基底厚度小于热渗透深度的石墨烯薄膜热声理论

基于热声效应,对基底厚度小于热渗透深度的石墨烯薄膜发声器进行理论和仿真研究。首先,利用石墨烯薄膜发声器的热功率平衡方程与气体中的热弹性耦合线性方程组推导出了石墨烯薄膜发声器的近/远场声压表达式。将理论计算结果与实验测试值进行对比,二者吻合良好,验证了理论模型的正确性。然后,利用仿真软件对石墨烯薄膜的近远场声压值进行了仿真计算,并将仿真值与理论值进行对比,二者有良好的一致性,验证了仿真计算方法的有效性。研究表明,石墨烯薄膜发声器的远声场为球面波,近声场近似为平面波。在远场低频段,声压级随输出声频率的增加而缓慢增大;在近场高频段,声压级几乎不受输出声频率的影响。研究结果为基底厚度小于热渗透深度情形下的热致发声器提供了理论计算和分析方法,对石墨烯薄膜声源器件的实验研究具有指导意义。     

热声制冷机的性能优化

研究了内热漏以及粘性不同逆损失对驻波声场热声制冷机性能的影响，导出了热声制冷机优化性能指标和参数的解析表达式。     

石墨烯/聚砜酰胺复合薄膜的结构与性能

采用旋涂法将石墨烯和聚砜酰胺（PSA）制成不同石墨烯质量分数的石墨烯/PSA复合薄膜,利用光学显微镜、傅里叶变换红外光谱、表面电阻测试、热失重分析和紫外光谱表征和分析石墨烯/PSA复合薄膜的化学组成、大分子结构、热性能、导电性能、力学性能和抗紫外性能。结果表明:少量的石墨烯可均匀分散于PSA基体中,其加入基本没有改变PSA的化学结构;石墨烯二维纳米材料可作为异相成核剂,有助于提高复合薄膜的结晶度,其加入使复合薄膜的力学性能和热性能也有所提高;当石墨烯质量分数为0.1%时,石墨烯/PSA复合薄膜的表面比电阻由纯PSA薄膜的3.10×1012 Ω迅速降至1.40×106 Ω,随着石墨烯质量分数的增大,石墨烯/PSA复合薄膜的导电性能随之提高。石墨烯对加强复合薄膜对紫外光的吸收和散射、提高其抗紫外线性能有重要作用。      

大面积石墨烯薄膜的电沉积制备与性能调控研究

首先采用改性Hummers法制备了氧化石墨烯(GO)分子膜,然后通过电泳沉积(EPD)技术在Cu箔上电化学沉积了氧化石墨烯膜(EPD-GO),最后导入氢气气氛(800℃)下退火还原,得到大面积导电石墨烯薄膜(TRGE)。利用X射线衍射(XRD)、拉曼(Raman)光谱、场发射扫描电镜(FESEM)、高分辨透射电镜(HRTEM)、四探针测试仪和电化学工作站分别研究了各阶段产物的物相、形貌、谱学、导电性和电容性能,证明了所制备的石墨烯薄膜具有良好的机械柔韧性和导电性能;同时,还对石墨烯薄膜的成膜及导电性能优化机理进行了探讨。     

热声制冷的应用与分析

在环境问题日益突出的今天,热声制冷作为一种对环境无污染的制冷技术,成为一个大有前途的发展方向,本文介绍了热声制冷的原理,分析了热声制冷机的性能影响因素,并提出了性能优化方法。     

行波热声热机的理论与实验研究进展

近年来,随着理论的日趋完善及实验研究的深化,以及行波热声热机理论效率可接近于卡诺循环效率这一优点,使其成为这一领域的研究热点和难点。主要阐述热声热机的理论研究进展,重点介绍了实验方面的研究成果以及国内外行波热声热机实用化的研究进展,并初步预测了热声热机的发展方向。     

热声热机的理论研究及其进展

热声现象很早就受到了科学家的注意,近年来在理论上和实际中都有了重大的发展。重点回顾了近几十年来,国内外学者在热声热机理论研究方面取得的重大成就以及目前理论存在的不足。     

