二维氮化铝材料传热性能的模拟研究

二维氮化铝材料是一种新型Ⅲ-Ⅴ族二维材料,具有与石墨烯相似的分子结构和材料性能,受到了广泛的关注,然而其导热性能尚未被充分探讨。应用分子动力学模拟的方法研究了单层二维氮化铝在不同温度的热稳定性和导热性能,并分析了其声子频谱。结果表明,单层二维氮化铝材料可以在极高温度（3500 K）下保持结构稳定性,同时在常温情况热导率可达264.2 W·m^-1·K^-1;在500 K以上温度时,声子色散现象使得该材料热导率明显降低。为二维氮化铝材料导热过程的调控和高温导热材料的应用提供了理论指导。     

高导热高绝缘FEP/AlN复合材料的研究

采用聚全氟乙丙烯(FEP)为基体,偶联处理的氮化铝(AlN)为填料,通过共混、模压等方法制备了高导热、高绝缘的FEP/AlN复合材料.结合材料导热计算模型,分析了AlN用量对材料热导率、体积电阻率、力学以及流变性能的影响.结果表明:随AlN填充量的增加,复合材料的热导率呈近线性增加,当AlN的质量分数为30%时,材料的热导率可达2.22 W/(m·K),体积电阻率可达1.5×1015 Ω·cm,并具有较好的力学性能和流变性能.     

加成型导热固体氟硅橡胶的研制

以甲基乙烯基氟硅橡胶为基料,以羟基硅油或二苯基硅二醇为结构控制剂,以2,5-二甲基-2,5-双(叔丁基过氧基)己烷为硫化剂,添加气相法白炭黑、导热填料制得加成型导热固体氟硅橡胶。探讨了填料品种、填料粒径、不同粒径氮化硅复配质量比等对加成型导热固体氟硅橡胶性能的影响。结果表明,当用量相同时,添加大粒径氮化物的导热氟硅橡胶的导热性能优于添加小粒径氮化物的导热氟硅橡胶,且各填料对胶料导热性能提高的大小为:氮化硅氮化铝氮化硼;当粒径7μm的氮化硅与粒径10μm的氮化硅复配质量比为1∶1时,制得的导热氟硅橡胶热导率最高,为1. 362 W/(m·K);加入结构控制剂羟基硅油和二苯基硅二醇会降低胶料硬度和热导率,二次硫化对导热氟硅橡胶热导率影响不大。     

单层XSe2(X=Zr/Hf)的热电输运特性研究

基于第一性原理的密度泛函理论(DFT)结合Boltzmann输运方程(BTE)和形变势理论(DP)系统地研究了单层ZrSe₂和HfSe₂的热电输运特性，分析了二者声子的谐性效应和非谐性效应对其晶格热导率的影响机理，并计算了不同温度下二者的塞贝克系数、功率因数、电导率等热电参数。研究结果表明：在300 K时，单层ZrSe₂和HfSe₂的晶格热导率分别为3.23和4.50 W/(m·K)，且随温升降低；各声子支中横向声学支(TA)对热导率的贡献起主要作用。300 K时n型单层ZrSe₂和HfSe₂的最高ZT分别为1.50和1.95(高于p型)，其中单层HfSe₂表现更佳，因此n型单层HfSe₂是一种良好的热电材料。该研究结果可为基于单层ZrSe₂和HfSe₂的热电设计和应用提供理论指导及借鉴。     

LED用低热阻硅脂的制备

选用合适粒径的氮化铝和氧化铝为混杂导热填料、使用自制的硅烷低聚物为表面处理剂,以溶液插层法对混杂导热填料进行表面改性;然后与甲基苯基硅油混合制备了LED用低热阻导热硅脂。研究了导热填料的种类、粒径、表面处理剂种类及用量对导热硅脂的热导率和黏度的影响。采用LED灯作为实际测试平台表征了导热硅脂的导热性能。结果表明,当填料总质量分数为90.9%,粒径为5μm的氮化铝与粒径为1μm的氧化铝作混合填料且质量比为2.8∶1时,导热硅脂的热导率和黏度有较好的平衡;使用填料质量0.5%的硅烷低聚物对氮化铝和氧化铝混合填料进行表面处理有较好的处理效果;自制10号硅脂样品的黏度（25℃）为174 Pa·s,热阻为1.94℃/W,热导率为4.31 W/m·K。     

