3ω法测量钛酸钡薄膜的热导率

电子设备小型化带来的热效应问题,使得提高薄膜材料热导率和降低薄膜与基底的界面热阻成为提高薄膜器件可靠性的关键因素,因此测量薄膜器件热性能成为了电子工业中愈发重要的课题。钙钛矿结构的钛酸钡作为一种高介电常数材料,在电子工业中被广泛使用。通过建立一套3ω法测试系统,测试了使用高分子辅助沉积法在SiO_2薄膜上沉积的钛酸钡薄膜样品的热导率,并通过不同厚度薄膜热阻与热导率的关系,计算出钛酸钡薄膜的热导率为5.63 W/mK,钛酸钡与SiO_2的界面热阻为2.13×10~(-8)m~2W/K。     

石墨烯/炭纤维/聚醚醚酮复合材料的制备及性能北大核心CSCD

使用层间喷涂法制备了石墨烯/炭纤维/聚醚醚酮(GR/CF/PEEK)复合材料,对材料微观形态、力学性能、热学以及电学性能进行了分析。结果表明,0.1 wt%的石墨烯的加入即可使复合材料的层间剪切强度(ILSS)从57.3 MPa增加到77.6 MPa,弯曲强度和弯曲模量分别从1 226.2 MPa、64.5 GPa增加到1 512.3 MPa、73.6 GPa。差示扫描量热结果证明少量石墨烯的加入能够提高复合材料基体的结晶度。同时复合材料的热导率和电导率也随着石墨烯含量的增加而增加,加入0.5 w t%的石墨烯,复合材料的热导率和电导率与未加入石墨烯相比分别增加了15.5%和73.1%。GR/CF/PEEK复合材料与CF/PEEK相比具有更优良的综合性能。     

石墨烯/炭纤维/聚醚醚酮复合材料的制备及性能

使用层间喷涂法制备了石墨烯/炭纤维/聚醚醚酮(GR/CF/PEEK)复合材料,对材料微观形态、力学性能、热学以及电学性能进行了分析。结果表明,0.1 wt%的石墨烯的加入即可使复合材料的层间剪切强度(ILSS)从57.3 MPa增加到77.6 MPa,弯曲强度和弯曲模量分别从1 226.2 MPa、64.5 GPa增加到1 512.3 MPa、73.6 GPa。差示扫描量热结果证明少量石墨烯的加入能够提高复合材料基体的结晶度。同时复合材料的热导率和电导率也随着石墨烯含量的增加而增加,加入0.5 w t%的石墨烯,复合材料的热导率和电导率与未加入石墨烯相比分别增加了15.5%和73.1%。GR/CF/PEEK复合材料与CF/PEEK相比具有更优良的综合性能。     

金属半球壳压缩力学性能实验和模拟研究

金属空心球结构是一种新型的多孔金属材料,对金属半球壳压缩力学性能的研究是研究整体材料力学性能的基础。通过一系列准静态压缩实验,研究了金属半球壳受刚性球、刚性平板及三种不同截面积的刚性圆柱压缩下的变形形貌及屈服极限、弹性模量等力学性能,分析了球壳受不同压头压缩时的变形规律。通过建立与实验对应的数值模型,对金属半球壳进行了压缩数值模拟,分析了其力学性能。研究表明:金属半球壳的屈服极限和弹性模量均与平面压头的截面积无关,屈曲应力则随刚性圆柱形压头截面积增大而增大,半球壳压缩吸能性能随压头面积减小而降低。     

不同粒径TiB2/Cu复合材料热传导模拟与实验

采用ANSYS对不同粒径TiB₂/Cu复合材料热传导过程进行模拟。采用粉末冶金法制备了不同粒径TiB₂增强的Cu复合材料,采用LINSEIS LFA1600激光导热仪测试了室温至280℃下的TiB₂/Cu复合材料热传导性能变化,并与模拟结果进行对比。结果表明:热导率模拟结果与实验结果吻合较好。在50~200℃之间,复合材料热导率变化不大,在6%~9%范围内波动。200℃之后,模拟值与实验值均呈现出随温度升高而增大的趋势,且吻合度较高。这是由于温度低于200℃时,在模拟过程中未考虑材料界面处两相不同热膨胀系数的影响,导致模拟值与实验值有较大的差异。当温度高于200℃时,模拟值和实验值吻合程度趋于稳定。在200℃时,由于两相热膨胀系数的影响,复合材料内部界面处等效应力大于Cu基体屈服强度,使其发生塑性变形,从而引起热导率发生较大幅度变化。此外,热导率随着TiB₂粒径的增大呈现出先提高后降低的趋势,在10 μm时达到最大。这是由于当颗粒直径小于临界平均直径时,颗粒直径的增大会减少界面数量,从而降低界面热阻。当颗粒直径大于临界平均直径时,平均自由程l的急剧增加导致热导率降低。      

