10-290 K环境下聚酰亚胺纤维导热性能研究

为探究聚酰亚胺纤维的热导率随温度变化的规律及成因,利用瞬态电热技术得到聚酰亚胺纤维在不同温度下的热导率。实验研究表明,当温度处于10～290 K范围内,随着温度的降低,聚酰亚胺纤维的热扩散系数逐渐升高,热导率逐渐降低。从晶格振动(声子)导热为主入手,通过研究温度与晶格振动、声子浓度、声子平均自由程等实验参数之间的关系,在排除宏观方面例如气孔等材料瑕疵造成的影响后,得出结晶率是影响聚酰亚胺纤维在玻璃化转变温度附近热导率随温度变化的主要因素,而晶格振动是影响聚酰亚胺纤维在德拜温度附近热导率随温度变化的主要因素。因此可以通过改变结晶率、改善工艺条件等方法,制备满足不同生活、生产、科研需要的聚酰亚胺纤维。     

水的状态方程对水下爆炸影响的研究

该文从Mie-Grüneisen方程出发推导了一般形式的水状态方程,并归纳了水的常用状态方程。通过与推导的状态方程作比较,获得了归纳的各状态方程的冲击Hugoniot压力关系和Grüneisen系数。将各状态方程的Hugoniot关系与LASL提供的实验数据进行了比较,分析了Grüneisen系数对冲击波后声速影响,根据比较和分析的结果可以最终确定水的各状态方程的使用范围。此外,根据推导的冲击波后声速的关系式可以确定冲击波后声速的上下限。而后,依照各状态方程的使用范围,采用一维非均熵流的特征线程序分别对各状态方程的TNT球型装药的水下爆炸问题进行数值计算。根据计算结果,绘制了各状态方程的冲击波峰值压力与比例距离(R/R₀)的关系曲线,比较了各状态方程的冲击波峰值压力的关系,分析了计算误差的产生原因。     

聚丙烯腈基高模量碳纤维导热性能的影响因素

采用激光闪射法测试了6种不同强度和模量的聚丙烯腈(PAN)基碳纤维(CF)的热导率,探讨了不同温度下CF轴向热导率的变化及样品厚度对热导率测试结果的影响。采用X射线衍射(XRD)、拉曼等技术检测了CF的微晶尺寸、取向及有序度,考察了CF热导率与其微观结构的相关性。结果显示,实验范围内PAN基CF样品厚度对热导率测试结果略有影响,热导率随测试温度升高而降低,PAN基CF的致密性、晶体尺寸及结构有序度对其热导率有较大影响。     

Sn掺杂对Ca_2Si基半导体材料热电性能的影响

采用钽管封装熔炼和热压烧结技术制备了Ca_2Si_(1-x)Sn_x(x=0,0.02,0.04,0.06)热电材料。利用X射线衍射(XRD)对样品的物相结构进行了表征,XRD结果表明,Ca_2Si_(1-x)Sn_x块体材料的XRD图谱与Ca_2Si的XRD图谱对应一致,但所有样品中都出现Ca_5Si_3衍射峰。当掺杂量Sn为0.06时,样品Ca_2Si_(1-x)Sn_x(x=0.06)的XRD图谱中还出现了CaSn3相。在室温下测试了样品的霍尔系数,在300~873K温度范围内研究了Sn掺杂对Ca_2Si电导率和Seebeck系数的影响,随着Sn掺杂浓度的增加,电导率逐渐增大,Seebeck系数则减小。分析了Sn掺杂对Ca_2Si晶格热导率和热导率的影响,Sn掺杂浓度为x=0.02和x=0.04时,晶格热导率减小,从而对热导率有所优化,其中Ca_2Si_(1-x)Sn_x(x=0.02)的热导率得到明显地改善,在300~873K温度范围内,其热导率都低于Ca_2Si的热导率。在550~873K温度范围内,Ca_2Si_(1-x)Sn_x(x=0.02)表现了较高的ZT值,873K时的最大ZT值为0.22。     

3种典型面心立方金属的超声物态方程比较研究

旨在通过对各种解析物态方程的对比研究,试图寻找一种可以利用较低压力下的超声测量数据建立在较宽广的压力范围内适用于简单面心立方金属的等温物态方程模型。对于Al、Cu、Ag3种面心立方金属,结合实测DAC实验数据对比研究了基于较低压力下的超声测量数据计算的各种解析状态方程适用的压力范围,发现目前尚不存在一种完全适用于材料从低压段到极高压力区的物态方程模型,而从较低压力下得到的超声测量数据出发,选取Vinet等温物态方程模型,可以在相当高的压力范围内(对铝约200GPa,对于铜和银约100GPa)很好地描述几种面心立方金属的压缩性。     