热声制冷技术的研究与进展

热声关系很早就受到了科学家们的注意,基于热声效应的热声制冷技术是一种涉及声学和热力学两大学科的边缘技术,是目前制冷与低温领域研究的热点之一。本文回顾了近年来国内外热声工作者在热声理论和热声制冷上的研究进展,论述了热声制冷的应用前景,总结了热声制冷的研究热点方向,并对热声学研究在今后的发展趋势进行了展望。     

热声制冷的数值分析

采用一维平均化的方法建立了热声制冷数值模型,该模型可应用于线性和非线性范围。运用该模型对热声制冷的机理以及相对波动压力和平均充气压力对热声制冷性能的影响进行了分析。     

热声制冷效应验证的实验设计

热声制冷技术是一项新的冷制技术。它具有无运动部件、运行可靠、寿命长和环保等优点。在航天、微电子、低温物理及军事等领域有着十分诱人的应用前景。热声制冷机主要由声驱动器、共振管、热声叠和换热器等部件组成。根据热声制冷原理,利用常见的材料和仪器,采用自制的玻璃管状热声叠,设计了一套结构简单的扬声器驱动热声制冷实验验证装置。实验结果表明:以空气作工质,在无冷却措施的情况下,在系统运行较短时间内,实现了13℃的降温及25℃的温跨,热声制冷效应十分明显。该装置可用于研究热声制冷效应的影响因素。     

热声制冷机网络模型中回热器H矩阵参数的测量

对热声系统的网络模型中回热器H矩阵的参数进行了分析,提出了一种H矩阵参数的测量方法。通过实验对简单圆管的无源网络进行测量,与模拟值有较好的吻合,证明实验系统是可靠的。在改变压力和频率的条件下对有源的热声制冷机回热器进行了测量和分析,模拟的结果与测量值基本上一致,流放大系数与模拟的结果偏差较大。说明热声系统是复杂的非线性系统,在线性假设前提下的热声网络模型的模拟结果会存在一定的偏差,尤其在大振幅条件下需要对网络参数进行测量和辨识,通过对网络参数的修正提高模拟的准确性。     

带声学放大器的行波热声发动机声阻抗特性

通过分析带有声学放大器的行波热声发电系统中直线发电机的电-力-声类比图,发现直线发电机的最佳工作状态与行波热声发动机的输出声阻抗特性相关。采用DeltaEC软件计算带有声学放大器的行波热声发动机（以下简称系统）的输出声阻抗特性。计算结果发现,输出声阻抗虚部X_a为-1×10⁷ Pa·s·m^-3时,系统的最大输出声功率545.47 W,最大热声转换效率为7.2%;当输出声阻抗虚部X_a在-3.9×10⁶~-1×10⁷ Pa·s·m^-3之间变化,实部R_a在1.37×10⁶~2.31×10⁷ Pa·s·m^-3之间时,等效位移在1.89~6 mm之间变化,符合直线发电机的位移要求;结合输出声阻抗对压力与体积流率的相位差及系统工作频率的影响,发现声阻抗实部R_a应在1.37×10⁶~2.31×10⁷ Pa·s·m^-3之间,声阻抗虚部X_a在-7.5×10⁶~-1.0×107 Pa·s·m^-3之间时,系统具有较好的工作状态。     

声学放大器对热声发动机性能的影响

对声学放大器的声功传输能力以及其对热声发动机性能的影响进行了实验研究,发现声学发大器只有在一定条件下才能提高热声发动机的输出压比,当末端阻抗减小时其放大能力也减小.声学放大器本身也是一个声学阻力部件,如果仅以负载引出功计算热声发动机的效率,声学放大器在输出端负载阻抗较大时能够提高系统热效率,当负载阻抗减小后,它将使发动机的热效率急剧降低.     

