导热聚合物复合材料的研究进展

针对几种导热填料在导热聚合物复合材料研究中的应用情况,概述了近年来导热聚合物复合材料的一些研究进展,简要阐述了几个影响导热聚合物复合材料热导率的因素.多种导热填料的研究丰富了导热聚合物复合材料的性能与应用,特别是纳米导热填料的研究为获得性能优异的导热聚合物复合材料提供了新的途径,然而,目前的研究所能提供的建立有效的热传...     

纳米银/环氧树脂纳米复合材料制备和性能表征

以乙二醇作为还原剂,采用微波法制备长径比不一的银纳米材料。采用SEM和XRD对不同长径比的纳米银进行了表征。以不同长径比的纳米银作为导热填料成功的制备了导热性能优异的环氧复合材料。环氧复合材料的热性能和力学性能测试表明：当长径比为33的银纳米线在较低的填充量具有较高的热导率,比填充纳米方块的环氧复合材料高约9倍（热导率为16.63 W·m-1.K-1）。填充银纳米线的环氧复合材料的抗剪切强度（以铝为基板的抗剪切强度为18.7 MPa）相比于填充相同体积分数的银纳米方块和银纳米棒的环氧复合材料均有不同程度的提高。     

石墨烯纳米带导热的分子动力学模拟

利用MEDEA软件建立并优化了单层石墨烯模型,采用非平衡分子动力学方法对单层石墨烯热导率进行了计算。研究了几何尺寸、温度对扶手型石墨烯纳米带(AGNRs)和锯齿型石墨烯纳米带(ZGNRs)导热系数的影响。模拟结果表明在相同温度下AGNRs的导热系数高于ZGNRs, GNRs导热系数随着纳米带宽度和长度的增加而增大,且增长近似于线性增加。模拟结果还表明形状对纳米带的热导率有影响,三角形GNRs存在热整流效应且热导率随温度的升高而降低。     

纳米流体热导率试验

采用自行设计的瞬态热线装置，测试了不同种类纳米流体的热导率，分析研究了粒子体积分数、粒径、温度、分散剂等因素对纳米流体热导率的影响.结果表明，低体积分数纳米流体的热导率比基液有较大幅度的提高，最大可达40%左右；纳米流体的热导率随着粒径的增大而减小，随着粒子体积分数的增大、温度的升高而增加，且分散效果越好的纳米流体热导率越大.试验热导率值大于常规固液混合物的H-C模型预测值，表明纳米流体具有不同于一般固液混合物的独特的优良导热特性.     

AlN／MAS微晶玻璃复合材料的热物理性能

通过X射线衍射、扫描电镜和热物理性能测试，研究AIN引入量和温度对在900-1000℃真空热压烧结制备的AIN／MAS玻璃陶瓷复合材料热物理性能的影响。研究结果表明：复合材料的热膨胀系数随着AIN引入量和测试温度的增加而增加；热导率随着AIN引入量的增加而增加；随着测试温度的升高，复合材料的热导率随着AIN引入量的变化呈现不同的特征；AIN引入量为20％（体积分数）时，样品的热导率随着测试温度的升高而升高，表现出明显的非晶态物质的导热特性；AIN引入量为50％时，样品的热导率呈现先升高后稍许降低的导热特性。     

导热填料对HDPE/石蜡定形相变材料性能的影响

采用熔融共混技术,在高密度聚乙烯（HDPE）/石蜡定形相变材料中添加普通石墨、氧化膨胀石墨、超声膨胀石墨以及膨胀石墨（EG）4种导热填料制备导热定形相变材料（PCM）。SEM图表明导热填料可以与HDPE、石蜡均匀混合。添加导热填料后定形相变材料的渗漏率有增大的趋势,但添加普通石墨和超声膨胀石墨时,渗漏率随导热填料含量的增加而增加,添加氧化膨胀石墨和EG时,PCM的渗漏率随导热填料含量的增加而降低。定形相变材料中添加导热填料时其热导率有显著提高。添加EG时,定形相变材料的热导率提高最多,提高率达144.7%。     

