纳晶Cu-Ag双峰材料热传导行为特性研究

采用热压烧结法制备了具有双峰结构的纳晶Cu-Ag复合材料和纳晶Cu金属材料,采用激光法测定了试样在不同温度(200~400 K)下的热导率。测量结果显示,2种纳晶金属材料热导率随晶粒尺寸的增加而增加,并且随温度的降低而减小。在300 K下平均晶粒尺寸为150 nm的纳晶Cu-Ag双峰材料试样的热导率为163.45 W/m·K,分别占粗晶Cu和粗晶Ag的40.7%和38.1%。本研究引入并改进了卡皮查热阻理论模型对试样热导率进行了数值计算,计算结果与实验数据基本一致,纳晶Cu-Ag双峰材料热导率明显低于单晶Cu/Ag块体,纳晶金属材料热导率随着晶粒尺寸的增加而增加,验证了纳晶Cu-Ag双峰材料热导率在一定的晶粒尺寸范围内具有尺寸效应。     

合金系掺杂对FeCoCrMoCBY非晶合金热导率的影响北大核心CSCD

以Fe_(41)Co_7Cr_(15)Mo_(14)C_(15)B_6Y_2非晶合金为基体,通过掺杂Co_(65)Cr_(15)Zr_(10)W_(10)非晶合金成功获得了低热导率的Fe基大块非晶合金。利用四探针电阻率测试仪和激光闪射热导率测试仪分别测量合金的室温电阻率和25~150℃下的热导率。研究Co_(65)Cr_(15)Zr_(10)W_(10)非晶合金掺杂对电阻率和热导率的影响以及热导率随温度的变化关系。结果表明:在25~150℃范围内,Fe基大块非晶合金热导率随温度升高呈线性增加。Co_(65)Cr_(15)Zr_(10)W_(10)非晶合金的掺杂导致Fe基大块非晶合金的热导率和电阻率降低,当掺杂含量高于10 at%后,热导率趋于稳定。掺杂主要引起常温下声子热导率的变化,对电子热导率影响很小。提出了通过晶化温度Tx推算Fe基大块非晶合金常温下热导率的公式,声子热导率与Tx之间的关系符合Y=0.06756X-37.31568,总热导率与Tx之间的关系符合Y=0.06228X-30.58814。     

合金系掺杂对FeCoCrMoCBY非晶合金热导率的影响

以Fe_(41)Co_7Cr_(15)Mo_(14)C_(15)B_6Y_2非晶合金为基体,通过掺杂Co_(65)Cr_(15)Zr_(10)W_(10)非晶合金成功获得了低热导率的Fe基大块非晶合金。利用四探针电阻率测试仪和激光闪射热导率测试仪分别测量合金的室温电阻率和25~150℃下的热导率。研究Co_(65)Cr_(15)Zr_(10)W_(10)非晶合金掺杂对电阻率和热导率的影响以及热导率随温度的变化关系。结果表明:在25~150℃范围内,Fe基大块非晶合金热导率随温度升高呈线性增加。Co_(65)Cr_(15)Zr_(10)W_(10)非晶合金的掺杂导致Fe基大块非晶合金的热导率和电阻率降低,当掺杂含量高于10 at%后,热导率趋于稳定。掺杂主要引起常温下声子热导率的变化,对电子热导率影响很小。提出了通过晶化温度Tx推算Fe基大块非晶合金常温下热导率的公式,声子热导率与Tx之间的关系符合Y=0.06756X-37.31568,总热导率与Tx之间的关系符合Y=0.06228X-30.58814。     

纯钛表面超细晶组织的扫描热显微镜分析

通过喷丸处理方法在纯钛表面形成一定厚度的超细晶组织(纳米及亚微米组织),利用扫描热显微镜(SThM)对超细晶组织的热性能进行分析。在实验基础上建立理论模型。根据从SThM扫描探针针尖传输到试样各种组织中的热流变化,分析材料的热导率与组织的变化关系。结果表明,超细晶组织的热导率与具有较大晶粒的基体相比有明显的降低,其原因主要与细晶组织中导电电子浓度的降低、晶格缺陷密度的增加及电子与声子在该类组织中的强烈散射有关。     

