液态金属填充型硅脂导热性能实验研究

目前,市售热界面材料一般由固体颗粒和硅油复合制备而成,其普遍存在导热性能差的问题。本文首次提出了一种以室温液态金属流体作为导热填充材料、硅油为基体的新型复合导热硅脂。在前期研究的基础之上,采用对照实验的方法研究了在四种不同的热流密度下,液态金属填充型导热硅脂的实际导热性能。实验结果表明,该新型导热硅脂可大幅降低热源与热沉之间的接触温差,有望实际应用于各类高功率密度电子设备之中。     

石墨烯片协同氧化铝导热硅脂的制备及其导热性能研究

以石墨烯片和氧化铝(Al_2O_3)粉为导热填料填充到甲基硅油中制备了三种导热硅脂,采用3-ω法测定了所有样品的热导率,结果表明Al_2O_3复合石墨烯片硅脂的热导率达到1.32 W·m~(-1)·K~(-1),明显高于单纯添加石墨烯片和Al_2O_3的导热硅脂的热导率。将这三种导热硅脂装配到电脑中央处理器(CPU)系统中,测试样品的散热性能,发现Al_2O_3复合石墨烯片的导热硅脂具有更好的散热性。实验中选用扫描电子显微镜(SEM)和透射电子显微镜(TEM)测试了材料的形貌。     

基于铜粉改性的液态金属热界面材料导热性能实验

为强化液态金属作为热界面材料的导热性能,同时降低液态金属的流动性,本文制作了一种以液态金属Ga_(62.5)In_(21.5) Sn_(16)为基体,分别掺杂有0.5μm、5μm、50μm铜粉的热界面材料,并通过制作铜片-热界面材料-铜片(Cu-TIM-Cu)、铝片-热界面材料-铝片(Al-TIM-Al)两种三层试样,采用基于稳态的接触热阻测量方法对试样在0.05MPa、0.1 MPa、0.15 MPa、0.2 MPa、0.4 MPa、0.6 MPa压力下的接触热阻进行测量。结果表明,相同压力下,两种试样掺杂0.5μm铜粉后均能很大程度上降低固固界面之间的接触热阻,相比直接填充液态金属,铜试样的接触热阻分别减小了46.3%、47.9%、58.6%、66.9%、72.3%、69.8%,铝试样分别减小了31.7%、33.1%、32.9%、36.7%、32.4%、33.3%。而且,随着掺杂铜粉粒径的减小,液态金属热界面材料的导热性能逐渐增强;随着施加压力的增加,界面接触热阻呈逐渐减小的趋势。     

多壁碳纳米管长度对导热硅脂导热性能的影响

本文以多壁碳纳米管为添加材料用于改善导热硅脂的导热性能,分别研究了碳纳米管长度和碳管表面改性对硅脂热性能的影响。结果表明碳管长度对硅脂的热性能有明显影响,硅脂的导热性能会随着添加的MWCNT长度的增加而降低,只有当MWCNT的长度小于一定值后,才能有效提高硅脂的导热性能,否则可能会产生相反的效果。碳管表面的功能化处理能提高硅脂的导热性能。透射电子显微镜分析表明,经过表面改性的MWCNT表面发生明显变化,功能团的附着使得碳管之间的分散性增强,从而使添加了改性后的MWCNT/硅脂导热系数增大,热阻降低。     

液态镓在石墨烯表面的润湿性及形貌特征

液态Ga及其合金的熔点低、毒副作用小、导电率高,使得这类液态金属能像石墨烯一样被广泛应用于微流器件、柔性电子器件中,制备这些器件的关键在于有效控制各生产环节中液态金属在固体界面上的润湿性及形貌特征.基于Lennard-Jones(L-J)势函数,利用分子动力学模拟方法研究了金属Ga在石墨烯表面的润湿性,根据模拟结果拟合的L-J势参数能正确描述Ga原子与衬底之间的相互作用并得到了与实验值极为接近的润湿角,发现衬底与液膜间相互作用的微小改变都会对最终润湿形态产生极大影响,平衡态的润湿角和脱离衬底速度随着Ga-C间势能的减小而增大,并成功获得了不同厚度的Ga液膜在石墨烯表面的形态演变规律,极为符合液态Ga的基本特性.利用所得L-J势函数参数模拟了液态Ga在粗糙度相同但纳米柱尖端形貌不同的C材料表面的润湿演变,发现纳米柱尖端形貌对液态Ga的润湿过程及状态影响极大.     