基于比等效热阻法的片状填料填充聚合物复合材料的导热性的预测

基于比等效热阻法建立了简化了的片状填料填充聚合物基复合材料的导热模型并推导出了相应的等效导热系数公式。以云母片填充聚乳酸为例,应用有限元软件ANSYS建立了云母体积分数在11%下的聚乳酸/云母复合材料的三维稳态热传导单元模型,并模拟了热流沿云母片厚度方向和径向传递的过程。结果表明,当热流沿云母片轴向方向上流动时,经ANSYS模拟求得的复合材料的等效导热系数和文中推导的公式的所给出的预测值更为接近;当热流沿云母片的径向流动时,随着云母体积分数的增加,复合材料的等效导热系数的预测值呈指数性增长,并且高于ANSYS的计算结果。有限元结果和本文的公式均表明,片状填料填充聚合物复合材料的等效导热系数可分解为是沿热流不同正方向上的贡献,更长的等效导热路径使片状颗粒在填充聚合物后能提供更为出色的导热性能。     

基于比等效热阻法的片状填料填充聚合物复合材料的导热性的预测

基于比等效热阻法建立了简化了的片状填料填充聚合物基复合材料的导热模型并推导出了相应的等效导热系数公式。以云母片填充聚乳酸为例,应用有限元软件ANSYS建立了云母体积分数在11％下的聚乳酸/云母复合材料的三维稳态热传导单元模型,并模拟了热流沿云母片厚度方向和径向传递的过程。结果表明,当热流沿云母片轴向方向上流动时,经ANSYS模拟求得的复合材料的等效导热系数和文中推导的公式的所给出的预测值更为接近;当热流沿云母片的径向流动时,随着云母体积分数的增加,复合材料的等效导热系数的预测值呈指数性增长,并且高于ANSYS的计算结果。有限元结果和本文的公式均表明,片状填料填充聚合物复合材料的等效导热系数可分解为是沿热流不同正方向上的贡献,更长的等效导热路径使片状颗粒在填充聚合物后能提供更为出色的导热性能。     

FLUENT模拟分析巴基纸基复合材料的温度场分布

为了研究加热过程中加热功率及聚合物基体导热系数等因素对巴基纸基复合材料达到稳态所需时间及温度场分布的影响规律,采用有限元软件FLUENT分别模拟了不同工况条件下矩形弯曲、正弦形及平板形巴基纸增强聚合物基复合材料的热传导性能。计算结果表明:三种形状巴基纸基复合材料加热达到稳态后整体温度水平均随加热功率的增大呈线性增长,且巴基纸基复合材料达到稳态时所需时间也随加热功率的增大而延长。随着聚合物基体材料导热系数的增大,巴基纸基复合材料温度分布更加均匀,且巴基纸基复合材料达到稳态所需要的时间越短。分析认为,加热功率对巴基纸基复合材料温度分布规律的影响主要通过巴基纸加热片的单位体积热源起作用;聚合物基体导热系数增大利于巴基纸加热片热量的散出,因此缩短了巴基纸基复合材料达到稳态的所需时间。     

石墨改性聚全氟乙丙烯导热复合材料的性能

研究了新型耐腐蚀换热器的制作材料,旨在避免烟气余热回收时,因烟气温度低于其酸露点温度而产生的低温腐蚀.采用石墨填充聚全氟乙丙烯(fluorinated ethylene propylene,FEP),并添加一定量的碳纤维,制备出导热性能较好、抗冲击且耐腐蚀的石墨改性FEP导热材料.通过导热性能、力学性能及耐腐蚀性能研究,确定了适用于制作烟气余热回收系统中换热器的复合材料中石墨的填充质量分数.实验表明,石墨的质量分数越高,导热复合材料的热导率越大,但其拉伸强度、断裂伸长率和冲击强度会随着石墨填充质量分数升高逐渐降低.     

