פולימרים מוליכים מייצגים מעמד של חומרים אורגניים המשלבים את התכונות החשמליות והרמימיות של מתכות עם גמישות מכנית ומשקל נמוך של פלסטיק.היכולת הייחודית שלהם לנהל חשמל תוך כדי תהליך לסרטים, סיבים, וציפויים מציבים אותם כמועמדים ראשוניים עבור מערכות מגן חום פעיל - מנגנונים כי חייב לנהל באופן דינמי עומסים תרמיים קיצוניים במהלך כניסה אטמוספירית, היפרמוסית, וטמפרטורה גבוהה מאחורי תהליכים מדעיים מתקדמים, אשר יכולים לחקור את ההשפעות של חומרים משפטיים, חומרים משפטיים, על פני סרטן פעיל, על פני השטח הנוכחי, חומרים מתקדמים, חומרים משפטיים, חומרים משפטיים, חומרים מתקדמים, על פני השטח, חומרים משפטיים, על פני השטח, חומרים מתקדמים, אשר יכולים לחקור את ההשפעות של חומרים משפטיים, על פני השטח, על פני השטח, חומרים מתקדמים, חומרים משפטיים, חומרים משפטיים, חומרים מתקדמים, חומרים מתקדמים, חומרים משפטיים, חומרים משפטיים, חומרים מתקדמים, על פני השטח, על פני סרטן, על פני השטח, חומרים משפטיים, חומרים משפטיים, חומרים משפטיים, חומרים משפטיים, על פני השטח, חומרים מתקדמים, חומרים משפטיים, חומרים משפטיים, חומרים מתקדמים, על פני השטח של חומרים משפטיים, על פני השטח, על פני השטח, על פני השטח של חומרים משפטיים, אשר יכולים לחקור את ההשפעות של חומרים משפטיים, חומרים משפטיים, חומרים משפטיים

הבנה של Polymers

מוליכים הם מאקרומולקולות אורגניים עם עמוד השדרה של החלפת אג"ח חד וכפלי.האגוציה זו יוצרת מערכת של ⁇ -electrons delocalized שיכול לנוע לאורך שרשרת פולימרים, המאפשרת התנהגות חשמלית.בניגוד מתכות מסורתיות להסתמך על ים של אלקטרונים חופשיים בלחיצת גביש, פולימרים להשיג מוליכות באמצעות מינון של מתכת (או מוטציות) או מוליכים למחצה (מתאים) כדי להשיג מוליכים למחצה (מתאים).

סוגי פולימרים מוליכים

  • (FLT:0)Polyaniline (PANI): ההרחבה 1 של פולימרים המוליכים ביותר, PANI מציגה מוליכות ייחודית בין בסיס אמלדין (הכולל) לבין מלח emeraldine מלח (המוליכים) טפסים.זה יציב תרמי עד 300C ויכול להיות מעובד לסרטים וסיבים.
  • (FLT:0)Polypyrrole (PPy): OVAFLT:1 ידוע ליציבות סביבתית טובה שלה ו מוליכות בינונית, PPy משמש לעתים קרובות בפועלים והמכשירים הביו-רפואיים שלה להיות מופקד אלקטרוכימי על פני משטחים מורכבים מאפשר ציפויים תואמים עבור ניהול תרמי.
  • (FLT:0)Poly(3,4-ethylenedioxythiophene) (PEDOT): LT:1 לעתים קרובות בשילוב עם פוליסטרין sulfonate (PED:PSS), פולימר זה מציע שקיפות גבוהה, מוליכות מעולה, ופתרון יעילות. pEDOT משמש באופן נרחב באלקטרוניקה אורגנית וגמישולית התנהגות תרמית (0-2 / ).
  • (FLT:0)Poly(p-phenylene vinylene) (PPV): שימוש בעיקר באופטואלקטרוניקה, נגזרות PPV גם מציגות הבטחה ביישומים תרמואלקטריים, מה שממיר ⁇ חום אותות חשמליים שיכולים לעזור לפקח על ביצועי מגן.

מועמדים מתעוררים אחרים כוללים פוליאצ'ילין, פולי(3-hexylthiophene) (P3HT), ותנאים שונים של התורם-קבלן משותף.התכונות של התחבורה החשמלית והמדחום של חומרים אלה תלויות במידה רבה בסדר מולקולרי, רמת מינון, ותנאי עיבוד.