聚醚醚酮改性研究进展

聚醚醚酮(PEEK)作为一种新型高性能热塑性工程塑料,在许多工程领域有着广泛的应用.采用不同手段增强PEEK,改善其加工性能和力学性能、热性能、摩擦学性能,有利于降低材料成本和进一步拓展应用范围.本文从纤维增强PEEK、颗粒填充PEEK、PEEK表面改性、与聚合物共混等方面综述了PEEK改性研究的进展情况.     

KD-II型碳化硅纤维热输运性质的实验研究

SiC纤维是复合材料SiC_f/SiC中的组分材料, 其力学性能已经得到实验验证, 但热学性能尚未见报道。本研究采用综合T型法测量了不同温度热处理的KD-II型SiC纤维在80~300 K温度范围内的电导率、热导率和塞贝克系数, 热处理温度分别为1400、1500和1600℃。研究发现, 在实验设定的热处理温度范围内, SiC纤维电导率不随热处理温度改变而改变, 但其热导率随热处理温度升高有显著的变化。在环境温度为290 K时, 1600℃热处理的SiC纤维热导率为11.6 W•m^-1•K^-1, 比未热处理的材料提高了42%以上。     

聚醚醚酮/碳化硅复合材料的结构及性能

为满足聚醚醚酮(PEEK)特种封装塑料在特殊环境中应用的高耐热性、高力学性能和透波性能等需求,通过分别将玻璃纤维(GF)和碳化硅纤维(SiC)经熔融共混的方式引入PEEK中,并采用注塑成型的方式制备PEEK复合材料;使用扫描电子显微镜、差示量热扫描仪、万能拉力试验仪、热重分析仪和矢量分析仪对复合材料的拉伸断裂面形貌结构、熔融和结晶行为、力学性能、热稳定性以及电磁屏蔽性能等特性进行了深入研究。结果表明,SiC纤维与PEEK基体具有良好的界面相容性,PEEK/SiC复合材料的力学性能较PEEK/GF复合材料更为优异,其拉伸断裂强度和模量及冲击强度分别可达130.4 MPa,7.39 GPa和14.8 kJ/m²,比纯PEEK分别提高了67%,347%和143%。此外,PEEK/SiC复合材料还表现出优异的热稳定性和良好的透波性能。研究结果说明,小尺寸SiC纤维填充PEEK复合材料具有更优的力学性能、耐热性能和透波性能。为在极端环境中应用的电子封装材料的研究与开发提供了有益的思路。     

热处理对聚醚醚酮结晶度和热性能的影响

耐高温工程塑料在200℃以上长时间具有足够的机械强度,在国内外引起人们的极大重视,聚醚醚酮(Polyetheretherketone 简称 PEEK)尤为引人注目~([1])。PEEK 不仅高温性能稳定,而且耐腐蚀、耐辐射,力学性能和电学性能优异,自从英国 TCI 公司开发成功以来,这种材料在日本和欧美等国已经应用于电子电器、机械设备和宇航工业等领域~([2])。本文报道了我们的研制结果。     

导热LLDPE/SiC复合材料的性能研究

采用碳化硅(SiC)和线性低密度聚乙烯(LLDPE)粒子经粉末混合和热压成型制得导热复合塑料。研究了SiC用量及粒径对材料热导率、体积电阻率和介电常数、力学性能以及热稳定性的影响。结果表明:随着填料用量的增加,热导率、介电常数升高,而力学性能下降。在碳化硅用量为50%时,材料的热导率、介电常数、体积电阻率、拉伸强度分别为1.15 W/m K、4.182、4.51×1013Ω.cm、6.3MPa。此外,不同粒径大小的碳化硅粒子配合使用比单一粒径填充更能提高份额和材料的导热性能。     

