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。     

独立探头3ω法表征甲烷水合物热导率和热扩散率

甲烷水合物热物性参数的测量一般是基于时域信号测量,测量方法没有考虑探测器与试样之间的接触热阻。基于频域信号测量原理,研发的3ω独立探头大大拓展了该方法的应用范围。建立了低温高压甲烷水合物合成测量系统。利用独立探头3ω法实时测量甲烷水合物热导率、热扩散率、探头和甲烷水合物之间的接触热阻。分析了甲烷水合物热导率、热扩散率随温度的变化规律;比较了测量值与国内外学者测量数据的不同;发现接触热阻对甲烷水合物热导率有显著影响。     

独立探头3ω法表征甲烷水合物热导率和热扩散率

甲烷水合物热物性参数的测量一般是基于时域信号测量,测量方法没有考虑探测器与试样之间的接触热阻。基于频域信号测量原理,研发的3ω独立探头大大拓展了该方法的应用范围。建立了低温高压甲烷水合物合成测量系统。利用独立探头3ω法实时测量甲烷水合物热导率、热扩散率、探头和甲烷水合物之间的接触热阻。分析了甲烷水合物热导率、热扩散率随温度的变化规律;比较了测量值与国内外学者测量数据的不同;发现接触热阻对甲烷水合物热导率有显著影响。     

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。     

热界面材料热导率和接触热阻的测试

热界面材料通常用于降低电子器件中固体界面的热阻。热界面材料的性质, 如热导率、界面材料与固体表面间的接触热阻, 对于电子器件的散热分析非常重要。然而, 这些参数通常难以获得。依据ASTM D-5470测试标准, 搭建了一个热界面测试系统。通过该系统测试了硅油和导热硅脂的热导率, 以及它们与固体基板间的接触热阻。经分析, 测试热导率和接触热阻的相对误差分别小于11.3%和41.3%。     

炭纤维/树脂复合材料导热性能的数值模拟

采用有限元方法对炭纤维/树脂复合材料的导热性能进行了数值模拟,分别建立一维结构和二维结构炭纤维/树脂复合材料计算分析模型,研究炭纤维含量、界面接触热阻、以及炭纤维直径对复合材料有效热导率的影响。研究结果表明炭纤维作为复合材料增强相,其含量越高复合材料的热导率越高;界面的接触热阻在10-3~10-5(m2 K)/W范围内对复合材料有效热导率有较大的影响,超出范围之后改变接触热阻对材料热导率的影响可以忽略;接触热阻比较大时,炭纤维的直径对复合材料的热导率有较大的的影响,当接触热阻比较小时,炭纤维的直径对于复合材料热导率的影响非常小。     

不同激发功率下碳纤维的拉曼光谱研究

采用激光共聚焦拉曼技术获得聚丙烯腈基碳纤维的拉曼光谱,分析了碳纤维拉曼特征峰在不同的激发功率下的变化。通过Gaussian-Lorentz混合函数拟合得到了不同激发功率下碳纤维拉曼特征峰的拉曼位移、半高宽和R值。研究发现,随着激发功率的增大,碳纤维的拉曼特征峰向低波数方向移动。激发功率在3.8 mW以内,对碳纤维的拉曼位移和半高宽影响较小;激发功率不超过3.2 mW,R值基本保持不变。研究还发现,在较高的激发功率下,碳纤维表面发生了无定形态向结晶态的转变,石墨微晶尺寸有所增大,碳纤维局部表面结构遭到破坏。     

硅油及填料对耐高温导热材料的性能影响

随着近年来科技的进步,大功率电器发热量也随之增加;对导热材料的热导率、热阻、施工工艺以及稳定性提出更高的要求。通过比较几种常见硅油、不同苯基含量的苯基硅油以及不同填料配比,研究了对导热材料综合性能的影响因素。结果表明,苯基硅油与氧化铝和氧化锌搭配的导热材料在耐高温等综合性能上的优势相对最大,适中的苯基含量以及填料的配比可以得到耐温性较好、热导率较高以及超低接触热阻的导热产品。     

采用HOTDISK测量材料热导率的实验研究

使用HotDisk热分析仪进行材料热导率测量的实验研究。通过对不锈钢标准件,冰和多孔介质的热导率测量,证明该分析仪器能够适应不同材料的热物性测试。对冰的测量结果与文献值的最大相对误差仅为0.324％,对不锈钢标准件测量结果与标准值一致,在室温(22℃)左右为14.07W·m~(-1)·K~(-1)。对建筑用砂与空气、水和冰组成的饱和多孔介质的有效热导率测量结果表明:砂的颗粒粒径大小对材料的有效热导率影响很大,这种影响主要是接触热阻和连续相相对体积大小相互作用的结果。     