מכניזם של חשמל וכתובות

בפולימרים מוליכים, תחבורה מטען מתרחשת באמצעות הצטברות בין מדינות מקומיות לאורך שרשרת פולימרים ובין שרשראות. Anisotropy הוא נפוץ - מוליכות היא לעתים קרובות גבוה יותר לאורך כיוון שרשרת. מוליכות תרמית מגיע מתרטטים לקטים (פונינים) ותרומות אלקטרוניות.ברוב פולימרים התנהגותיים, פונינים שולטים, נותן התנהגות תרמית נמוכה (-1-2 / mK) בהשוואה לתפקודים פעילים (אך הם יכולים להיות מגנטיים) כמו מגנטיים) עם פונקציונליים פעילים.

Active Heat Shield Systems: Context and Needs

מגן חום מגן על חלליות, כלי רכב היפרוזיים וציוד תעשייתי משטף חום קיצוני.מגן חום פסיבי מסורתי מסתמכ על חומרים מלוכלכים או קרמיקה עתירה גבוהה ששורפים או מקרינה חום.בעוד שמערכות יעילות, פסיביות הן שימוש יחיד, כבדות, ולא יכולות להסתגל לשינויים בתנאי חום תרמיים.

פאסיבי לעומת Active: Aהשוואה

  • (FLT:0) מערכות פאסיביות: חומרים אליטלים 1:1 (למשל, מקרזים פחמן-פנולי) מספקים הגנה מעולה, אך char והפסד מסה, הגבלת השימוש מחדש.
  • מערכות אקטיביות:0 (Active Systems:FLT:1; פלויד-קו-קולק (למשל, מים או ערוצי גז) דורשות משאבות ומורכבות מערכת מורכבת, הגדלת מורכבות המערכת.

הפחתת אווירודינמי של נאס"א (HIAD) ותוכניות אחרות הדגישו את הצורך בהגנה תרמית הסתגלות שיכולה לשנות צורה וביצועים במהלך משימות.

כיצד פועל Polymers לשפר את מגן החום פעיל

פולימרים מוליכים יכולים לשרת פונקציות מרובות בתוך ארכיטקטורה פעילה של מגן חום: רגולציה טמפרטורה דינמי, חימום משולב, בידוד הסתגלות, ונפיחות תרמית בזמן אמת.

תצורה של טמפרטורה דינמית (Thermoresistive Behavior)

פולימרים מוליכים רבים מציגים חסכוני טמפרטורה חיובי (PTC) של התנגדות: ככל שהטמפרטורה עולה, מוליכות יורדת. זה עצמי רגולציה רכוש ניתן לנצל כדי לייצב טמפרטורה. לדוגמה, שכבת הרש"פ או PEDOT:PSS המוגדרת כחום עמידת התנגדות יפחית אוטומטית את הכוח כאשר הוא מקבל חם, מונע מהתחממות יתר.

החוקרים הראו סרטי PEDOT:PSS ששומרים על טמפרטורת פני השטח בתוך ±2C תחת שטף חום - ביצועים מצוינים עבור מגיני חום אבטיפוס.אינטגרציה של סרטים אלה ישירות על עובש החיצוני של רכב יכול לספק ניהול תרמי אחיד ללא בקרה אלקטרונית רבתי.

אלמנטים משולבים

ניתן להדפיס סרטים פולימרים מוליכים או לרסן על תת-שכבות גמישות (למשל, פולימידסד, קפטון) כדי ליצור תנורי חום דקים וקלים. תנורי חום אלה יכולים להיות מופעלים במהלך החזרה לחום אווירודינמי, או לשמש כדי de-ice החללית במהלך ההשקה.דוגמה בולטת היא השימוש של nanowire / PEDPS: חוםSwed על פני השטח המהיר כדי להשיג חום כזה, 000.

יתר על כן, הגמישות הטבוע של פולימרים מוליכים מאפשר לחום להשתלב לתוך מגיני חום מבוזרים או מנופחים, כגון אלה שדמיינו עבור כלי רכב כניסה למאדים.היכולת לקפל ולגדל מאוחר יותר מבלי לפצח את מעגל החימום היא יתרון קריטי על אלמנטים מתכתיים מלוחים כמו nichrome או Kanthal.