Thermal conductivity model of filled polymer composites

Theoretical and empirical models for predicting the thermal conductivity of polymer composites were summarized since the 1920s.The effects of particle shape,filler amount,dispersion state of fillers,and interracial thermal barrier on the thermal conductivity of filled polymer composites were investigated,and the agreement of experimental data with theoretical models in literatures was discussed.Silica with high thermal conductivity was chosen to mix with polyvinyl-acetate(EVA)copolymer to prepare SiO2/EVA co-films.Experimental data of the co-films' thermal conductivity were compared with some classical theoretical and empirical models.The results show that Agari's model,the mixed model,and the percolation model can predict well the thermal conductivity of SiO2/EVA co-films.     

Effect of Y（Yttrium） Filling Fraction on Thermoelectric Properties of p-type Yy Fex Co4-x Sb12

Yttrium-filled sku, tterudites Yy Fex Co4-x Sb12 （ Y =0- 0. 40 ） were synthesized. The effect of Y filling fraction on thermoelectric properties of Yy Fex Co4-x Sb12 was investigated. All samples showed p-type conduct. The electrical conductivity decreased with increasing filling fraction y. The Seebeck coefficient inreased with increasing temperature. The lattice thermal conductivity decreased with increasing filling fraction y and showed the minimum value at a certain filling fraction y = 0.3. The effect of different filling atoms M（ M： Ba, Ce, Y） on the lattice thermal conductivity of MyFexCo4-xSb12 was discussed. The maximum ZT value of O. 7 was obtained for Y0.06 Fe0.7 Co3.3 Sb12 at 750 K.     

多孔介质有效导热系数的实验与模拟

应用实验与数值模拟相结合的方法研究了多孔介质的有效导热系数.将分形理论与孔道网络模型相结合的分形孔道网络模型用于研究多孔介质的有效导热系数,为太阳池储热、地源热泵传热、食品干燥等方面打下了基础.模拟计算结果与实验结果吻合较好,证明了分形孔道网络模型适用于计算多孔介质的有效导热系数.研究了孔喉比、配位数、垂直热流方向喉道比例、喉道长度、孔隙率、固体骨架导热系数(K.)及流体导热系数(Kf)等多方面对多孔介质有效导热系数的影响.结果表明,垂直热流方向喉道会增大多孔介质的热阻,降低多孔介质的有效导热系数.当K8大于Kf时,随着孔喉比的增大以及喉道长度的减小,多孔介质的有效导热系数越大.当平行热流方向喉道数目相等时,多孔介质的有效导热系数随着配位数的减小而增大;当垂直热流方向喉道数目相等时,多孔介质的有效导热系数随着配位数的增大而增大.     

~3H_e和~4H_e及其混合气体输运性质的理论研究

本文应用TT势计算了~3He和~4He气温体在0.1K—3273K温度范围内的粘滞系数和热传导系数,以及~3He和~4He气体等摩尔二元混合在0.1—373K内的输运性质,计算结果与Kestin等人的数据符合得很好。计算中用了经典和量子力学两种输运截面公式,T=373K时两种计算得出的输运系数,其相对偏差在0.7％左右,随温度降低偏差逐渐增大。     

Thermal conductivity measurements on xonotlite-type calcium silicate by the transient hot-strip method

The experimental results of the thermal conductivities of xonotlite-type calcium silicate insulation materials were presented at different temperatures and pressures.Two appropriative surroundings,i.e.an elevated temperature surrounding from ambient temperature to 1450 K and a vacuum surrounding from atmosphere pressure to 10-3 Pa,were designed for the transient hot-strip (THS) method.The thermal conduetivities of xonotlite-type calcium silicate with four densities from ambient temperature to 1000 K and 0.045 Pa to atmospheric pressure were measured.The results show that the thermal conductivity of xunotlite-type calcium silicate decreases apparently with the fall of density,and decreases apparently with the drop of pressure,and reaches the least value at about 100 Pa.The thermal conductivity of xonotlite-type calcium silicate increases almost linearly with T3,and increases more abundantly with low density than with high density.The thermal conductivity measurement uncertainty is estimated to be approximately 3% at ambient temperature,and 6% at 800 K.     

