金属陶瓷太阳能选择吸收性涂层传热研究

在太阳能热利用中,太阳能集热器的传热性能至关重要。本文主要综述了太阳能光谱选择吸收性涂层有效导热系数的理论预测方法、材料制备方法以及实验测量导热系数的方法。文中对多种方法进行了对比,简要分析了各个方法的优缺点。强调了界面接触热阻在复合材料导热中的重要性。最后将理论、制备 、实验三者结合,对未来做出了展望。     

基于矿物特性的太阳能储热材料研究进展

相变材料因其优越潜热被广泛应用于太阳能光热技术中,绝大多数有机相变材料的导热系数非常低,大多介于0.1～0.4 W·m-1·K-1之间。此外,相变材料流动性大,因此需采用导热性能好、具有稳定结构的基体支撑有机相变材料,改善其应用性能。一些天然矿物具有适当的比热与导热系数、多孔道的微结构以及天然的热稳定性与化学兼容性等矿物特性,被用于支撑相变材料制备太阳能储热材料。探讨了矿物的结构特性与性能优势,总结了石墨、珍珠岩、蛭石、硅藻土、埃洛石以及石膏等矿物基太阳能储热材料的制备研究。在此基础上介绍了矿物基太阳能储热材料在太阳能建筑节能、太阳能热水器、太阳能热发电等太阳能光热领域中的应用,并展望了矿物基太阳能储热材料的发展趋势和应用前景。     

气凝胶/硅酸铝纤维保温包装材料导热性能研究

目的利用气凝胶/硅酸铝纤维制备一种保温包装材料,并研究其导热性能。方法利用真空抽滤成型方法及微波加热的干燥方法制备保温包装材料,利用正交试验得到影响该保温包装材料的主要因素。结果导热系数测定结果表明,正交实验最佳配方的导热系数为0.0164 W/(m·K),符合温控包装要求。随着二氧化硅气凝胶加入量的增大,导热系数变小;在最佳体积密度范围51.29~55.09 mg/cm3内,材料的导热系数最低可达到0.013 W/(m·K)。结论文中方法扩大了气凝胶和硅酸铝纤维材料在包装行业中的应用范围,对于农产品包装具有一定现实意义。     

超高分子量聚乙烯基纳米复合材料的导热性能研究

通过添加导热系数较高的纳米AIN、C纤维来制备超高分子量聚乙烯复合材料,采用Hot Disk导热系数仪测试了其导热系数,同时分析了不同添加物及其含量对导热系数的影响.结果表明,制备的超高分子量聚乙烯复合材料的导热性能有明显提高.在本实验条件下,当纤维的添加量达到20%时,复合材料的热导率为0.8969 W·m-1·K-1,比纯超高分子量聚乙烯提高了150%.     

超高分子量聚乙烯基复合材料导热性能研究

采用纳米铜作为子颗粒,利用颗粒复合化系统,以机械冲击的方法将纳米铜颗粒嵌入式包覆于超高分子量聚乙烯颗粒(UHMWPE)表面,利用热压成形技术制备导热型复合材料。采用导热系数测定仪测试其导热系数,分析纳米铜添加量对导热效果的影响。结果表明:在相同的实验条件下,当纳米铜添加质量分数为6.8%时,复合材料的导热系数达到了0.85 W/(m.K),比纯UHMWPE提高了124%。     

硅酸铝耐火纤维的绝热性能

分析了耐火纤维绝热材料的换热特性。建立了一个纤维材料有效导热系数与平均温度、空气导热系数、纤维材料密度和衰减系数的理论关系式。以硅酸铝耐火纤维为试样,通过实验得出衰减系数与温度、密度的关系。理论式与实验结果吻合。     

石墨和炭纤维分别改性热塑性聚酰亚胺 复合材料的导热行为

采用石墨、 炭纤维填充改善热塑性聚酰亚胺(TPI)材料的导热性能, 研究了填料物性对材料力学性能和导热行为的影响。在此基础上, 用Nielsen理论模型和有限元方法模拟了复合材料的导热行为, 进一步探讨了填料形状对材料导热系数的影响。研究表明: 炭纤维、 石墨填充TPI均能提高复合材料的导热性能; 用Nielsen理论模型预测石墨、 炭纤维填充TPI材料导热系数与实验值存在一定偏差; 采用有限元法模拟二维复合材料稳态导热行为, 能有效地预测复合材料的导热系数。基于材料内部热流分布模拟分析发现, 填料自身导热性能对复合材料导热行为的影响不明显; 与圆形填料相比, 方形填料改善材料导热性能效果显著。      