Dy和Er掺杂对AlN陶瓷显微结构及性能的影响

在AlN粉末中添加稀土氧化物Dy2O3和Er2O3,采用高温烧结方法制备氮化铝陶瓷,研究了稀土掺杂对陶瓷烧结性能、显微结构及导热性能的影响。结果表明:纯氮化铝陶瓷相对密度只有90.7%,导热率为45.7W/(m·K),而添加3%的Dy2O3的AlN陶瓷相对密度为99.4%%,导热率为84.1W/(m·K),添加3%的Er2O3可使氮化铝陶瓷相对密度提高到99.1%,导热率达到115.4W/(m·k);添加Er2O3可有利于消除氮化铝陶瓷的晶界相,减少氮化铝晶粒缺陷及提高声子在晶体中的传播路程,并显著提高氮化铝陶瓷的结构致密性和导热性能。     

原位聚合树脂提高膨胀石墨/石蜡热导率的研究

为了提高石蜡-膨胀石墨相变储能材料的热导率,以膨胀石墨压缩块(CEG)为基体,分别以低含量酚醛树脂浸渍和原位合成的方式制备高导热骨架,合成出膨胀石墨-树脂-石蜡相变储能材料。结果表明:原位聚合比浸渍可以获得更高热导率的膨胀石墨骨架,热导率由纯膨胀石墨压缩块的65.6 W·m~(-1)·K~(-1)达到68.9 W·m~(-1)·K~(-1)(105%),由其制备的储能材料热导率达到了膨胀石墨压缩块的106%(69.5 W·m~(-1)·K~(-1)),使储能材料热导率高于石蜡和膨胀石墨骨架,说明原位聚合可以强化膨胀石墨导热网络从而提高其热导率。     

氮化铝/氧化石墨烯对环氧树脂胶黏剂导热性能的影响

使用硅烷偶联剂KH-560对氮化铝进行了表面改性,并以其为导热填料,环氧树脂为基体,制备了氮化铝/环氧树脂导热胶黏剂。采用FTIR、SEM、TG、热常数分析仪对导热胶黏剂进行了表征。结果表明:改性后硅烷偶联剂分子成功接枝在氮化铝表面。改性后,氮化铝与环氧树脂的界面粘结力增强,热稳定性和导热性均得到明显改善。当氮化铝质量为导热胶黏剂质量的70%时,改性氮化铝/环氧树脂热胶黏剂的导热系数为2.24W/(m·K),而未改性氮化铝/环氧树脂的导热系数仅为1.73W/(m·K)。为进一步提高其导热性能,制备了改性氮化铝/氧化石墨烯/环氧树脂导热胶黏剂,当改性氮化铝和氧化石墨烯的质量分数分别为50%和3%时,导热胶黏剂导热系数为3.05 W/(m·K)。     

中科院纳米所开发出超高热导率石墨烯-聚合物复合材料

作为近来纳米科学领域的研究热点，新兴的石墨烯由于具有独特的二维结构、高比表面积和优异的热学性能[导热系数可高达3000～6000 W／(m · K)]，受到了广泛关注。石墨烯／聚合物导热复合材料有望在电子器件、光电子器件、消费电子及导热聚合物材料中得到重要应用。目前，石墨烯的添加一定程度上改善了聚合物复合体系的导热性能，尽管能使聚合物的导热系数提高一个数量级，但有限石墨烯添加量、无序结构以及石墨烯／聚合物高界面热阻致使石墨烯-聚合物复合体系的热导率无法实现更高突破，阻碍了其在未来热管理中的广泛应用。     

甲烷水合物声子导热及量子修正

采用平衡分子动力学方法模拟了甲烷水合物的导热,给出了30～150 K甲烷水合物的热导率。采用量子修正对分子模拟结果进行处理,可以得到更接近实验值的结果。当模拟温度低于德拜温度时,量子效应对分子模拟结果的影响较大。通过对热流自相关函数拟合得到了声学声子和光学声子的弛豫时间。结果显示,声子弛豫时间随温度增加逐渐减小,声学声子导热在水合物的导热中比重最大。随着碳氧原子之间相互作用力的增加,碳氧原子之间振动的耦合程度增加,甲烷水合物的热导率增加。     

