绝热材料低温热导率测定方法研究

本文分析并研究了影响低温下热导率测量的各种特有因素.研制了一套用于液氢温度的平板热导仪.通过大量实验提出了新的试样组装方法和实验方法,较好地解决了J.F.Haskins文中留待解决的各种问题.最后给出了聚氨酯泡沫塑料20～280K范围内的热导率测定结果.     

高温高压下铁热导率的第一性原理研究

铁在高压高温下的热导率是研究地球动力学和热演化的关键参数.在以往的研究中,铁的热导率主要归结于电子热导率,我们发现铁在高压下晶格振动对热导率的贡献不可忽略.本文利用晶格动力学和玻尔兹曼输运理论计算了铁的声子色散、Hugoniot状态方程和热导率.预测了铁在核幔边界附近温度约为3500K,在地球内核边界条件约为6500K.考虑晶格振动的热导率在地球核幔边界附近为112W/m K,在内核边界条件约为200W/mK.     

掺Nd锆石类激光晶体的Raman光谱研究

测量了Nd∶YVO4和Nd∶GdVO4两种激光晶体的高温拉曼光谱.根据空间群理论指认了测定的特征谱线,依据晶格动力学理论导出了晶体热导率与积分拉曼散射强度的关系.计算了不同方向的晶体热导率,得到了与实验符合的结果.把Nd∶GdVO4晶体的高热导率归因于授主离子的质量和半径的增大,以及由此导致的晶体场效应的显著增强. 关键词： Raman光谱 激光晶体 热导率 空间群     

三氨基三硝基苯基高聚物粘结炸药热力学性质的理论计算研究

高聚物粘结炸药(PBX)的热力学性质是用于炸药结构响应、安全性评估、数值模拟分析等的重要参数.由于PBX结构的多尺度特性,完全采取实验方法精细表征这些参数存在巨大的挑战.本文运用第一性原理和分子动力学计算的方法,系统研究了三氨基三硝基苯(TATB)基高聚物粘结炸药的热力学参数和界面热传导性质.利用散射失配模型研究了TATB与聚偏二氟乙烯(PVDF)界面的热传导过程,发现热导率随温度升高而上升,并且在高温情况下接近于定值.基于分子动力学获得的TATB热导率并结合界面热导率,分析了PBX炸药的热导与颗粒尺寸的关系,当颗粒尺寸大于100 nm时,界面热阻对于PBX热导率的影响有限.     

高温Raman光谱测试技术进展

高温Ｒａｍａｎ谱是现代揭示物质分子结构的主要手段之一。上海市钢铁冶金新技术开发应用到为能在高温下对冶金熔体等物质进行Ｒａｍａｎ光谱的测定。研究分析了国际上的各种测定高温Ｒａｍａｎ光谱的方法,实施了对ＪＹ Ｕ１０００型Ｒａｍａｎ光谱仪的改造,以及提出阱一步提高谱仪高温测定性能的方案。     

基于超材料的定向传热结构研究与设计

在热斗篷研究的基础上, 提出定向传热结构的研究. 基于变换热力学, 采用坐标斜变换推导了定向传热结构热导率分布的表达式. 数值计算结果表明, 外部热流流经定向传热区域时, 热流向设计的高温面流动, 而设计的低温面温度较低. 此外, 在导出的热导率分布表达式的基础上, 进一步进行坐标旋转变换, 得到的热导率表达式只有相互垂直的两个分量. 计算结果表明, 沿高温面法向的热导率增大时, 传热效率提高, 而且经过坐标旋转变换后, 高温面与低温面的温差增大. 定向传热在红外隐身、热防护领域具有潜在的应用价值.     

高温稳定25 Gbit/s 850 nm垂直腔面发射激光器

通过在N型分布布拉格反射镜(DBR)中采用高热导率AlAs材料,且增加AlAs层所占的厚度比例,在保持DBR反射率基本不变的情况下,大幅度增加了N型DBR的热导率,提高了器件高温工作性能。制作了氧化限制型顶发射VCSEL器件,不同温度条件下的直流测试结果表明:25℃时热反转功率超过8 mW;85℃时热反转电流为11 mA,功率达5 mW,表现出较好的高温工作特性。远场发散角小于17°。0～70℃的温度条件下眼图都较清晰,表明器件满足高温25 Gbit/s工作要求。     

奥氏体不锈钢低温热导率计算方法及验证

不锈钢在低温系统中应用广泛,但各种牌号的不锈钢材料在低温区间的热导率测试数据却很少。文献推荐的计算纯铁低温热导率的经验公式并不适用于不锈钢。在文献公式的基础上,提出了一种针对奥氏体不锈钢材料的低温热导率计算方法,可基于4K~20K温度区间内电阻率或热导率的单点测试数据,估算4K~300K温度区间的热导率,也可根据室温电阻率或热导率的测试数据,但计算精度比前者略低。计算方法通过了美标304、316、317、321牌号不锈钢实测数据的验证。基于该计算方法建立了奥氏体不锈钢低温热导率计算程序,估算了国产牌号1Cr18Ni9Ti不锈钢4~300K温度区间的热导率,并与文献中的测试数据进行了对比验证,相对计算误差能够满足工程设计需要。     