石蜡相变材料的研究进展

主要介绍了石蜡相变材料(PCM)的封装、制备,以及采用微胶囊PCM、纳米复合PCM、多孔PCM和定形PCM等措施克服石蜡渗漏和低导热系数两大缺陷,以期推广石蜡PCM在建筑领域、太阳能领域、军事领域等运用。     

石墨烯及其复合材料导热系数测量的研究进展

石墨烯是当下材料学研究的热点和难点,其优越的导热性能,超越了绝大多数的材料,具有广泛的运用前景。近10年来,石墨烯产业的快速发展对其导热系数准确测量的需求越来越迫切。对石墨烯及其复合材料的定义、制备方法和在散热上的应用进行了综述;介绍了传统的导热系数测量方法,以及适用于石墨烯导热系数测量的激光闪光-拉曼光谱法和电热微桥法,对比了部分文献报道的石墨烯导热系数测量值;对熔融注塑法制备的还原氧化石墨烯和聚丙烯复合材料样品的导热系数和热扩散系数进行了测量,从热扩散系数测量结果发现其导热性能存在严重的各向异性;根据测量研究进展指出当前石墨烯及其复合材料导热系数测量存在的问题,并分析了导致这些问题的原因;最后,对石墨烯及其复合材料导热系数测量的研究进展进行总结和展望。     

膨胀蛭石/石膏复合保温材料的制备与表征

分别以微波法和微波化学法制备的膨胀蛭石为骨料, 采用模压成型工艺制备了膨胀蛭石/石膏复合保温材料, 研究了膨胀蛭石的片径、膨胀方法和熟石膏/膨胀蛭石的质量比(膏石比)与膨胀蛭石/石膏复合保温材料的含水率、导热系数和抗压强度的关系。结果表明: 膨胀蛭石/石膏保温材料的导热系数和抗压强度随膨胀蛭石的片径的增大而减小, 与膏石比呈二次函数关系, 并随膏石比的增大而增大; 在相同的实验条件下, 采用微波化学法制备的膨胀蛭石制作的保温材料(导热系数为0.082 W(m·K)-1)与以微波法制备的膨胀蛭石制作的保温材料(导热系数为0.097 W(m·K)-1)相比, 具有更好的保温性能。制备的复合保温材料可以用作隔热、吸声和湿度调节材料。      

Thin-Film Thermal-Conductivity Measurement on Semi-Conducting Polymer Material Using the 3ω Technique

Organic solar cells have gained increasing interest in recent years due to their promising low-cost processing possibility and high throughput compared to inorganic solar cells. Since the efficiency of organic solar cells is still low, further optimization has to be done. Reliable simulation of solar cell layout and performance strongly depends on correct input data of the electrical and thermal transport properties of the applied film materials. In many cases these material properties are only available for bulk material if available at all. Owing to the given film thicknesses on the order of tenths to hundreds of nanometer and to the preparation methods, the properties of the used system can differ from the bulk material values. For determination of the thin-film thermal conductivity, only a few measurement methods are known to provide accurate results with one of them being the 3ω technique. It allows the determination of the thermal conductivity of bulk materials as well as thin films down to a thickness of around 50 nm. This study is part of an investigation on the influence of local hot spots, generated by defects in the active layer of organic solar cells, and on the charge carrier mobility as well as the propagation of the hot spot due to the thermal conduction of the material. Applying the 3ω technique, the effective thermal conductivity of solution-derived poly(3-hexylthiophene) thin films of different thickness on a common glass substrate was investigated.     

纳米材料改善硝酸熔盐传蓄热性能的研究进展EI北大核心CSCD

聚光式太阳能热发电是解决能源和环境矛盾的理想途径,传热蓄热技术是光热发电的重要环节,在此需要解决的关键问题是传热蓄热介质。熔盐作为储蓄热介质具有明显优势。国内外运行的光热电站中大多使用二元硝酸熔盐(Solar salt)与三元硝酸熔盐(Hitec),但二者传蓄热性能均欠佳,影响了太阳能的利用效率。纳米材料的独特空间结构,使其具有优异的导热性能、良好的稳定性等,将其作为添加剂引入到硝酸熔盐体系中,有望改善材料的传热蓄热等热物性能,进而提高太阳能光热利用的效率,降低发电成本。本文综述了纳米金属粒子、纳米金属氧化物、纳米碳材料和其他无机纳米材料作为添加剂掺杂到硝酸熔盐体系中的相关研究,论述了改性后熔盐热物性的变化并探讨了作用机理,以期为制备优异热性能的储能熔盐提供参考。未来的研究可重点关注热物性测试、传热机理、构效关系和工业化中试,将具有优异的传蓄热性能的硝酸熔盐应用在太阳能光热发电领域,在清洁能源开发利用方面发挥更重要的作用。     