Sm2Ce2O7-Gd2Zr2O7复合材料制备及热导率

目的探讨了Gd_2Zr_2O_7的颗粒度和含量对(Sm_2Ce_2O_7)1-x(Gd_2Zr_2O_7)x复合材料热导率的影响。方法用纳米级和微米级粉体制备了两个系列的(Sm_2Ce_2O_7)1-x(Gd_2Zr_2O_7)x复合材料。用X射线衍射技术分析了材料的相组成,用扫描电镜观察了复合材料的显微形貌,用纽曼科普定律计算了复合材料的比热,用激光脉冲法测试了材料的热扩散系数。根据比热、密度和热扩散系数计算了复合材料的热导率,并根据最终热导率结果,分析了Gd_2Zr_2O_7颗粒度和含量对复合材料热导率的影响。结果所合成的粉体均具有单一的萤石晶体结构,纳米级Gd_2Zr_2O_7粉体最大比表面积为15.413 m~2/g,微米级Sm_2Ce_2O_7粉体最小比表面积为0.226 m~2/g。所制备的两个系列的(Sm_2Ce_2O_7)1-x(Gd_2Zr_2O_7)x复合材料也表现出单一的萤石晶体结构,但晶粒大小不均匀。结论当x=0.5时,纳米粉体制备的复合材料存在明显的纳米晶。微米级Gd_2Zr_2O_7对复合材料声子热导率抑制不明显,但可以抑制高温光子热导率;纳米级Gd_2Zr_2O_7的引入可明显降低复合材料的声子热导率,但对高温光子热导率抑制不明显。两个系列复合材料的热导率均低于YSZ。     

晶界几何结构对纳晶ZnO材料导热过程的影响

为了探究晶界几何结构对纳晶ZnO材料导热性能的影响,将晶界表面抽象出几种典型几何形状,深入讨论了晶界表面粗糙度的计算以及声子入射角对镜面反射率的影响,改进了晶界镜面反射率的计算模型.采用PhonTS软件,用迭代法求解玻尔兹曼输运方程模拟计算得到了纳晶ZnO晶格热导率.基于分子动力学理论计算了ZnO完美材料的热导率,分析...     

美国：金属超导体中电子流动的方式与水在管道中流动的方式非常类似

正据cnBeta 9月6日消息,波士顿学院物理学助理教授Fazel Tafti与得克萨斯大学达拉斯分校和佛罗里达州立大学的研究人员合作,在金属超导体NbGe2中发现,电子和声子之间的相互作用改变了电子从扩散(或粒子状)到流体动力(或液体状)的传输机制。研究人员发现,电子与声子相互作用将形成一种电子-声子液体,这种新型液体将在金属内部流动,与水在管道中流动的方式非常相似。未来研究团队利用电子-声子的相互作用来寻找这类流体力学体系中的其他材料,     

Cu_(y)Bi_(2)Te_(2.62)S_(0.08)Se_(0.3)热电材料的微观结构与热电性能EI北大核心CSCD

采用合金设计、真空熔炼、快速凝固、球磨制粉、冷压成形和常压烧结工艺,制备了Cu、S掺杂的n型Bi_(2)Te_(2.7)Se_(0.3)热电材料,采用XRD、SEM和ZEM-3热电测试系统等表征热电材料晶体结构、微观形貌和热电性能,研究Cu、S掺杂的n型Bi_(2)Te_(2.7)Se_(0.3)热电材料热电性能机理。结果表明:Cu_(y)Bi_(2)Te_(2.62)S_(0.08)Se_(0.3)热电材料晶体结构为R-3m空间群斜方晶系的六面体层状结构;掺杂Cu的Cu_(y)Bi_(2)Te_(2.7)Se_(0.3)热电材料,形成Cui间隙缺陷和Bi′Te反位缺陷,随着载流子(电子)浓度增加,载流子迁移率降低,电导率显著增大;掺杂S的Bi_(2)Te_(2.62-z)SzSe_(0.3)热电材料,生成化学键健能较Bi-Te强的Bi-S,抑制反位缺陷Bi′Te形成,少数(空穴)载流子浓度减小,同时增强声子对声子散射和点缺陷对声子散射,从而使晶格热导率和双极扩散热导率降低,总热导率明显降低,抑制塞贝克系数的减少;Cu、S共掺杂的协同作用,n型Cu_(y)Bi_(2)Te_(2.62-z)SzSe_(0.3)热电材料电导率增大,而热导率基本不变,由此ZT值和功率因子显著提高;在300~400 K温度范围内,Cu_(0.03)Bi_(2)Te_(2.62)S_(0.08)Se_(0.3)的电导率约为7.0×10^(4)S/m,塞贝克系数约为220μV/K,功率因子约为2.4 m W/(m·K^(2)),热电优值(ZT值)约为1.0。Cu_(0.03)Bi_(2)Te_(2.62)S_(0.08)Se_(0.3)热电材料可广泛应用于低温尤其室温条件下的热电制冷器件和温差发电电池。     

