介孔复合材料内界面热阻及热导率

界面广泛存在于复合材料中,对介孔复合材料热物性起着决定性的影响,研究界面的导热特性对于认识和理解介孔复合材料的导热机制十分重要。利用非平衡的分子动力学模拟方法计算介孔复合材料中基材与填充物间的界面热阻,考察界面热阻随温度、材料质量差异的变化,进一步用界面热阻修正介孔复合材料的有效热导率。结果表明,界面热阻的数量级为10^-11m²·K·W^-1,并随温度升高逐渐降低。界面两端材料质量差异越大,界面热阻越高。可通过减小孔径、减小纳米线长度、增大纳米线间距、降低纳米线填充率来降低介孔复合材料的有效热导率。界面热阻能降低材料的有效热导率。孔径越小、纳米线间距越小、纳米线长度越长、填充率越高,界面热阻降低热导率效果越显著。     

碳纳米填料几何形状和界面热阻对复合材料热导率的影响

以管状碳纳米填料[如多壁碳纳米管(MWCNTs)、碳纳米纤维(Pyrograf纤维)和碳晶须(丝状-VGCF)等]作为聚合物基复合材料的导热填料,探讨了MWCNTs-COOH(氧化功能化改性MWCNTs)、MWCNTs及Pyrograf纤维和丝状-VGCF的热导率、几何形状和界面热阻(R k)等对填料/聚合物基复合材料热性能的影响。研究结果表明:MWCNTs-COOH/基体、Pyrograf纤维/基体的热导率增幅相对较大;采用有效热介质理论模拟法确定了填料/基体的R k,碳纳米填料的几何形状和R k是影响复合材料热导率的重要因素,而碳纳米填料本身的热导率对复合材料热导率的影响并不大。     

界面接触热阻的研究进展

界面接触热阻（TCR）是电子器件冷却、低温超导薄膜等领域研究中的一个热点。综合评述了对接触热阻的传热机理的研究方法、测量方法以及减小接触热阻的主要措施,介绍了近年来国内外对接触热阻的最新研究成果和进展,现有的研究表明：对于界面接触热阻这一特殊物理问题,其理论研究既要从宏观上定量分析又要在微观上综合考虑声子、电子的散射、辐射等机理;在实验方面,目前的测量精度不够高,实验测量工作有待进一步地完善;在减小接触热阻方面,除了常用的方法外,可以通过在接触表面生长新型的高性能导热材料（碳纳米管等）来实现。对已报道的研究工作进行了总结,指出了今后的研究方向。     

碳填料/天然橡胶复合材料热导率及层间接触热阻对微波加热效果的影响

摘要：制备炭黑/天然橡胶（NR）、石墨烯/NR和碳纳米管/NR复合材料,采用试验与数值模拟相结合的方法研究复合材料热导率和层间接触热阻对微波加热的影响。结果表明：炭黑、石墨烯和碳纳米管自身热导率越大,复合材料的热导率越大,层间接触热阻越小;通过增大填料用量来增大复合材料的热导率和减小层间接触热阻具有一定的局限性,需考虑复合材料的配方设计适用性和经济性;复合材料的热导率对微波加热过程中高、低温区域分布规律和微波加热效率基本无影响,但影响复合材料的温度分布均匀性。为保证微波加热硫化均匀性,多层复合材料的层间接触热阻不可忽略。     

低界面热阻、高面外热导率纤维素基复合膜

为有效解决电子设备的高效散热问题,迫切需要开发高性能导热复合材料。近年来,具有高面内热导率的导热复合膜已经取得了很大的进展,但低的面外热导率限制了其应用。在实际应用中,具有高面内和面外热导率的导热复合膜表现出均匀的散热性能,是先进电子器件理想的热管理材料。依据“最密堆积模型”,分别使用球形Al₂O₃粒子和石墨烯微片(GNPs)作为导热模板和导热增强相,采用真空辅助自组装方法,通过填料立体有序结构设计和界面结构优化,制备了高面外热导率柔性细菌纤维素(BC)基导热复合膜材料。大尺寸Al₂O₃粒子构筑基础传热网络,少量小尺寸Al₂O₃粒子填充在大尺寸Al₂O₃粒子之间的间隙,GNPs以球形Al₂O₃粒子为模板进行有序排列;通过调节不同尺寸Al₂O₃粒子的比例和对导热填料进行聚多巴胺(PDA)表面改性,构建了具有低界面热阻的协同立体传...     