בידוד הסתגלות והגנה על

כאשר הוא מכוסה על קרמיקה עתירה גבוהה או מתרכובות פחמן, שכבות פולימרים מוליכים יכולים לספק בידוד אדפטיבית הסתגלות.הפולימר יכול לעבור מהתנהגות לבודד המדינה בהתבסס על טמפרטורה, למעשה ליצור מחסום תרמי משתנה.לדוגמה, ציפוי של PANI בצורת שלפוחית השתן שלה הוא גם מחלחלת בטמפרטורה החדר אבל הופך להתנהלות מעל - 100 מעלות צלזיוס, המאפשרת טמפרטורות חום סבירות בשלב מאוחר יותר, לספוג חום.

יתרונות השוואתיים על חומרים מסורתיים

פולימרים מוליכים מציעים כמה יתרונות נפרדים על מרכיבים מבוססי מתכת או קרמיקה פעיל מגן חום.

  • (FLT:0) משקל אור: ⁇ FLT:1 עם דחיות סביב 1-1.5 גרם / CM3, פולימרים הם קלים דרמטי יותר מאשר נחושת (8.96 גרם /3), אלומיניום (2.7 גרם / ס"מ3), או נירוסטה פלדה (7.8 g / ס"מ3). הפחתה המונית היא חיונית עבור קיבולת תשלום ויעילות דלק.
  • (FLT:0) lexibility:FLT:1 היכולת לכופף, למתוח, ולעמוד על משטחים מעוקלים או מורכבים מאפשר שילוב חלקה לתוך צורות אווירודינמיקה, membranes פרופורציות, ודוכסים מורכבים.ממממממממממב מתכת דורשים עיצוב זהיר ועשויה סדק תחת לחץ תרמי.
  • (FLT:0)Processability: FLT:1 פולימרים מוליכים ניתן לעבד באמצעות ציפוי ספינ, הדפסה דיוג'ט, ציפוי תרסיס, או אלקטרו-plating, המאפשר ייצור נמוך עלות, גדול-area על תת-שכבות גמישות.
  • (FLT:0) רשם: 1.10alph: התנהגות ה- PTC/NTC אינהרפת את הצורך באלקטרוניקה חיצונית, מפשטת עיצוב מערכת ושיפור האמינות על ידי צמצום נקודות הכישלון.
  • (FLT:0Corrosion Resistance:FLT:1 פולימרים אורגניים לא חמצון כמו מתכות (למרות שהם עשויים לפגום באמצעות מנגנונים אחרים), מה שהופך אותם מתאימים לסביבות כימיות קשות או לתנאי שיגור לחות.
  • (ב) ⁇ :0 (התח): 1FLT) באמצעות סינתזות כימיות, doping, או ערבוב עם מילויים, מוליכות חשמלית, מוליכות תרמית, ויציבות תרמית ניתן להתאים לפרופילי משימה ספציפיים.

אתגרים ואסטרטגיות מייגציה

למרות ההבטחה שלהם, פולימרים מוליכים עומדים בפני כמה מכשולים לפני שהם יכולים להיות מוצבים באופן אמין במגן חום פעיל.

יציבות

רוב פולימרים מוליכים מתחילים להידרדר בטמפרטורות מעל 300-400 מעלות צלזיוס בשל פיסול שרשרת, דה-דופינג, או חמצון. Re-entry חום פלוקסes יכול לייצר טמפרטורות פני השטח מעל 2000 מעלות צלזיוס (למרות קירור פעיל מפחית טמפרטורות פנימיות) עבור פולימר לשרוד, יש להציב באזורים קרירים יותר או מוגן על ידי שכבת מחקר חיצוני להקריב.

אפשרויות ל Harsh Environment

חמצן אטומי (AO) נוכח במסלול כדור הארץ נמוך תוקף פולימרים אורגניים, גרימת שחיקה.קרינת אולטרה סגול יכולה גם לשבור אג"ח ולהפחית את הציפוי המוליכים. ציפויים מוגנים כמו פולימרים עמידים בחמצן (למשל, פולישי פוליזלוקסאן) או שכבות של אלומיניום דק יכול להגן על פולימרן המוליכים.

סקלאלה וייצור

בעוד שהפגנות בקנה מידה מעבדה מראות ביצועים גבוהים, עלייה לאזורים גדולים של מגן חום (למשל, כמה מטרים רבועים) עם תכונות אחידות היא מאתגרת. אינקוג'ט או הדפסה מסך יכול להשיג מחיקה גדולה, אבל שליטה ו doping הומוגניות הוא קריטי. רציף רול-to-roll של סרטי פולימר מוליכים הוא תחום פעיל של עלויות תעשייתיות נשאר גורם - pED - אם כי הם עלולים להיות יעיל, לעומת זאת, למשל, כדי להפחית את עלות, אם כי הם שיפורים גדולים, לעומת זאת, לעומת זאת, לעומת זאת, עלות, לעומת זאת, עלות, עלות, לעומת זאת, לעומת זאת, עדיף, עלות, לעומת זאת, עלות, עלות, לעומת זאת, עדיף, כדי לשפר את עלות, עלות, עלות, לעומת זאת, עלות, עלות גבוהה.

