Sluit vloeibaar metaal op in een elastomeermatrix en je hebt een thermisch geleidende rubber. Ideaal om warmtebronnen flexibel op te hangen zonder dat ze oververhit raken, schrijven Carmel Majidi en collega’s van Carnegie Mellon University in PNAS.

Het ‘thubber’, zoals ze het noemen, is onder meer te verwerken in elektronica die je op de huid draagt. Het voorkomt dat dat die huid lokaal verbrandt door componenten waar warmte af komt, zoals microprocessoren en lichtbronnen.

Als vloeibaar metaal gebruiken ze een simpel eutectisch mengsel van 75 massa % gallium en 25 % indium. Het smeltpunt hiervan bedraagt 15,5 °C, niet laag genoeg voor commerciële toepassingen maar wel voor experimenten. Je dispergeert het in de vorm van microdruppeltjes (gemiddeld 15 µm diameter) door vloeibaar siliconenrubber, dat je vervolgens laat uitharden.

Een oppervlakte-actieve stof heb je hier niet voor nodig; door contact met zuurstof vormt zich vanzelf een vast Ga₂O₃-huidje rond de druppeltjes. Dat laagje is mechanisch net sterk genoeg om samenvloeien te voorkomen.

Rek je de uitgeharde rubber op, dan vervormen de druppels gewoon mee tot lange slierten.

Elektrisch gezien is dit materiaal een isolator: de metaaldruppels geleiden wel maar ze komen niet rechtstreeks met elkaar in contact. Maar er zit maar zo weinig rubber tussen dat warmte wél redelijk gemakkelijk van de ene naar de andere druppel kan komen. Als je er aan trekt, zodat de rubberlagen nog dunner worden, wordt de thermische geleiding zelfs nog beter; volgens de auteurs kom je dan in de buurt van sommige metalen zoals bismut en roestvast staal.

Ze hebben het onder meer gedemonstreerd met een heel fel led-lampje dat je rond je been kunt binden als je gaat joggen in het donker; zo’n ding verbruikt ruim 1 W en wordt dus een stuk heter dan je van een led verwacht.

Ook hebben ze het verwerkt in een robotvis die zwemt dankzij geheugenmetaal dat zijn staart heen en weer laat zwiepen; dat metaal moet daartoe beurtelings opwarmen en afkoelen, en als je het verpakt in thermisch geleidende rubber kan dat in een veel hoger tempo dan wanneer het in gewone rubber zit.

bron: Carnegie Mellon