Motions of a rimless spoked wheel: a simple three-dimensional system with impacts

This paper discusses the mechanics of a rigid rimless spoked wheel, or regular polygon, 'rolling' downhill. By 'rolling', we mean motions in which the wheel pivots on one 'support' spoke until another spoke collides with the ground, followed by transfer of support to that spoke, and so on. We carry out three-dimensional (3D) numerical and analytical stability studies of steady motions of this system. At any fixed, large enough slope, the system has a one-parameter family of stable steady rolling motions. We find analytic approximations for the minimum required slope at a given heading for stable rolling in three dimensions, for the case of many spokes and small slope. The rimless wheel shares some qualitative features with passive-dynamic walking machines; it is a passive 3D system with intermittent impacts and periodic motions. In terms of complexity, it lies between one-dimensional impact oscillators and 3D walking machines. In contrast to a rolling disk on a flat surface which has steady rolling motions that are only neutrally stable at best, the rimless wheel can have asymptotic stability. In the limit as the number of spokes approaches infinity, the behavior of the rimless wheel approaches that of a rolling disk in an averaged sense and becomes neutrally stable. Also, in this averaged sense, the piecewise holonomic system (rimless wheel) approaches a non-holonomic system (disk).     

Realizing the Accurate Measurements of Thermal Conductivity over a Wide Range by Scanning Thermal Microscopy Combined with Quantitative Prediction of Thermal Contact Resistance

Quantitative thermal performance measurements and thermal management at the micro-/nano scale are becoming increasingly important as the size of electronic components shrinks. Scanning thermal microscopy (SThM) is an emerging method with high spatial resolution that accurately reflects changes in local thermal signals based on a thermally sensitive probe. However, because of the unclear thermal resistance at the probe-sample interface, quantitative characterization of thermal conductivity for different kinds of materials still remains limited. In this paper, the heat transfer process considering the thermal contact resistance between the probe and sample surface is analyzed using finite element simulation and thermal resistance network model. On this basis, a mathematical empirical function is developed applicable to a variety of material systems, which depicts the relationship between the thermal conductivity of the sample and the probe temperature. The proposed model is verified by measuring ten materials with a wide thermal conductivity range, and then further validated by two materials with unknown thermal conductivity. In conclusion, this work provides the prospect of achieving quantitative characterization of thermal conductivity over a wide range and further enables the mapping of local thermal conductivity to microstructures or phases of materials.     

不同剂量γ辐照对玻璃纤维/环氧树脂热性能的影响

玻璃纤维增强树脂(GF/EP)因其良好的热绝缘性能和优异的力学性能,在高能物理和核物理实验领域作为支撑材料得到应用。高能物理和核物理实验会对支撑材料产生大量的γ和中子辐射,同时要求其保持热性能的稳定。本文对20kGy、100kGy和200kGy剂量的γ辐照下GF/EP的各项热学性能进行测试研究,包括热膨胀性能、导热性和热降解性能,并对辐照前后GF/EP的微观形貌进行观察。结果发现,辐照后,GF/EP的微观形貌发生变化,基体树脂产生碎片化,辐照后线膨胀范围缩小,线膨胀系数略有降低;导热系数降低,降低幅度随辐照剂量的增大而减小;热分解温度基本保持不变,最快热分解温度略有降低,γ辐照过程中同时发生辐照交联和辐照降解反应,但总体热学性能保持稳定,在使用温度范围内保持良好的稳定性。     

纳米SiO2粉体基隔热材料的混合和成型方法研究进展

纳米SiO₂粉体基隔热材料是一种新型高效隔热材料,具有高气孔率、低密度、低热导率、耐高温等特点,其性能与SiO₂气凝胶相类似,被广泛应用于航空航天、冶金、化工、建筑等领域。在纳米SiO₂粉体基隔热材料的制备过程中,混合和成型方法对材料的力学性能和隔热性能影响较大。因此,本文概述了纳米SiO₂粉体基隔热材料的混合和成型方法的研究进展,分析了各种混合和成型方法的特点及其影响因素,讨论了目前存在的主要问题以及未来的研究方向。     