固态金属中声子热传递的分子动力学模拟研究

固态金属中的热传递是声子和自由电子共同作用的结果。自由电子引起的热导率可以通过电导率,利用Wiedemann-Franz定律得到,声子引起的热导率目前仍然不能进行实验测量,只能借助其他方法来研究。本文采用非平衡分子动力学(NEMD)方法,用镶嵌原子方法(EAM)势能模型,模拟计算了不同厚度(1.760-10.56nm)金属镍薄膜中由于声子-声子作用引起的热导率。然后根据纳米厚度金属薄膜的热导率借助关联式推到宏观尺度下由于声子-声子作用引起的热导率。结果表明,对于纳米厚度金属薄膜,由于声子-声子作用引起的热导率比块体金属镍的热导率小一个数量级;薄膜厚度越小,声子-声子作用引起的热导率越小;对于块体金属镍,由于声子-声子作用引起的热导率约占其总热导率的33.0%左右。     

碳纳米管和碳化硅纳米管热导率的分子动力学研究

采用Tersoff势测试和研究了反向非平衡分子动力学中的Müller-Plathe法和Jund法在一维纳米管热传导中的应用.在相同的模拟步数中,Müller-Plathe法可以得到很好的结果,热导率在交换频率大于50时对参数的选择并不敏感.然而,Jund法并不能得到良好的线性温度梯度,其热导率在一定程度上依赖于选择的热流大小.在此基础上,运用Müller-Plathe法进一步研究了碳纳米管和碳化硅纳米管的长度、直径和温度对热导率的影响.结果表明,无论是碳纳米管还是碳化硅纳米管,其长度、直径和温度对热导率的影响是一致的.只要长度增加,纳米管的热导率相应增大,但增长速率不断降低.直径对热导率的影响很大程度上还取决于温度,在高温时,直径对热导率几乎没有影响.除此之外,纳米管的热导率随着温度的增加总体上也是不断降低的,但峰值现象的出现还受纳米管长度的影响.     

多孔介质有效热导率的一种新模型

多孔介质的有效热导率是各种保温材料、石油开采、土壤科学等工程应用领域的一个重要参数。本文利用分形理论及与热电模拟方法,提出了由一束平行正弦形收缩性弯曲毛细管组成的多孔介质有效热导率的一种新分形模型。结果表明,多孔介质有效热导率是固相热导率、气相热导率、多孔介质孔隙率、横截面积、最大平均孔隙半径、幅度波动因子的函数;多孔介质有效热导率分形模型理论预测值与实验测量数据进行对比,结果显示吻合很好;同时还分析了幅度波动因子及分形维数对多孔介质有效热导率的影响。     

单壁碳纳米管晶格热导率的理论计算

基于线性波尔兹曼输运方程和碳纳米管的色散关系,本文研究了声子散射的Umklapp和Normal过程同时存在时单壁碳纳米管的晶格热导率,以及温度、管长和管径对它的影响.结果表明:N过程的影响在高温不能忽略;对(10,0)管而言,在低温下其导热率随温度升高迅速增大,在90 K附近达到最大值,然后逐渐开始下降;热导率与管长L的关系是κ∝ L1/2;在相同管长和温度下,热导率随管径的减小而增大.     

La1-xCaxMnO3材料的热导与电导

实验研究了两个典型掺杂的La1-xCaxMnO3(x=0.3和x=0.6)样品的热导率与电导率随温度的变化关系,测量温区为77－300K。样品的热导率与电导率的温度曲率之间有着很大的相似性：在高温部分,两个样品的电导率均随温度降低而下降,热导率也呈现类似的温度关系;在低温部分,两个样品的电导率呈现相反的温度关系,热导率的变化也截然不同。而且,在La1-xCaxMnO3多晶材料中,电导率很小,使得电子直接贡献的热导部分微乎其微。分析指出,La1-xCaxMnO3巨磁阻材料中由Jahn-Teller效应引起的晶格畸变,受到电子状态的直接影响和制约,从而对热导产生不同的作用。     

用热线法测定气体热导率的仪器改进

实验用室内温度作为测量室外壁温度t2,经过经验系数修正得到数据来测定空气的热导率误差比较大,现采用在测量室管壁上加装一个温度传感器,以数显温度作为实验中t2的方法来计算气体的热导率。两种方法加以比对,探究相同环境下的两者误差,最后提出实验改进方案。     