石蜡-碳纳米管复合材料的热物性研究

为提高石蜡作为相变蓄冷材料的导热性能,制备了碳纳米管添加量分别为0%、1%、2%、3%、4%、5%的石蜡-碳纳米管复合材料,并对其热物性及稳定性进行实验研究。结果表明,随着碳纳米管添加量的增加,复合材料的相变温度基本不变,相变潜热逐渐减小,导热系数逐渐增大。在添加量为5%时,复合材料的融化和凝固相变潜热分别为128.2 J/g和134.4 J/g,比纯石蜡相对减小了15.5%和13.8%;固态和液态导热系数分别为0.487 W/(m·K)和0.516 W/(m·K),比纯石蜡相对提高了39.5%和40.3%,同时具有较好的循环稳定性。     

硅胶除湿转轮性能优化实验研究

为了提高除湿转轮的除湿性能,降低吸附热对除湿性能的影响,将导热硅脂作为传热基质负载在不同扇形区域的硅胶转轮转芯基体表面,搭建硅胶除湿转轮性能优化实验台,研究了除湿转轮动态除湿性能.实验结果表明:硅胶除湿转轮的除湿性能随导热硅脂负载区域的增大先增大后减小,导热硅脂负载区域为2/8时,具有最佳的除湿性能,除湿量达到了0.3...     

膨胀石墨/纳米纤维素柔性热管理材料的制备及其性能研究

近年来柔性电子器件发展迅速,但是尚缺乏高效的热管理材料。本文以膨胀石墨作为高导热基体,以天然纳米纤维素作为粘合剂,制备了用于柔性热管理的复合薄膜,并研究了2种不同的纳米纤维素制备方法对薄膜性能的影响。结果表明,TEMPO氧化法制得的纳米纤维素对应的复合薄膜的强度和韧度分别是超声剥离法制得薄膜的15倍和14倍,而不同的制备方法对复合薄膜的热导率几乎没有影响。TEMPO氧化法制得的复合薄膜同时具有高热导率(16.32 W·m^-1·K^-1)、高强度(110 MPa)和高韧度(1.09 MJ·m^-3),是理想的柔性热管理材料。     

铝纳米薄膜热导率的实验研究

金属纳米薄膜作为一种典型的纳米材料,已广泛应用于信息技术领域。研究表明,随着金属薄膜特征尺寸的减小,金属薄膜体现出与常规不同的热输运特性。本文采用飞秒激光泵浦-探测实验方法,结合抛物两步模型和修正的抛物两步模型,对铝纳米薄膜热导率进行研究。结果表明,考虑了声子热导率修正的抛物两步模型比抛物两步模型更能准确描述热反射信号。拟合得到铝膜热导率分别为98 W·m~(-1)·K~(-1)和94 W.m~(-1)·K~(-1),小于铝的体材料热导率,铝纳米薄膜热导率具有尺度效应,同时拟合得到声子热导率为2.8 W·m~(-1)·K~(-1),提出一种利用飞秒激光泵浦-探测测量声子热导率的方法。     

碳纳米管与石墨烯协同提高导热硅脂热性能

以甲基硅油为基础油,碳纳米管、石墨烯或碳纳米管/石墨烯混杂物为导热填料,制备复合导热硅脂.研究结果表明:以碳纳米管为单一导热填料,碳纳米管管径越小,管长越长,越有利于导热硅脂的导热性能提升。当总填充量在6%、碳纳米管和石墨烯配比为2:1时,导热硅脂的热导率提高19%。碳纳米管对石墨烯纳米片起到了分隔和桥连的作用,提高了石墨烯纳米片的分散性,有利于三维热传导网络的形成,进而提高导热硅脂的热传导性能。     