CeO2的晶格动力学性质和热输运性质的第一性原理计算

采用基于密度泛函理论的有限位移法和玻尔兹曼方程,计算了CeO2的晶格动力学性质、热力学性质和热输运性质,计算结果和实验结果基本符合。通过分析CeO2所有声子模式的振动频率、Gruneisen系数和散射率,揭示了光学声子对增强晶格振动的非简谐性和声子散射率所起的重要作用。此外,还计算了不同自由程的声子模式对热导率的贡献,发现CeO2的晶格热导率主要由声子自由程在1~10 nm之间的声子所贡献。     

B掺杂p型SiGe合金的制备与热电性能表征

以一定化学计量比均匀混合的Si、Ge、B混合粉末为原材料,使用放电等离子烧结(SPS)一步法合金化制备了p型Si₈₀Ge₂₀B_x(x=0.5,1.0,2.0)合金热电材料,并对样品的组成、微观形貌、热电性能进行了表征与分析。结果表明,放电等离子烧结过程实现原位合金化并烧结为块体材料。随着B掺杂量的增加,电导率明显提升,热导率显著下降,当温度为950K时,热导率为1.79W/(m·K)。在1050K时,ZT值达到了0.899。球磨和掺杂的协同作用使得SiGe合金基体内产生不同类型的缺陷特征而散射不同波长的声子,导致硅锗合金热导率的降低。     

基于平衡态和非平衡态分子动力学模拟研究锗烯热导率

利用平衡态和非平衡态分子动力学模拟的方法计算了锗烯的热导率。首先,应用平衡态方法模拟了锗烯的热导率并进一步计算了热导率分解的各个分量。与石墨烯不同,锗烯热导率较小且 分量占主导。其次,应用非平衡态方法模拟计算了一系列长度的锗烯热导率,通过拟合得到不依赖长度的收敛热导率。最后,比较平衡态和非平衡态两种模拟方法得到的结果。发现不仅在数值上结果是一致的,而且通过拟合声子群速度将平衡态数据转换为长度依赖关系,也可以与非平衡态数据很好的重合。因此,基于平衡态和非平衡态两种方法应用GPUMD程序模拟计算的锗烯热导率都是有效且等价的。     

Thermal conductivity of electron-doped CaMnO3 perovskites: Local lattice distortions and optical phonon thermal excitation

The thermal transport properties of a series of electron-doped CaMnO₃ perovskites have been investigated. Throughout the temperature range 5–300 K, phonon thermal conductivity is dominant, and both electron and spin wave contributions are negligible. The short phonon mean free paths in this system result in the relatively low thermal conductivities. The strong phonon scatterings stem from the A-site mismatch and bond-length fluctuations induced by local distortions of MnO₆ octahedra. The thermal conductivity in the magnetically ordered state is enhanced as a result of the decrease in spin–phonon scattering. The results also indicate that above the magnetic ordering temperature, observable thermal excitation of optical phonons occurs. The contribution of optical phonons to thermal conductivity becomes non-negligible and is proposed to play an important role in the glass-like thermal transport behavior (i.e. positive temperature dependence of the thermal conductivity) in the paramagnetic state. These features can be understood in terms of an expression of thermal conductivity that includes both acoustic and optical phonon terms.     