基于分子动力学的石墨炔纳米带空位缺陷的导热特性

空位缺陷石墨炔比完整石墨炔更贴近实际材料,而空位缺陷的多样性可导致更丰富的导热特性,因此模拟各种空位缺陷对热导率的影响显得尤为重要.采用非平衡分子动力学方法,通过在纳米带长度方向上施加周期性边界条件,基于AIREBO(adaptive intermolecular reactive empirical bond order)势函数描述碳-碳原子间的相互作用,模拟了300 K时单层石墨炔纳米带乙炔链上单空位缺陷和双空位缺陷以及苯环上单空位缺陷对其热导率的影响,利用Fourier定律计算热导率.模拟结果表明,对于几十纳米尺度范围内的石墨炔纳米带热导率,1)由于声子的散射集中和声子倒逆过程增强,与完美无缺陷的石墨炔纳米带相比,空位缺陷会导致石墨炔纳米带热导率的下降;2)由于声子态密度匹配程度高低的不同,相比于乙炔链上的空位缺陷,苯环的空位缺陷对石墨炔纳米带热导率影响更大,乙炔链上空位缺陷数量对石墨炔纳米带热导率的影响明显;3)由于尺寸效应问题,随着长度增加,石墨炔纳米带热导率会相应增大.本文的研究可为在一定尺度下进行石墨炔纳米带热导率的调控问题提供参考.     

高分子聚合物热输运调控的研究进展

高分子聚合物基热界面材料对高密度集成电路的散热起到至关重要的作用。本文主要阐述 高分子聚合物热导率的理论及实验研究进展,重点介绍近年来关于调控高分子聚合物热导率的相 关工作。此外,本文还对高分子聚合物热输运调控的发展趋势进行了展望,讨论目前研究中尚未 解决的问题及瓶颈。     

一种模拟热导率的非平衡分子动力学方法

提出一种计算热导率的非平衡分子动力学(NEMD)方法,通过构造均匀内热源获得抛物线形温度分布,并基于Fourier导热定律计算热导率,与Müller-Plathe发展的反扰动非平衡分子动力学(RNEMD)方法相比,不仅具有能量动量守恒和收敛性好的优点,还克服了常规NEMD方法中热冷源区域存在局域热力学非平衡的问题,并有模拟系统温差影响小的特点.对液态氩的热导率进行模拟并与RNEMD方法的模拟结果进行对比.     

高温还原氧化石墨烯膜及其导热性能

采用氧化还原法制备了结构致密且具有较高柔韧性的石墨烯薄膜,探究了薄膜经过较高退火温度还原后结构变化,并通过T型稳态法测量了其热导率,研究了还原温度对薄膜热导率和力学性能的影响。结果表明,高温还原有助于氧化石墨烯中含氧官能团的去除和sp2杂化碳晶格的恢复,并且温度越高还原效果越好。当还原温度高达2800℃时,在200~350 K温度范围内石墨烯膜的热导率在336.9~436 W·m^-1·K^-1之间,伴随着温度的升高,热导率有先增大后减小的趋势。     

高温超导体Hg0.9Tl0.2Ba2Ca2Cu3O8+δ的热导

测量了高温超Ｈｇ０．９Ｔｌ０．２Ｂａ２Ｃａ２Ｃｕ３Ｏ８＋δ的热导率,温度范围为２０～３００Ｋ。在超导转变温度Ｔｃ以下观察到热导率明显的增加。在６５Ｋ（～０．５Ｔｃ）附近,超导体的热导率表达到了一个宽的极大,热导率的极大值为的１．６倍。用正常态电子散射的模型对实验结果进行了拟合。     

碳纳米管中点缺陷对热导率影响的正交试验模拟分析

在碳纳米管的制备过程中, 各种点缺陷不可避免地存在于其晶格结构中, 对于碳管的热输运性质造成不可忽视的影响. 使用非平衡分子动力学方法, 选用反应经验键序势能, 模拟计算含有缺陷的碳纳米管的热导率. 尝试采用正交试验方法设计算例, 不但减少了计算量, 并且利于分析缺陷类型、 管长和管径三种结构因素对缺陷造成的热导率下降影响的主次和趋势. 重点研究了掺杂、 吸附和空位三类点缺陷的影响, 与无缺陷完整碳纳米管进行比较, 开展缺陷效应分析, 并进一步考察了环境温度等因素的影响. 模拟结果表明, 相对完整无缺陷碳管, 含有点缺陷的碳管热导率显着下降; 在有缺陷存在的情况下, 缺陷的类型对碳管热导率的影响最大, 管径次之, 管长影响相对最小; 缺陷类型对热导率影响力从大到小依次为: 空位 > 掺杂 > 吸附; 不同环境温度下, 点缺陷对碳管热导率的影响不尽相同.