未反应乳化炸药冲击Hugoniot关系的测试

未反应乳化炸药冲击Hugoniot关系是乳化炸药的基本性能参数 ,它不仅是研究乳化炸药冲击引爆机理和确定其反应速率函数必不可少的数据 ,也是研究乳化炸药中冲击波演变为爆轰波的过程及进行乳化炸药爆轰数值模拟的重要参数。本文利用设计的新型测试装置和建立的测试系统 ,较好地测试了未反应乳化炸药冲击Hugoniot关系。     

一种进口石墨箔低温热导率的测量

介绍了一套真空环境的热导率测试实验装置,测量了一种进口热解石墨箔在液氮温区到室温范围内的热导率。通过功率修正的方法得到了石墨薄膜热导率与温度的关系,平均误差在5%以内,为工程应用提供了数据支持。     

纳米晶体Fe2O3点阵参量的研究

对γ相和α相纳米晶体Fe_2O_3的系列样品进行了X射线衍射点阵参量实验研究和计算。结合所得到的晶粒度和微结构参数，发现纳米晶体Fe_2O_3的晶粒组元中存在着晶格畸变；随着温度的升高，γ相和α相纳米晶体Fe_2O_3的点阵参量呈现出了明显的变化，其晶格畸变与晶粒度和温度有较密切的关联。     

冲击载荷作用下武器战斗部装药Grüneisen物态方程

针对武器战斗部装药(PBX炸药)在高过载作用下出现提前起爆现象,进而对其在平面正冲击波作用下的物态方程形式进行了研究。基于平面正冲击波关系式及雨贡纽曲线,应用冲击波速度与粒子速度的相互关系,采用"对称碰撞"实验方式进而对不同密度PBX炸药在不同冲击波阵面后的物态方程进行了研究。获得了不同密度PBX炸药的冲击因子及声速;给出了Grüneisen物态方程的相关参量,为预测PBX炸药在更大冲击波阵面后的内部压强、密度、能量状态提供了重要的依据;揭示了Grüneisen系数Γ与体应变ξ呈高度线性关系。     

纳米晶体Fe2O3点阵参量的研究

对γ相和α相纳米晶体Ｆｅ２Ｏ３的系列样品进行了Ｘ射线衍射点阵参量实验研究和计算。结合所得到的晶粒度和微结构参数，发现纳米晶体Ｆｅ２Ｏ３的晶粒组元中存在着晶格畸变；随着温度的升高，γ和α相纳米晶体Ｆｅ２Ｏ３的点阵参量呈现出了明显的变化，其晶格畸变与晶粒度和温度有较密切的关联。     

p型YyFexCo4-xSb12化合物的热电性能

以3^ 价的Y作为填充原子,在y=0～0．4的组成范围内,合成了填充式方钴矿化舍物YyFexCo4-xSb12,系统研究了Y填充分数对p型YyFexCO4-xSb12化合物电性能和热性能的影响。所有样品均显示为P型传导,随着Y填充分数的增加,方钴矿化合物的电导率下降;塞贝克系数随着温度的升高和Y填充分数的增加而增大,同时峰值朝低温方向移动。晶格热导率随Y填充分数的增加先减小后增加,在一定填充分数y时达到最小值。填充在Sb的20面体空洞中的Ba、Ce、Y原子能显著降低其晶格热导率,且晶格热导率降低幅度按Ba、Ce、Y离子半径减小的顺序增大。无量纲热电性能指数ZT随温度的升高而增大,组成为Y0.8Fe0.7Co3.3Sb12的填充式方钴矿化合物在750K时其最大无量纲热电性能指数ZT达0．7。     

基于纳米颗粒小尺度效应的纳米流体有效热导率模型

通过分析基于纳米颗粒小尺度效应的纳米流体热流传递的机理,建立纳米流体有效热导率的预测模型。将本模型与实验数据及经典模型对比,发现在常温下本模型和经典模型计算值均能较好地预测纳米流体的热导率,但在温度较高时本模型与实验值更接近,表明其更适用于计算不同温度下纳米流体的热导率。在此基础上,讨论了温度、纳米颗粒体积浓度和粒径对纳米流体热导率的影响,以及在不同温度下纳米颗粒及基液两者对增大纳米流体热导率的贡献。     

热电材料中的晶格热导率

随着可再生能源及能源转换技术的快速发展, 热电材料在发电及制冷领域的应用前景受到越来越广泛的关注。发展具有高热电优值材料的重要性日益突出, 如何获得低晶格热导率是热电材料的研究重点之一。本文阐述了热容、声速及弛豫时间对晶格热导率的影响, 介绍了本征低热导率热电材料所具有的典型特征, 如强非谐性、弱化学键、本征共振散射及复杂晶胞结构等, 并分析了通过多尺度声子散射降低已有热电材料晶格热导率的方法, 其中包括点缺陷散射、位错散射、晶界散射、共振散射、电声散射等多种散射机制。此外, 总结了几种预测材料最小晶格热导率的理论模型, 对快速筛选具有低晶格热导率的热电材料具有一定的理论指导意义。最后, 展望了如何获得低热导率热电材料的有效途径。     