热探针法在橡胶复合材料导热性能研究中的应用

利用热探针法测量氮化铝和碳纳米管填充三元乙丙橡胶(EPDM)复合材料的导热性能。结果表明,氮化铝和碳纳米管均可以显著提高EPDM的导热性能,由于氮化铝和碳纳米管自身取向的不同,填充氮化铝的EPDM不同方向上及不同位置的热导率差别很小,而填充碳纳米管的EPDM在同一方向上的不同位置及不同方向上热导率具有显著差异。     

工艺条件对EVA/SCF体系微观形貌及导热性能的影响

以乙烯-醋酸乙烯共聚物(EVA)作为基体树脂,制备短切碳纤维(SCF)含量为10%的EVA/SCF导热复合材料,并对工艺条件进行优化以提升制品的导热性能。分别研究了在密炼过程中,密炼转速和密炼温度对复合材料导热性能的影响。实验结果表明,当密炼转速和密炼温度分别为30 r/min和130℃时,材料的热导率为2.39 W/(m·K)。复合材料内大部分碳纤维的长度较长,在聚合物基体中分布不均,仅能在局部区域形成网络。随着密炼转速的增加,纤维长度逐渐变短,易于在复合材料内的大部分区域形成导热网络。当密炼转速为40 r/min时,制品热导率可达到2.47 W/(m·K)。虽然,继续提升密炼转速能够使碳纤维在聚合物中的分布更加均匀,但由于纤维长度过短不利于导热网络的形成,反而会导致制品热导率下降。经过进一步对密炼温度进行研究发现,在40 r/min的密炼转速下,更高的密炼温度能够有效改善SCF与基体EVA的界面结合效果,使制品的热导率由密炼温度80℃时的1.65 W/(m·K)大幅提升至密炼温度140℃时的2.48 W/(m·K)。     

PDMS/SCF导热复合材料制备工艺对导热性能的影响

采用SCFNA法(即空间限域强制组装法),制备碳纤维质量分数为30%的PDMS/SCF复合材料,并探究了在制备PDMS/SCF导热复合材料过程中,基体与填料混合工艺以及压印过程中的温度对复合材料制品导热性能的影响。研究结果表明,在复合材料制品厚度不变的前提下,当混合转速为2 000 r/min时,随着混合时间由10 min缩短至2 min,复合材料制品的热导率由10.314 W/(m·K)提高至11.188 W/(m·K),提高了8.474%。当混合时间为3 min时,随着混合转速从2 500 r/min降低至1 500 r/min,复合材料制品的热导率由10.140 W/(m·K)提高至10.963 W/(m·K),提高了8.116%。对比不同压印温度对复合材料制品热导率的影响发现,当压印温度在120℃附近时,复合材料制品的导热性能最佳,热导率为11.188 W/(m·K)。控制混合转速、混合时间和压印温度这3个工艺条件能够有效地提高复合材料制品的导热性能。     

电子封装用液态环氧树脂中陶瓷填料的改性研究

选用氮化硼(BN)、氮化铝(AlN)、氧化铝(Al2O 3)、氮化硅(Si3N4)、二氧化硅(SiO2)添加到液态环氧树脂中制备复合材料,并对其进行黏度、热导率、热膨胀系数和介电常数的测试.结果表明:层片状的BN添加到液态环氧树脂中后,复合材料获得了较好的综合性能,即在体积分数为35%时,具有较高的热导率(2.12 W/m·K)、较低的热膨胀系数(38.13×10-6 K-1)、较低的介电常数(4.01,1 MHz).     

