibilní – při šířce menší než 100 nm (pro srovnání: lidský vlas má tloušťku asi 100 tis. nm).
Na základě výzkumu, o němž vědci informovali v odborném časopise Science Advances, vytvořili nový polymer, který se může rychle transformovat z vodiče na izolátor a zpět. Když je vodičem, teplo se přenáší rychle, když je izolátorem, přenos tepla probíhá mnohem pomaleji. Přepínáním mezi těmito dvěma stavy může regulovat svou vlastní teplotu i teplotu svého okolí, a být využit pro zařízení, jako je např. lednička nebo počítač.
Aby bylo možné přepínat mezi vysokou a nízkou vodivostí polymeru, musí se změnit samotná jeho struktura. Tato transformace je aktivována pouze teplem. „Polymer začíná s vysoce uspořádanou krystalickou strukturou, ale jakmile se zvýší teplota polymerního vlákna na ca 340 Kelvinů, molekulární struktura se změní a stane se šestiúhelníkem. K transformaci dochází, protože teplo ovlivňuje molekulární vazby. Spojení molekul zeslábne, takže segmenty se mohou otáčet," říká Sheng Shen. Tento typ přechodu je známý jako přechod pevná látka-pevná látka, a přestože polymer dosáhne teploty blízké jeho bodu tání, zůstává pevný.
Při studiu transformace polymeru se vědci soustředili na to, jak se změnila jeho vodivost, a pro porovnání shromažďovali data i o jiných fázových přechodech. „Když se podíváte na všechny materiály, které máme na Zemi, je faktor změny vodivosti nanejvýš čtyři. Zde jsme objevili nový materiál, který může mít tento faktor kolem deseti," vysvětluje Sheng Shen.
Strukturální změna se navíc může stát rychle, v rozmezí 5 K. Je reverzibilní, což umožňuje zapnutí a vypnutí jako spínač. Materiál dokáže zvládnout mnohem vyšší teploty než jiné tepelné regulátory a zůstává stabilní až do 560 K. A díky založení na teplu nevyužívá tolik pohyblivých částí jako obvyklé způsoby chlazení, takže je mnohem efektivnější.