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。     

碳纤维-AlN/聚醚醚酮复合材料的制备与性能

以聚醚醚酮(PEEK)为基体树脂、碳纤维(CF)和氮化铝(AlN)为填料,通过模压成型的方法制备了抗静电耐热型CF-AlN/PEEK复合材料。采用高阻计、导热系数测定仪、热失重、差示扫描量热仪和SEM研究了CF-AlN/PEEK复合材料的抗静电性能、热性能、力学性能以及降温速率对复合材料性能的影响,并探讨了后期热处理对力学性能的影响。结果表明:当CF和AlN的质量分数均为10%时,CF-AlN/PEEK复合材料的性能较优,其表面电阻率达到108 Ω,比PEEK的表面电阻率提高了6个数量级;导热系数为0.418 W·(m·K)-1,初始分解温度高达573℃;拉伸强度提高了40.4%;降温速率越低,复合材料的熔点越高;后期热处理会影响CF-AlN/PEEK复合材料的力学性能,在270℃下热处理2 h,其拉伸强度可达146 MPa,表明在生产过程中,加工温度是影响复合材料性能的因素之一。      

高熵过渡金属碳化物陶瓷的研究进展

高熵陶瓷作为新型材料, 较大的构型熵赋予其独特的性能, 其中高熵过渡金属碳化物有望成为高超声速飞行器热防护系统的备选材料。相比于单组元碳化物陶瓷, 高熵化的单相陶瓷在综合性能上有较大地提高。目前, 高熵过渡金属碳化物陶瓷的研究还处于初始阶段, 关于高熵过渡金属碳化物的成分设计和理论分析还缺少足够的研究支撑。另外, 如何制备高纯度高熵过渡金属碳化物还需要进一步探索。在高熵过渡金属碳化物陶瓷的性能方面, 还缺少深入的研究。本文针对高熵陶瓷的理论设计和制备方法展开综述, 详细介绍了高熵过渡金属碳化物的力学、热导及抗氧化性能的研究进展, 并指出了高熵过渡金属碳化物陶瓷在超高温陶瓷领域存在的科学问题, 展望了高熵过渡金属碳化物陶瓷未来的发展方向。     

金属陶瓷太阳能选择性吸收涂层传热研究

在太阳能热利用中,太阳能集热器的传热性能至关重要。主要综述了太阳能光谱选择性吸收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。对比了多种方法,简要分析了各种方法的优缺点,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,对未来的发展趋势做出了展望。     

电子束辐射对取向性聚醚醚酮性能的影响

在室温空气气氛中用电子束(EB)辐照拉伸取向后的聚醚醚酮(PEEK)片,研究了辐射对取向性PEEK片材性能的影响。采用X射线衍射(XRD)、热重分析(TGA)、差示扫描量热(DSC)和万能拉力机等手段测试了不同辐射吸收剂量对取向性PEEK片受力方向(平行方向)和垂直于受力方向(垂直方向)的结晶性能、热稳定性、力学性能和热收缩性能的影响。结果表明,在实验吸收剂量范围内,样品的结晶温度、熔融焓以及结晶度都随着吸收剂量的增加而减小;随着吸收剂量的增加样品的热稳定性降低;在空气气氛中辐照样品,其平行和垂直方向上的断裂伸长率、断裂应力均随吸收剂量的增加而减小;辐照后样品平行方向的热收缩率是垂直方向的2倍,在不同吸收剂量的条件下两方向的热收缩率都不变。     

玻璃纤维膨体纱织物热物理性能的实验研究

玻璃纤维是现代无机非金属材料中具有独特功能的材料,其来源丰富,价格便宜,具有强度高、耐高温、耐腐蚀等一系列优异性能,使其在热防护领域发挥不可比拟的作用.为提高玻璃纤维的热防护性能,首先采用自有知识产权的连续功能纤维束气流分散法,将玻璃纤维无捻粗纱制备成玻璃纤维膨体纱、玻璃纤维膨体花式纱及玻璃纤维膨体纱织物.其次,比较、分析了不同规格的玻璃纤维膨体纱织物的外观形态、力学性能、导热系数及热防护性能.研究表明:本实验制备的玻璃纤维膨体纱织物外观丰厚,且存在较多空隙,具备良好的蓬松性和热防护性能,其中,以膨体纱作为直接纬纱制备的织物热防护性能最好,手感最丰厚蓬松,与毡类制品最接近.