CO_2水合物导热特性的分子动力学模拟

使用分子动力学模拟方法在NVT系综下对结构完整CO_2水合物以及结构缺陷CO_2水合物进行了导热模拟计算.对于结构完整的CO_2水合物,在200-230 K温度区间内,体系导热系数由0.4684 W·m~(-1)·K~(-1)变化到0.4836 W·m~(-1)·K~(-1),温度相关性较弱;而在230-280 K温度区间内,体系导热系数由0.4836 W·m~(-1)·K~(-1)变化到0.7494 W·m~(-1)·K~(-1),温度相关性变强;另外,通过计算功率图谱发现主体分子对水合物体系的导热贡献更大.对于结构缺陷CO_2水合物,发现晶穴占有率和笼形结构缺陷对体系导热均有一定影响,空笼晶胞导热系数约为完整晶胞导热系数的86.67%,体系的导热能力主要取决于主体结构的性质.     

导热高分子聚合物研究进展

传统高分子聚合物是良好的电绝缘体和热绝缘体.高分子聚合物具备质量轻、耐腐蚀、可加工、可穿戴、电绝缘、低成本等优异特性.高分子聚合物被广泛应用于各种器件.由于高分子材料的热导率比较低(0.1—0.5 W·m^-1·K^-1),热管理(散热)面临严峻的挑战.理论及实验工作表明,先进高分子材料可以具有比传统传热材料(金属和陶瓷)更高热导率. Fermi-Pasta-Ulam (FPU)理论结果发现低维度原子链具有非常高的热导率.广泛使用的聚乙烯热绝缘体可以被转变为热导体:拉伸聚乙烯纳米纤维的热导率大约为104 W·m^-1·K^-1,拉伸的聚乙烯薄膜热导率大约为62 W·m^-1·K^-1.首先,本文通过理论和实验结果总结导热高分子材料的传热机理研究进展,并讨论了导热高分子聚合物的制备策略;然后,讨论了在传热机制及宏量制备方面,高分子聚合物研究领域所面临的新挑战;最后,对导热高分子的热管理应用前景进行了展望.例如,导热高分子聚合物在耐腐蚀散热片、低成本太阳能热水收集器、可穿...     

相变材料介质阻断电池热失控传播特性研究

针对锂离子电池热失控传播问题,以石蜡/膨胀石墨复合相变材料为电池模组热管理介质,建立电池热失控传播二维数值计算模型。通过改变膨胀石墨与石蜡的质量分数得到不同导热系数与相变焓的复合材料,探究关键设计参数对电池热失控传播的阻断特性。研究结果表明相变材料能够有效延缓甚至阻断热失控的传播,当导热系数较低或较高(如0.3和21.01 W·m^-1·K^-1)时皆能阻断热失控传播,对于中间导热系数材料的模组,首次热失控传播时间间隔随导热系数升高而增加,而后续传播间隔随着导热系数升高而减小。     

W/Fe/CuCrZr热等静压模块组织及性能分析

为实现面向等离子体材料钨(W)和热沉材料铜铬镐(CuCrZr)合金的可靠连接,对纯铁(Fe)作为W/CuCrZr合金热等静压连接中间层的可行性进行了探索性研究。在850℃/150MPa/135min的热等静压参数下制作了W/Fe/CuCrZr合金的实验模块,分别对连接界面进行了焊接界面、微观形貌、组织成分及剪切力学性能的检测分析。检测结果显示,两连接界面无明显缺陷,均发生了约0.5μm的短距离互扩散,且均未生成明显的反应相,连接界面呈现出较好的塑性,剪切强度大于186.5MPa。因此,纯铁作为中间层实现了W/CuCrZr合金的可靠连接。用ANSYS Workbench平台对模块进行的高热负荷下的瞬态传热模拟表明W/Fe/CuCrZr合金模块最高可承受16MW·m^-2的热负荷。     

垂直生长碳纳米管阵列法向导热系数测量

本文使用3-omega方法对一种由垂直于石英玻璃表面生长的碳纳米管阵列组成的界面材料法向导热系数进行了测量。针对样品结构,提出一种一维简化模型,使用了等效热抗的概念对实验数据进行拟合,计算得到室温条件下(300K)本实验所用样品的导热系数约为17 W/(m·K)。分析了可能造成碳纳米管阵列导热系数偏小的各种因素。     