用晶体的电子近似本征函数计算金属在不同温度下的晶格参数

本文利用晶体的电子近似本征函数和弗密——狄喇克统计得出屏蔽系数和温度的关系。把不同温度下的晶体能量和屏蔽系数代入能量表达式,计算出金属在不同温度下的晶格参数。对铝、镍和铁进行了计算,计算值接近实验值。通过计算可以看出,金属中的所有价电子,包括传导电子在内,都受到离子实的静电场强烈作用,它们的波函数随着温度变化而变化。     

纳米晶Cu-Ag双峰合金材料热导率的分子动力学模拟研究

描述了一种制备纳米晶合金的方法,获得纳米晶Cu-Ag双峰材料。采用分子动力学方法研究了温度在100~300K范围内纳晶Cu-Ag双峰材料的热导率随尺寸和温度的变化关系。在对初始截断半径和时间步长进行设置和优化的条件下,计算并分析了平均晶粒尺寸热导率的影响规律。同时,对模拟结果和实验测试结果进行对照,结果表明:模拟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,存在明显的尺寸效应。其原因主要与细晶组织中热输运载流子浓度的降低以及载流子在Cu/Ag纳晶晶粒界面上的强烈散射有关。     

芳香族聚酰亚胺泡沫的隔热性能研究

利用DMTA和自制热导测试仪测试了4种自制芳香族聚酰亚胺泡沫的玻璃化转变温度(Tg )、静态温度下的热导率(λ)和动态温度作用下的隔热性能;分析了一定厚度的聚酰亚胺泡沫的密度和温度影响热导率的规律;考察了聚酰亚胺泡沫在动态温度下的隔热性能.结果表明:单体(尤其是二胺)刚性越大,聚酰亚胺泡沫的玻璃化转变温度越高;在密度为50～140kg/m3范围内,聚酰亚胺泡沫的密度对热导率的影响较小;在温度为50～350℃范围内,温度的升高使聚酰亚胺泡沫的热导率增加;在动态温度下,聚酰亚胺泡沫表现出明显的热滞后性.     

波在分层材料中的传播及防冲击波分层材料的设计

对分层材料中的波传播特性进行深入分析,探讨了防冲击波分层材料设计中应注意的问题。通过材料的Hugoniot曲线结合冲击波在材料中的衰减特性,得到了防冲击波分层材料的设计参数:分层材料的排序、各层材料的厚度。所进行的研究对防冲击波结构的设计有重要的参考价值。     

微纳晶体材料体膨胀系数测定和计算方法

为解决微纳尺度晶体材料膨胀系数无法直接测量的现状,文章提出一种适用的测试思路及计算方法.该方法基于材料在不同温度下的XRD衍射图谱获得晶胞晶格常数,通过"晶格常数-温度"拟合,计算各个物相晶轴的线膨胀系数,进一步计算获得材料的体膨胀系数.采用该方法对单相高锡焊料及多相PbSn合金焊球进行测试,获取其体膨胀系数,证实方法...     

利用双晶格势进行硅的分子动力学模拟及其有效性

为了在分子动力学模拟中获得硅的金刚石结构,本研究提出了双晶格(DL)势的概念。双晶格势由两个描述面心立方晶格和一个描述两晶格间原子相互作用的势构成。该双晶格势用于Si晶体结构分子动力学模拟,并与Tersoff势、Stillinger-Weber(SW)势、原子间作用(EDI)势、电荷优化多体(COMB)势和修饰嵌入原子(MEAM)势的计算结果进行了对比。采用计算原子之间的距离及原子与其最近邻原子之间的角度的分布函数来识别模拟Si系统的晶体结构,并与理想的Si晶体进行比较。基于上述作用势通过分子动力学模拟计算了晶格常数,结晶温度和弹性常数。结果表明,只有DL势才能获得金刚石结构,模拟结果弹性常数大约比实验数据大13%,晶格常数约大4%。显示出DL势对Si晶体结构的分子动力学模拟的有效性。     

CuInTe_(2-x)S_x(x=0,0.05,0.1,0.15)固溶体的热电性能

类金刚石结构化合物CuInTe_2作为一种新型的热电材料引起了广泛关注。CuInTe_2在中低温度段热导偏大,限制了其热电性能的提高。本研究合成了CuInTe_(2-x)S_x(x=0,0.05,0.1,0.15)固溶体,XRD和SEM-EDS结果表明所得固溶体均为元素分布均匀的单一物相。同时还发现S和Te元素的固溶有效地引入了点缺陷散射,降低了晶格热导率。通过Callaway模型模拟实验数据发现应力场涨落引起的声子散射是其晶格热导率降低的主要原因,但Te位固溶S引起了电输运性能的降低,若能采用掺杂等方式改善电性能,则其热电性能有望得到进一步优化。