一种计算泡沫金属等效热导率的新模型

提出一种针对泡沫金属等效热导率预测的新模型,该模型基于泡沫金属Kelvin十四面体元胞结构建模,以凹面三棱柱近似金属韧带,并考虑韧带交汇处的结点特点,通过热阻分析得到计算等效热导率的表达式。研究表明：该模型对充填不同介质的不同材质泡沫金属等效热导率均有较高的预测精度（平均偏差均小于10%）,与文献其他半经验模型相比能更好兼顾预测精确性和通用性。     

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5μm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。     

一种计算泡沫金属等效热导率的新模型

提出一种针对泡沫金属等效热导率预测的新模型,该模型基于泡沫金属Kelvin十四面体元胞结构建模,以凹面三棱柱近似金属韧带,并考虑韧带交汇处的结点特点,通过热阻分析得到计算等效热导率的表达式。研究表明:该模型对充填不同介质的不同材质泡沫金属等效热导率均有较高的预测精度(平均偏差均小于10%),与文献其他半经验模型相比能更好兼顾预测精确性和通用性。     

导热橡胶技术的研究进展

综述导热橡胶材料的基体、填料导热性能的影响因素,并对导热橡胶导热技术的研究进展进行介绍。热导率与填料的粒子粒径有关,界面热阻也与其粒径有关,粒径越小,与基体界面间的热阻越大。综合考虑填料自身热导率、粒径与界面热阻等因素,选用合适粒径的导热粒子,以易于在基体内形成导热网络,降低界面热阻。通过发挥导热粒子间的协同导热通路效应,可有效改善基体的导热性能。     

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。     

影响二氧化硅气凝胶隔热涂料热导率的因素

采用溶胶凝胶法及雾化技术制备了二氧化硅气凝胶微球,同时制备了二氧化硅气凝胶隔热涂料。利用扫描电镜（SEM）对涂料的微结构进行观测,采用激光粒度检测仪对二氧化硅气凝胶微球的尺寸进行检测,采用Hot Disk热导率仪测量了二氧化硅气凝胶隔热涂料的热导率。结果显示：根据SEM 图像,气凝胶微球在涂料中形成明显团聚,且在气凝胶体积分数较高时,涂料中气孔增多。此外,小粒径气凝胶微球更容易形成团聚。由于气凝胶微球热阻极大,气凝胶隔热涂料的热导率随气凝胶微球含量的增加而下降。气凝胶微球的团聚相比均匀分散不利于热导率的降低,而孔隙的增多则有利于涂料热导率下降,因为空气的热阻高。小粒径微球的界面热阻比大粒径微球更大,导致小粒径微球制备的隔热涂料热导率低,混合粒径使气凝胶微球堆积密度增大,有利于降低涂料的热导率。     

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。     

多壁碳纳米管的拉曼光谱研究

显微拉曼光谱技术在微尺度测量方面具备无损、无接触和空间分辨率高的优势。实验考察了拉曼激光参数对多壁碳纳米管拉曼特征光谱的影响;确定了使用785 nm拉曼激发光波长来表征多壁碳纳米管及其复合材料,能够有效避免荧光效应;选择<5%的激光功率,能够有效避免热效应。     

MPCF及其复合材料热导率测试研究

采用激光闪射法测试了中间相沥青基碳纤维(MPCF)及其增强树脂板的热导率,同时平行测试了PAN基石墨纤维的热导率。结果表明:激光闪射法可以正确测定碳纤维的热导率;MPCF的热导率在常温下为500 W/(m˙K),超出PAN基石墨纤维数十倍,属于超导热材料,且具有一定的温度依赖性;MPCF增强树脂复合材料X、Y和Z不同方向的热导率差异较大,X向热导率最高为307.9 W/(m˙K),Y向其次为128.6 W/(m˙K),Z向为2.18 W/(m˙K)。     

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。     

三维石墨烯-碳纳米管复合结构热导率的分子动力学模拟

采用非平衡分子动力学方法模拟了三维石墨烯-碳纳米管复合结构的法向热导率。结果表明相比于多层石墨烯,其法向热导率提高了一个量级,其界面热阻相比碳纳米管的接触热阻降低了一个量级,但是石墨烯和碳纳米管的界面形变又阻碍了三维石墨烯-碳纳米管复合热导率的进一步提高。通过其振动态密度和重叠能进一步探究了三维石墨烯-碳纳米管复合结构结构能量的传递及声子的局域化情况。结果表明,碳管的添加激发了更多中高频声子振动参与传热,但是依然是低频声子占据主导;验证了界面处的形变是阻止法向热导率进一步提升的主要因素。