金属泡沫中填充石蜡的相变换热特性实验研究

本文对金属铜泡沫填充石蜡的相变换热特征进行了实验研究,通过测试试件加热面及内部的温度响应曲线,分析了金属泡沫填充及自然对流对石蜡非稳态相变换热过程的影响。研究结果表明,采用顶部加热方式时,石蜡内部的换热以纯导热为主,而采用底部加热时,液态石蜡内的自然对流作用使相界面移动速度更快,试件内部温度一致性更好,同时在相变对流区可实现对加热面的温度控制。金属泡沫的填充可强化石蜡内的导热但抑制液态石蜡的自然对流,前者使得试件加热面温升减缓,相界面移动加快,后者则导致底部加热时石蜡的相变区分为相变导热区和相变对流区。金属泡沫的导热强化能力在试件换热中占据主导作用。     

石墨烯/石蜡复合材料的热物理性能研究

为改善相变蓄热用石蜡的导热性能,通过向石蜡基材中掺杂微量的石墨烯制备石墨烯/石蜡复合材料。采用扫描电子显微镜、热传导分析仪和差式扫描量热仪等获取了复合材料的表观形貌、热导率、熔点和相变潜热等关键热物性参数,讨论了石墨烯质量分数对这些参数的影响。通过动态热响应实验,揭示了石墨烯质量分数和热源温度对复合材料热响应速率的影响规律。结果表明,与纯石蜡相比,石墨烯/石蜡复合材料的热导率得到显著提高。当石墨烯的质量分数由0.2%升至2.0%,复合材料的热导率由0.266 W·m~(-1)·K~(-1)提高到0.346 W·m~(-1)1·K~(-1)。复合材料的相变潜热与纯石蜡相比并未减小,且其热响应速率高于纯石蜡。     

石墨烯与纳米颗粒协同提高复合体系热导率

本文详细阐述了石墨烯和球形纳米颗粒间提高复合物热导率的协同效应。石墨烯和纳米颗粒在复合物中可形成紧密堆积结构,该结构阻止了石墨烯的团聚。二维的石墨烯能够在纳米颗粒之间架桥,为复合体系提供了更加有效的声子传输通道,降低了界面热阻。当石墨烯添加量为质量分数1.0%时,导热硅脂的热导率达到了3.45 W/(m·K),EVA复合材料的热导率达到了2.41 W/(m·K);在PC/ABS基体中,石墨烯添加质量分数0.5%时,热导率达到3.11 W/(m·K);在环氧树脂基体中,当负载银的石墨烯填充量为质量分数5.0%时,热导率到达了0.95 W/(m·K)。     

多元低共熔材料热物性及电池热管理性能研究

多元共熔相变材料在储热及控温领域具有重要的应用价值,本文通过低共熔理论合成了三种多元共熔相变材料,CALA-MA-PA (CLMP),CA-LA-PA-SA (CLPS)和 CA-LA-TD (CLTD),相变温度分别为 13.47℃,13.47℃和 8.95℃,对应的相变潜热为137.67 J·g~(-1),142.44 J·g~(-1)和138.98 J·g~(-1)。此外,本文对合成的多元共熔相变材料的基本物性、导热系数以及热稳定进行研究,并利用电化学产热作为热源,对三种多元共熔相变材料的电池热管理性能进行了研究,结果表明,三种多元共熔相变材料均能达到理想的控温效果,降低温差,提高电池寿命及热安全性。     

低浓度高热导率的石墨烯/树脂复合物及其应用

当多个LED密集排列组成大功率照明系统时,散热问题成为影响LED灯发光性能的主要技术瓶颈之一,因此解决散热问题已成为功率型LED应用的先决条件。本文将功能化石墨烯与硅树脂复合制备出了低填充量高导热性能的石墨烯/硅树脂复合材料。石墨烯(Graphene)填充质量分数为0.015时,复合材料的热导率高达2.758 W/(m·K),比纯硅脂基体提高了13倍;添加石墨烯后明显改善了硅树脂的热稳定性。将该复合材料作为热界面材料应用于大功率LED芯片模组基板与灯具冷却外壳之间的散热,能获得很好的增强效果,结果表明石墨烯填充质量分数仅为0.008时,基板与外壳之间的温度差究可达到小于5℃,满足大功率LED灯具的散热要求。