Thermal Conductivity Enhancement in 1D Hypo-PMMA Prepared by Using Entropy Diluent

Abstract

Recently, demand for thermally conductive materials has been increasing as future industries like electronics and aerospace developed. Polymers are regarded as appropriate materials for these fields due to their low density, resistance to corrosion, and ease of processing. However, polymers are known to exhibit low thermal conductivity. To overcome this problem, chain orientation of polymers is commonly used to enhance their thermal conductivity. Despite this effort, enhancement in polymers with bulky side groups is still challenging by the difficulties that arose from their side groups. In the introduction, fundamentals for enhancement principle and challenges in thermal conductivity of polymers are enumerated in detail. Besides, the novel method for polymer crystallization, called 1D-hypo crystallization, is explained to show the possibility of chain orientation of polymers with bulky side groups. Chapter 2 describes the scalable preparation method of 1D hc-PMMA using a solution-spray method. This chapter will also present fundamental characterizations of the prepared 1D hc-PMMAs. Chapter 3 will discuss the thermal conductivity of spray-coated hc-PMMA. Especially, the origin of the high thermal conductivity of hc-PMMA comparing with that of pristine one will be discussed. Additionally, the possibility of the further enhancement of the thermal conductivity will be suggested, and the application to other polymers will be presented. Finally, conclusions and outlook will be discussed in Chapter 4. | 최근 들어 전자공학과 항공우주 산업과 같은 미래 산업이 발전함에 따라 열전도도를 지닌 물질에 대한 수요가 증가하고 있다. 고분자는 낮은 밀도, 부식 저항성, 가공용이성 등의 이점으로 활용하기에 좋은 물질로 알려져 있지만 작은 열전도도를 가진 것으로 알려져 있다. 이를 극복하기 위해, 사슬에 방향성을 주는 방법이 연구되어 왔다. 이런 노력에도 불구하고, 거대한 측쇄를 가진 고분자는 이에서 발생하는 문제점들로 아직까지 어려움을 겪고 있다. 도입부에서는 고분자의 열전도도를 향상시키는 원리와 어려움에 대해 자세히 설명하고 있다. 또한 이러한 고분자들의 사슬 배열에도 가능성이 있음을 보이기 위해 새로운 고분자 결정화 방법인 1차원 저결정화를 제시하고 있다. 이전에 우리 그룹은 측쇄의 방향에 상관없이 엔트로피 희석제와 급속 열적 퀜칭을 통해 PMMA를 결정화하는 방법을 발표하였다. 결정화된 PMMA는 사슬이 펴진 형태를 띠며 하나 혹은 두 개의 축으로만 규칙성을 가지는 것이 확인되었다. 2장에서는 앞으로의 응용을 위해 열적 퀜칭 방법을 더 간편한 방법인 용액 공정으로 재현하였다. 용액 공정의 메커니즘으로도 일차원 저결정 PMMA (1D hc-PMMA)를 생성하였으며 결정 사슬의 방향성 또한 입증되었다. 3장에서는 용액 공정을 통해 만든 hc-PMMA의 열전도도가 측정되었다. 열전도도는 기존 비정질 PMMA에 비해 향상된 값을 보여주었다. 이 현상에 대한 원인은 2장에 기술된 내용과 함께 측쇄의 진동 현상에 대한 변화로 규명하였다. 또한 더 높은 열전도도에 대한 기대를 몇몇 한계점과 물적 특성과의 관계로 제시하였다. 더 나아가, 다른 고분자에 대한 가능성을 유사한 증거로 제시하였고 범용 가능한 열적 향상 방법인 1D 저결정화를 통해 미래 산업에 더 다양한 고분자가 쓰일 수 있음을 제안하였다. 결론과 전망은 4장에서 의논하였다.