翅片管接触热阻的理论预测和试验研究

在前人研究的基础上，提出了改进的预测接触热阻的理论模型，直接从翅片效率的定义出发，用计算机迭代求解，使计算更简捷，预测准确度也有所提高.为了检验预测模型，对缠绕翅片管和整体轧制双金属翅片管进行了试验研究，试验表明，本文提出的理论模型预测值和试验值吻合良好.     

拉曼方法同时测量单根碳纤维热物性和对流传热系数

主要完善并利用新近提出的激光拉曼测试方法,在333.15K环境温度下测量了单根碳纤维的热导率(不考虑接触热阻),并与直流通电法测量结果进行比较,两者符合较好,验证了新提出的激光拉曼测量方法的可行性。同时激光拉曼方法还测量得到了接触热阻、碳纤维的激光吸收率及与空气的对流传热系数,并处理得到考虑接触热阻后修正的碳纤维真实热导率。     

拉曼方法同时测量单根碳纤维热物性和对流传热系数

主要完善并利用新近提出的激光拉曼测试方法,在333.15 K环境温度下测量了单根碳纤维的热导率（不考虑接触热阻）,并与直流通电法测量结果进行比较,两者符合较好,验证了新提出的激光拉曼测量方法的可行性。同时激光拉曼方法还测量得到了接触热阻、碳纤维的激光吸收率及与空气的对流传热系数,并处理得到考虑接触热阻后修正的碳纤维真实热导率。     

脉冲式平面热源法测量材料热导率和热扩散率的分析与实验

对于脉冲式平面热源法实验中的脉冲加热持续时间对测量的影响以及热参数计算公式中的f系数做了理论分析,建立了相应的实验装置并对一些常见材料进行实际测量,系统分析了热导率和热扩散率以及体积热容测试的不确定度。     

接触热阻对注塑成型冷却阶段温度场影响

基于制件与模具间接触热阻,建立了注塑成型冷却阶段传热的数学模型。采用数值模拟软件对结晶性材料聚丙烯(PP)和无定形材料聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)的注塑成型冷却阶段进行温度场仿真分析,研究了制件厚度及界面环境对制件温度场的影响。结果表明,接触热阻对于聚合物冷却过程的温度场和冷却时间会产生很大的影响,而且随着聚合物厚度变小,效果会更加显著,接触热阻的影响程度因材料而异。仿真分析过程中,考虑接触热阻能够更加准确的预测冷却阶段的温度场。     

聚合物基热界面材料与导热性能研究进展

随着电子产品的小型化、集成化和功能化发展,功率密度及热流密度急剧上升,器件内巨大的散热和温压压力使电子设备的寿命和可靠性受到影响,因此对器件在运行过程中如何有效散热提出了更为苛刻的要求。开发及使用高性能导热基复合材料（热界面材料,TIM）降低接触热阻是解决电子设备散热问题的有效途径之一,热界面材料创新与优化备受关注。本文从基本的导热机理出发,阐述聚合物基热界面材料结构及导热强化方面最新进展,讨论导热填料和聚合物基体对复合材料性能的影响。重点对微纳结构的导热强化（协同）作用、构筑3D高导热微结构、导热填料和基质间的界面微结构和导热互穿网络结构等进行讨论,为设计高性能导热结构、制备开发新型高性能TIM提供参考。     

节点作用力对点接触热电输运性质的影响

设计了由两根交叉微米线构成的点接触测量装置,推导了接触热阻测量的实验原理,分析了微米线的表面形貌,实现了不同作用力下接触热阻和接触电阻的同时测量。结果表明：两微米线刚接触时,接触热阻和接触电阻均比相对位移大于5 μm时的结果大近一个数量级,且两者的比值满足Wiedemann-Franz定律;随着相对位移增大,绝缘层对导热的贡献增大,接触热阻减小,但接触电阻几乎不变;继续增加相对位移,得到的接触热阻和接触电阻几乎均与作用力无关,Lorenz数为（4~5）×10^-8 W·Ω·K^-2。     

相变热界面材料导热增强及定形改善的研究进展

将相变时伴随潜热的相变材料（phase change material, PCM）特别是潜热值较大的固-液PCM引入热界面材料（TIM）领域,有望获得兼具储热和导热双功能的新型热界面材料——相变热界面材料（phase change thermal interface material, PCTIM）。然而,鉴于固-液相变材料的热导率普遍较低且存在液相流动泄漏问题,使得增强热传导并同时提升固-液相变材料的定形性成为研制高性能相变热界面材料（PCTIM）的关键。本文系统评述了国内外研究者在提升相变热界面材料热导率以及改善其定形性方面的策略及其研究进展。文中指出,目前强化PCTIM导热的手段主要有添加高导热填料、促使填料有序结构化以及使用低熔点金属等。在改善定形性方面,已运用的策略主要包括使用柔性载体负载固-液PCM以在保证一定柔性的基础上克服其液相泄漏问题,使用固-固PCM来取代固-液PCM来彻底避免液相泄漏问题的出现,以及将固-液PCM封装在微米级或纳米级胶囊内,旨在牺牲借助液相PCM增加柔性的功能,而且通过提高PCTIM的潜热值来提升其抗热流冲击性能。文章指出,当前已研制的PCTIM热...     