Simultaneous Measurement of Thermal Conductivity and Specific Heat in a Single TDTR Experiment

Time-domain thermoreflectance (TDTR) technique is a powerful thermal property measurement method, especially for nano-structures and material interfaces. Thermal properties can be obtained by fitting TDTR experimental data with a proper thermal transport model. In a single TDTR experiment, thermal properties with different sensitivity trends can be extracted simultaneously. However, thermal conductivity and volumetric heat capacity usually have similar trends in sensitivity for most materials; it is difficult to measure them simultaneously. In this work, we present a two-step data fitting method to measure the thermal conductivity and volumetric heat capacity simultaneously from a set of TDTR experimental data at single modulation frequency. This method takes full advantage of the information carried by both amplitude and phase signals; it is a more convenient and effective solution compared with the frequency-domain thermoreflectance method. The relative error is lower than 5 % for most cases. A silicon wafer sample was measured by TDTR method to verify the two-step fitting method.     

溶胶-凝胶法制备铜锌锡硫材料的研究进展

四元硫化物铜锌锡硫(CZTS)是一种新型薄膜太阳电池材料,具有锌黄锡矿结构,呈p型导电性,带隙约为1.5eV,光学吸收系数高于10~4cm~(-1),这些特性与太阳光谱相匹配。基于上述原因,CZTS薄膜是一种有望能低成本、可规模化开发利用的新型薄膜太阳电池材料。简要阐述了CZTS性质及其薄膜太阳能电池的器件结构,详细介绍了溶胶-凝胶方法制备CZTS薄膜及其相应器件效率的研究进展。最后,总结了此方法制备CZTS薄膜及其相关电池性能难以突破的关键技术问题,并提出了有效的改进措施,对CZTS薄膜太阳电池未来的研究进行了展望。     

Thermal properties measurement and heat storage analysis of paraffin/graphite composite phase change material

This study aims at the preparation of a paraffin/graphite waste composite for thermal energy storage application at low temperature. In this composite material, the paraffin is characterized by high phase change latent heat and graphite serves as the heat transfer promoter. An investigation by means of a Differential Scanning Calorimeter (DSC), a periodic temperature method and a heat storage/release performance unit was conducted in order to measure the phase transition properties, the thermal conductivity and the melting time of the paraffin/graphite waste composites respectively. Experimental results indicated that the melting temperature did not change with the change of the amount of paraffin. On the other hand, the latent heat of phase change material increased with the increasing of the paraffin content. Furthermore, the heat transfer in the composite material during the heat storage process was enhanced through thermal conductivity improvement.     

载冷剂低温热物性测试方法综述

航天器内的温度通过热控制系统中载冷剂的强制对流换热来调节。在研制和选择载冷剂时,根据载冷剂的性能要求,需要对流体工质在低温下的热物性参数进行测量。对现有的载冷剂物性测试方法进行了综述,总结了测量载冷剂密度、凝固点、沸点、黏度等参数的方法,并通过比较得出绝热量热法是低温下测量液体比热容的最佳方法,径向热流法适合于低温下测量液体工质的导热系数。     

空间环境下纤维织物绝热材料隔热性能评价与仿真验证

本文以天宫二号空间材料炉多层隔热系统中纤维织物绝热材料为研究对象, 采用空间环境等效试验条件表征研究了织物有效导热系数随在轨温度和压强的变化, 结合微观传热机理对结果进行了分析, 根据表征结果对不同工况下炉内温度场进行了模拟。结果表明: 纤维织物有效导热系数随温度升高非线性增大, 压强越低, 增长越平缓; 随压强降低以指数函数趋势衰减且存在临界压强; 辐射与气相导热是影响空间环境下纤维织物传热性能的主要因素; 炉内温场计算值与匹配实验实测温度整体趋势吻合良好, 炉中心温度最大计算误差为实测温度的 1.3%。该方法更合理地评价了多层纤维材料在使用工况下的绝热性能, 从而有助于建立准确度更高的热仿真模型。