层叠状功能化石墨烯纳米带/TPU复合材料薄膜的制备与性能

利用溶液涂覆成膜工艺在涂膜机上制得层叠状功能化石墨烯纳米带（SF-GNRs）/热塑性聚氨酯（TPU）复合材料薄膜。采用FTIR、XRD、XPS、TEM和FE-SEM对SF-GNRs的结构进行表征,并结合复合材料薄膜的氧气透过率、体积电阻率测试及表面形貌观察,研究了不同质量分数的SF-GNRs对TPU复合材料薄膜阻隔和抗静电性能的影响。结果表明:所得高比表面积SF-GNRs在TPU基体中分散良好;当SF-GNRs质量分数为1.0%时,SF-GNRs/TPU复合材料薄膜的氧气透过率相比纯TPU薄膜降低了67.76%,阻隔性能得到明显改善;当SF-GNRs质量分数达到1.0%～1.5%时,SF-GNRs/TPU复合材料薄膜出现了电渗流行为,表现出优良的室温导电性能。      

功能氧化石墨烯/热塑性聚氨酯复合材料薄膜的制备及阻隔性能

为了提高热塑性聚氨酯(TPU)的阻隔性能,首先,采用溶液成型的方法在涂膜机上制备了功能氧化石墨烯(IP-GO)/TPU复合材料薄膜。然后,利用FTIR、XPS、XRD、FE-SEM、原子力显微镜和氧气透过仪对IP-GO/TPU复合材料的形貌和性能进行了表征。结果表明:IP-GO层间距相对原始鳞片石墨的增加了0.696nm,片层的厚度为1.2nm左右。IP-GO以褶皱层状的形式均匀分散在TPU基体中,并且包覆在复合材料薄膜断口表面。当IP-GO含量为3wt%时,IP-GO/TPU复合材料薄膜的氧气透过率为84.325cm3/(m2·d·Pa),相比纯TPU薄膜的280.973cm3/(m2·d·Pa)下降了70%,阻隔性能明显提高。研究解决了TPU薄膜阻隔性能不佳的问题,为高阻隔聚合物的制备提供了一种思路和方法。     

纳米石墨负载功能化石墨烯纳米带/EVA复合材料薄膜的性能及表征

采用十二烷基硫酸钠改善纳米石墨(CNPs)在水溶液中的分散性,使其均匀负载至功能化石墨烯纳米带(EGNRs)上,制得功能化石墨烯纳米带-纳米石墨复合体(EGNRs_(75%)-CNPs),随后利用溶液涂覆成膜工艺在涂膜机上制得EGNRs_(75%)-CNPs/乙烯-醋酸乙烯共聚物(EVA)复合材料薄膜。采用FTIR、XRD、XPS、TEM、FESEM、氧气透过仪、高阻计对不同EGNRs_(75%)-CNPs含量的EGNRs_(75%)-CNPs/EVA复合材料薄膜进行了结构和性能表征。研究表明:EGNRs_(75%)-CNPs以3D网络形式存在,能够抑制纳米带团聚,说明其与EVA基体相容性好。当EGNRs_(75%)-CNPs质量分数为1%时,EGNRs_(75%)-CNPs/EVA复合材料薄膜的氧气透过率降低了67.6%,阻隔性能提高明显;当质量分数为0.8%时,CNPs负载到EGNRs构建3D导电网络,协同发挥增强作用,EGNRs_(75%)-CNPs/EVA复合材料薄膜导电性能提升了约8个数量级,表现出了优良的室温导电性能。     

行波热声发动机的多负载声功输出特性

为进一步提高热声发动机的声功输出能力并为驱动多负载做准备,提出了热声发动机声功的多路引出方案。实验中以氮气为工质,工作压力为2．4MPa,在热声发动机环路压比稳定在1．20的情况下,从环路声容和谐振管处同时引出声功,获得了389．95W的最大声功,11．3％的最大声功输出效率以及16．0％的最大声功输出炯效率,这比单独从环路引出的最大声功和效率分别提高了51．4％,24．6％以及19．4％。     

Rijke型热声自激振荡机理研究进展

Rijke管热致声现象自发现以来得到了广泛的研究和应用,并发展成为高效率的行波型热声热机,但其热声自激振荡机理一直没有被完全揭示清楚。热声激振条件关系到对低品位能源的利用和热声转换效率的提高,因此对自激振荡机理的研究成为热声技术的首要课题。经典线性热声理论作为对小振幅弱非线性现象的一种近似,可以粗略指导热声热机的设计,但不能解决诸如起振、声流和声压饱和等非线性问题。通过对近几十年来Rijke型热声自激振荡机理研究进展的总结,指出最近发展的几种非线性热声理论存在的局限性,并提出了未来在自激振荡机理研究方面的研究方法和研究方向。