מחקר וכיוונים עתידיים

מחקרים מתקדמים נועדו להתגבר על האתגרים לעיל ולפתוח את מלוא הפוטנציאל של פולימרים מוליכים בהגנה תרמית פעילה.

ננוקום ומערכות היברידיות

Dispersing nano-fillers - כגון צינורות פחמן (CNTs), גרפן, MXenes, או בורון nitride - ב מטבוליות פולימריות התנהגותיות יכול לשפר הן את מוליכות חשמלית והן תרמית תוך שיפור כוח מכני. לדוגמה, שומן:PS+CNT השיגו מוליכות תרמית של W2 / mK, עלייה כפולה של 10 מעל פני חום יכול להיות משולב של חומרים גמישים עם חום.

משימות חלל ויישומים אוויריים

מנהל המשימה של נאס"א בתחום טכנולוגיות החלל של נאס"א מימן חקירות לחיישנים מבוססי פולימרים ומבצעים להגנה תרמית.לדוגמה, מערך תרמוקופיל גמיש עשוי צומת PEDOT:PSS ופולינילין יכולים למדוד הפצה טמפרטורה על פני משטח מגן חום עם פתרון מרחבי גבוה (ESA) חקר את השימוש בציפוי פולימרים מוליכים על בתי גידול מנפחים עבור מערכות מאדים ואוויר, במיוחד אם הם בעלי יכולת יתר של צמיחה קיצונית.

פטנט לאחרונה מבואינג מתאר מגן חום פעיל באמצעות מבנה רב שכבתי עם שכבת חימום פולימר מוליכים סנדנדנדנד בין שכבות מרקים קרמיקה.העיצוב מאפשר למגן להיות מופעל רק כאשר נדרש, צמצום עייפות תרמית במהלך שלב ההפלגה.

תהליכים תעשייתיים גבוהים

מעבר למרחב, מגן חום פעיל פולימרי יכול להגן על מכונות בתהליכים תעשייתיים בעלי טמפרטורות גבוהות כגון מתכת ליהוק, ייצור זכוכית או כורים כימיים. תנורים גמישים שנעשו מ PEDOT:PSS על קפיטטון יכול להיות עטוף סביב צינורות כדי למנוע הקפאת ± ± או לשמור על טמפרטורות תגובה מדויקות.הנכסים המסדירים העצמי להפחית צריכת אנרגיה בהשוואה לחום קבוע למשל, CNI, כדי להוכיח את התגובות של המכון להנדסה על בסיס CDC.

מסקנה

פולימרים מוליכים אינם טכנולוגיה עתידית רחוקה - הם כבר להיות אבטיפוס במערכות ניהול תרמי פעיל, ואימוץ שלהם מגן חום פעיל הוא מאיץ.שילוב של קל משקל, גמישות, תהליךיות, ועצמי רגולציה עצמית התנהגות חשמלית מציעה ערכת כלים רבת עוצמה עבור מהנדסים תכנון הדור הבא של הגנה תרמית אתגרים יציבות לטווח ארוך נשאר, אבל התקדמות nanocomposites, ציפויים היברידיים יותר ויותר יעיל, כמו סוכנויות הגנה יעילה יותר ויותר, כמו גם סוכנויות הגנה יעילה יותר ויותר.

(ב) ב[[המאה ה-20]], [[1924]]]], [[1924]]]]]], [[1924]]]]]], [[1924]]]]]], [[1924]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]], [[1924]]]]]]]]]]]]]]]]]], [[1924]]]]]]]]]]]]]]]]]]]], [[1924]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]], [[1924]]]]]]]], [[1924]]]]]]]]]]]]]]]]]]]] [[1924]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]] [[1924]]]]]]]]]]]] [[1924]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]] [[1924]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]], [[[[1924]]]]]]]]]]]], [[[[1924]]]]]] [[[[1924]]]]]] [[[[1924]]]]]] [[[[1924]]]]]]]] [[[[1924]]]]]] [[[[[[[[1924]]]] [[[[[[1924]]]]]] [[[[[[[[[[1924