Models of thermal conductivity of multilayer wear resistant coatings

The thermal conductivity of non-metallic nano- and microstructured materials is a key parameter when considering wear resistant coatings. Here, different models of phonon transport and estimation of thermal conductivity are analyzed. The hopping mechanism of phonon transport was found to be applicable for small-grain-size materials in understanding thermal conductivity, whereas large grain size materials can be studied using the correlation function approach. The Chapman–Enskog approach to the Boltzmann transport equation assuming that the transport of phonons is controlled by scattering on the grain boundaries has been analyzed. The Fourier law of thermal conductivity is obtained with the thermal conductivity inversely proportional to the specific surface of the boundaries.     

TiC对高钛渣电导率的影响

采用交流阻抗技术研究了在1723—1633K温度范围内24．3％CaO-23．3％SiO2—13．8％Al2O3—15．3％MgO-23．3％TiO2高钛渣的电导率与TiC含量及粒度的关系．结果表明，渣中的TiC为带电体，降低炉渣的电导率．当TiC含量为0．5％时，炉渣的电导率最小；增加TiC的粒度，炉渣电导率增加．根据炉渣恒温过程中电导率的变化规律，计算了钙钛矿相结晶反应的速率常数和活化能．     

Influence of microstructure on the thermophysical properties of sintered SiC ceramics

The specific heat, thermal diffusivity and thermal conductivity of porous SiC ceramics sintered using two kinds of SiC powders (fine and coarse) have been investigated for sintering temperatures in the range 1700–2000 °C. Sintered SiC has a porous structure with approximately 30–40 vol.% porosity. Thermal diffusivity was measured by the laser flash method. The thermal diffusivities and thermal conductivities of sintered SiC ceramics increased with increasing sintering temperature. The specific heat decreased slightly with increasing sintering temperature. The thermal diffusivities and thermal conductivities of SiC sintered from coarse powder were higher than those of SiC sintered from fine powder. The thermal conductivity of samples increased markedly with increasing grain size.     

Thermal conductivity of EB-PVD ZrO2-4 mol% Y2O3 films using the laser flash method

The variation in thermal conductivity and thermal diffusivity of ZrO₂-4 mol% Y₂O₃ coatings deposited onto Inconel substrates by EB-PVD is examined as a function of coating thickness using the laser flash method. The coatings are found to consist of columnar grains with a feather-like microstructure. The thermal conductivities of the coatings are calculated using two methods: the first involves separating the coating from the substrate and measuring the thermal diffusivity directly; the second uses thermal diffusion results from coatings still attached to the substrate and is based on the response function method. The results of both methods are in excellent agreement, and show that the thermal conductivities of the coatings increase with increasing coating thickness. The results also confirm that the double layer method can be used successfully to calculate the thermal conductivities of thin film coatings.     

钛合金表面等离子喷涂Y2O3稳定的ZrO2涂层的 扫描热显微镜分析

以纳米结构Y2O3稳定的ZrO2热喷涂粉末为原料,采用等离子喷涂法在Ti-6Al-4V合金上制备了纳米结构的热障涂层。利用扫描电镜(SEM)及扫描热显微镜(SThM)对涂层的微观组织及热性能进行了分析。在实验基础上建立了理论模型,并对涂层及基体的热导率进行了估算。结果表明:采用SThM分析方法估算的涂层厚度及涂层上的缺陷尺寸与采用其它分析方法测得的结果一致;虽然热导率的估算结果与采用其它方法得出的结果差异较大,但显示出扫描热显微镜分析是估算材料热导率潜在的方法。     

烧结助剂Y2O3和Pr6O11对Al2O3陶瓷相对密度和热导率的影响

采用高分子网络法制备混合纳米粉体,研究稀土氧化物Y2O3和Pr6O11加入量对Al2O3陶瓷相对密度和热导率的影响。采用阿基米德方法测定样品的体积密度,利用激光脉冲法测量试样的热扩散率并计算得出热导率。结果表明:两种添加剂都可以降低Al2O3陶瓷的烧结温度,提高Al2O3陶瓷的热导率,其中Y2O3的促进作用较强;当保温时间相同、烧结温度为1 500~1 650℃时,Al2O3陶瓷的相对密度和热导率都随烧结温度的升高而增大;当烧结温度相同、保温时间为30~120 min时,Al2O3陶瓷的相对密度和热导率也随保温时间的延长而增大。