稀土Dy~(3+)掺杂YAG发光材料的制备及其变温发光特性研究

采用溶胶-凝胶法与燃烧法相结合制备了YAG:Dy~(3+)粉体,研究了不同Dy~(3+)掺杂浓度对YAG:Dy~(3+)晶体结构和发光特性的影响。XRD结果表明,YAG:3%Dy~(3+)和YAG:4%Dy~(3+)样品均保持了基质YAG的晶相结构。在365nm光激发下,常温下两种掺杂浓度样品的光致发光峰主要集中在可见光区范围,其中掺杂浓度为4%的样品的发光强度要高于浓度为3%的样品。YAG:4%Dy~(3+)样品变温光致发光特性结果表明,在373K~773K温度范围内,发射峰的峰位没发生变化,由于热淬灭效应,573nm和478nm的发光峰的发光强度随温度升高而整体降低,而455nm处的发光峰强度随温度升高而整体升高。计算了455nm和478nm两个发光峰的荧光强度比,并将其与温度关系进行了拟合,得到了Dy~(3+)离子的热耦合能级~4I_(15/2)→~6H_(15/2)和~4F_(9/2)→~6H_(15/2)的有效能级差ΔE为670cm~(-1)。YAG:4%Dy~(3+)的测温绝对灵敏度在373K达到最大值0.00694K~(-1)。     

Sm填充方钴矿化合物的合成及热电性能

采用高温熔融法结合固相反应法合成了一系列单相的SmyFexCo4-x-Sb12化合物，并探索了Sm填充分数对其热电性能的影响规律。结果表明，随着Sm填充分数的增加，载流子浓度及电导率降低；塞贝克系数随温度的升高和Sm填充分数的增加而增大；晶格热导率随Sm填充分数的增加先减小然后再增加，在某一填充分数时达到最小值。Sm0．19Fe1.47Co2．53Sb12化合物显示最大热电性能指数，在750K时其最大无量纲热电性能指数ZTmax值达0．55。     

Electrochemical behaviors of novel composite polymer electrolytes for lithium batteries

A novel composite polymer electrolyte was prepared by blending an appropriate amount of LiC104 and 10% (mass fraction) fumed SiO2 with the block copolymer of poly (ethylene oxide) (PEO) synthesized by poly (ethylene glycol) (PEG) 400 and CH2CI2.The ionic conductivity, electrochemical stability, interfacial characteristic and thermal behavior of the composite polymer electrolyte were studied by the measurements of AC impedance spectroscopy, linear sweep voltammetry and differential scanning calorimetry (DSC), respectively. The glass transition temperature acts as a function of salt concentration, which increases with the LiC104 content.Lewis acid-base model interaction mechanism was introduced to interpret the interactive relation between the filled fumed SiO2 and the lithium salt in the composite polymer electrolyte. Over the salt concentration range and the measured temperature, the maximum ionic conductivity of the composite polymer electrolyte (10^4.41 S/cm) appeared at EO/Li=25 (mole ratio) and 30~C, and the beginning oxidative degradation potential versus Li beyond 5 V.     

石墨烯修饰的碳纳米纤维制备及其电热转换

为提高碳纳米纤维(CNF)的电热转换效率,改善其综合导热系数,采用静电纺丝法将氧化石墨烯(GO)添加到聚丙烯腈(PAN)纤维中,经过预氧化和碳化处理后制得具有三维导热网络的CNF/rGO复合纤维膜以提高其热传输效率,并考察不同石墨烯含量和碳化温度对CNF/rGO复合纤维膜导热性能的影响。结果表明:采用rGO修饰CNF复合薄膜可以有效提升其综合导热系数,改善其电热转换效率;CNF/rGO复合纤维膜的导热系数随着氧化石墨烯含量的增加而升高,随着碳化温度的升高而下降,当氧化石墨烯质量分数为20%、碳化温度为1100℃时,CNF/rGO复合纤维膜的导热系数为0.216 W/(m·K),比纯CNF提升了127%;当氧化石墨烯质量分数为5%、碳化温度为1000℃、电压为21 V、电流为0.51 A时,CNF/rGO复合纤维膜的表面温度最高可达251.9℃;但是,GO含量和碳化温度的升高会导致CNF/rGO复合纤维膜的力学性能下降。