相变微胶囊材料导热增强研究进展

相变微胶囊将相变材料包封在壳材中,有效解决了相变材料的泄漏等问题,是一种性能良好的相变储能材料,在热能储存领域具有广泛的应用。但因其壳材的存在削弱了内部相变材料与外部环境间的热传导,降低了相变微胶囊的热导率,制约了其实际应用范围。因此,对相变微胶囊进行改性是增强导热的有效途径。本文介绍相变微胶囊的组成与结构,并从声子-声子与电子-声子相互作用的角度,概述微观尺度下的导热机理。在此基础上,分别从芯材和壳材2个方面对相变微胶囊导热增强改性进行阐述,通过定量数据和导热机理对改性相变微胶囊的导热增强效果进行分析论述,同时,概括了改性相变微胶囊在纺织调温、浆料和建筑领域的应用。最后,对相变微胶囊导热性能增强的研究前景和挑战以及实际应用方向进行了展望。     

热风炉用高导热硅质格子砖的节能探讨

为了提高热风炉蓄热室的换热效率,以硅质格子砖为研究对象,在不改变格子砖设计面积和材质的情况下,研究了材料本身的热导率对热风炉换热效率的影响。结果表明,提高格子砖的热导率可显著提高热风炉的换热效率:当硅砖的热导率由1.8 W·(m·K)~(-1)增加到2.3 W·(m·K)~(-1)时,可使热风炉燃烧期时间缩短8.2%。可见,高导热硅质格子砖的使用,可显著提高热风炉的节能效果。     

三元复合相变蓄冷材料的制备及传热性能优化

为寻找高潜热的复合相变蓄冷材料,以正癸酸(DA)、十二醇(LA)、十四烷(TD)3种有机物为原料,通过低共熔法得到高潜热的TD-LA二元混合物(质量比为0.68∶0.32),利用此二元混合物为主储能剂,以DA为温度调配剂,制备得到新型三元有机复合相变蓄冷材料。通过DSC测试进行筛选,得到TP(TD∶LA∶DA质量比为0.598∶0.282∶0.12)。针对其热导率低的缺陷,利用膨胀石墨(EG)独特的多孔结构和高吸附性,制备得到高导热复合相变材料TP/EG,并对TP/EG进行100次高低温循环实验。结果表明,TP的相变温度为1.1℃,相变潜热为258.3 J/g,热导率为0.201 W/(m·K),加入EG后得到TP/EG(最优质量比为15∶1),热导率为1.528 W/(m·K),热导率提高7.6倍。在循环过程中热性能均未发生太大变化,具有良好的热稳定性,在冷链物流中具有较大的应用价值。     

HDPE/BN复合材料的热导率

研究了高密度聚乙烯(HDPE)／氮化硼(BN)复合材料中BN分散状态、含量及粒径对热导率的影响。用粉末混合法制得的复合材料中BN粒子围绕在HDPE粒子周围,形成特殊的网状导热通路,在(?)(BN)为30％时复合材料的热导率达1．20 W／(m·K),是纯HDPE的4倍。随BN粒径减小,复合材料的热导率升高,小粒子在基体中形成导热通路能力优于大粒子。HDPE／BN复合材料具有优良的电绝缘性能和机械性能。     

PB-1/BN导热复合材料的制备及性能研究

以聚丁烯-1(PB-1)为基体,二维片状氮化硼(BN)为导热填料,采用模压成型的方法制备了PB-1/BN导热复合材料。研究了BN用量对PB-1/BN导热复合材料导热性能、力学性能、流变性能以及结晶性能的影响。结果表明:BN的加入使复合材料的导热性能明显提高,当BN用量为50%时,复合材料的导热系数达到1.28 W/(m·K),与纯PB-1相比提高了266%;随着BN用量的增加,复合材料的力学性能明显下降;同时,其结晶温度和结晶度也有不同程度降低。     

无机填料粒子的几何特征对环氧树脂灌封胶导热性能的影响

以Al2O3、Si3N4、BN、SiO2和AlN五种无机填料作为环氧树脂(EP)灌封胶的导热填料,研究了填料的种类、粒径大小和颗粒形态等对EP灌封胶热导率的影响。结果表明:EP灌封胶的热导率随着导热填料用量的增加而增大;当φ(BN)=35%(相对于总体积而言)时,相对最大热导率为2.12 W/(m·K),其值约为EP基体的10倍。填料粒子的几何特征对EP灌封胶的导热性能具有较大的影响;当Al2O3粒径为48μm时,EP灌封胶的相对最大热导率为1.3 W/(m·K);填料粒子过大或过小都会降低EP灌封胶的导热性能。层片状填料粒子可以获得较大的堆积密度,在EP灌封胶中能有效形成导热通道,增加其热导率。