纳米流体有效热导率预测

纳米流体热导率实验表明了纳米流体具有不同于常规流体的导热特性。从颗粒小尺寸效应、布朗运动引起的微对流、固液吸附微界面和颗粒聚集结构上分析了纳米流体导热机理,并推导了适合纳米流体的热导率预测公式。与实验结果对比分析,该预测公式与实测值较为接近,对预测纳米流体的热导率有一定的参考价值。     

基于TDTR技术水合物热导率测量方法

四氢呋喃水合物（THF）是典形的笼形水合物,目前有关其热导率的报道较少,且都存在测量样品不是单一相、测量过程水合物发生分解等问题。采用基于飞秒脉冲激光的时域热反射法（TDTR）测量THF热导率。根据样品常温下是流体的特点,设计了可同时适用样品制备及TDTR测量的温控台,实现THF热导率非接触原位测量。获得THF热导率为0.6 W/(m?K),Al/THF界面热导为90.3 MW/(m²?K)。该实验结果有助于理解并完善固体水合物微观导热机理,明晰水分子笼子和客体分子的耦合关系。     

Measurement of through-plane effective thermal conductivity and contact resistance in PEM fuel cell diffusion media

An experimental study was performed to determine the through-plane thermal conductivity of various gas diffusion layer materials and thermal contact resistance between the gas diffusion layer (GDL) materials and an electrolytic iron surface as a function of compression load and PTFE content at 70 °C. The effective thermal conductivity of commercially available SpectraCarb untreated GDL was found to vary from 0.26 to 0.7 W/(m °C) as the compression load was increased from 0.7 to 13.8 bar. The contact resistance was reduced from 2.4×10⁻⁴ m²°C/W at 0.7 bar to 0.6×10⁻⁴ m²°C/W at 13.8 bar. The PTFE coating seemed to enhance the effective thermal conductivity at low compression loads and degrade effective thermal conductivity at higher compression loads. The presence of microporous layer and PTFE on SolviCore diffusion material reduced the effective thermal conductivity and increased thermal contact resistance as compared with the pure carbon fibers. The effective thermal conductivity was measured to be 0.25 W/(m °C) and 0.52 W/(m °C) at 70 °C, respectively at 0.7 and 13.8 bar for 30%-coated SolviCore GDL with microporous layer. The corresponding thermal contact resistance reduced from 3.6×10⁻⁴ m²°C/W at 0.7 bar to 0.9×10⁻⁴ m²°C/W at 13.8 bar. All GDL materials studied showed non-linear deformation under compression loads. The thermal properties characterized should be useful to help modelers accurately predict the temperature distribution in a fuel cell.     

Molecular dynamics simulation and mechanism study on thermal conductivity of alcohols

Heat transfer is one of the basic issues in chemical production, and thermal conductivity is an important thermodynamic data in the design of chemical product production processes. In this paper, nonequilibrium molecular dynamics methods are used to simulate the heat transfer of liquid alcohols at four different temperatures, and the thermal conductivity of the corresponding conditions is obtained. The average relative deviation between the calculated value and the experimental value was 3.77%. Through the decomposition of heat flux, it was found that molecular kinetic energy, Coulomb interaction and intramolecular dihedral angle contribute the most to the heat conduction of alcohols. At the same time, as the molecular volume increases, the thermal conduction pathway of the intramolecular interaction term gradually dominates, indicating that the thermal conduction mechanism of alcohols has a significant relationship with the molecular structure. In addition, as the temperature elevates, the heat flux transmitted through the molecular kinetic energy, intermolecular Coulomb interaction, and the intramolecular angle bending and bond stretching term increases, while the heat flux transmitted through the molecular potential energy decreases significantly. This work provides a microscopic explanation for the effects of the structure and temperature of liquid alcohols on thermal conductivity, and provides a micro foundation for the study of heat conduction of liquid alcohols.