石蜡/膨胀石墨/石墨片复合相变材料导热性能研究

相变材料的导热性能对蓄热能力和能量转化速率具有重要影响。本文以58号全精炼石蜡为基底相变材料,利用真空吸附法将石蜡与膨胀石墨结合,再通过搅拌将石墨片与材料均匀混合,以模压法制备了定形复合相变材料,并通过实验测试了复合相变材料不同方向导热系数。实验结果表明:制备的复合相变材料导热性能具有明显的各向异性,垂直于压缩方向的导热性能远高于压缩方向的导热性能;同时也发现石墨片的添加可以有效的增强复合相变材料的导热性能,复合相变材料压缩方向导热性能随石墨片的添加先增大后减少;垂直于压缩方向的导热性能随石墨片的添加线性增强。     

Ag掺杂氧化锌纳米材料的制备及高压相变拉曼光谱研究

宽禁带直接带隙半导体材料氧化锌（ZnO）,具有优异的光电性能、机械性能和化学特性。ZnO材料的结构对其性能影响较大,元素掺杂可改变ZnO晶体结构和带隙宽度,是提升ZnO材料性能的有效手段,当前常用Ag掺杂ZnO即为提高光催化反应效率。高压独立于温度、成分,是调控材料结构组织性能的重要手段,是产生新材料、发现新调控原理的重要因素。该研究通过对比纯ZnO晶体和Ag掺杂ZnO晶体的高压相变行为,揭示了元素掺杂对ZnO纳米晶体材料结构性能的影响。研究首先采用水热法辅助制备纯ZnO纳米微球和Ag掺杂ZnO纳米微球（1∶150Ag/ZnO）,表征结果显示水热法合成的纯ZnO和1∶150Ag/ZnO均为六角纤锌矿晶体结构,形貌均为几十纳米尺寸小颗粒堆积形成的微球,ZnO晶格常数随着Ag离子掺杂而变大,Ag掺杂导致ZnO晶格膨胀。随后应用金刚石压腔结合原位拉曼光谱技术测定了纯ZnO和Ag掺杂ZnO的高压结构相变行为。相比于纯ZnO拉曼峰,Ag掺杂ZnO的E₂（high）振动模式439 cm-1拉曼峰峰宽变窄,并呈现向低频方向移动的趋势,与无定形ZnO谱峰相近,表明Ag+取代Zn2+影响了Zn-O键,同时也影响了ZnO晶格结构的长程有序性。随体系压力增大,表征六角纤锌矿结构ZnO的拉曼特征峰439 cm-1出现瞬间弱化和宽化。压力增大至9.0 GPa时,纤锌矿结构ZnO拉曼特征峰439 cm-1消失,585 cm-1处出现新峰,ZnO晶体发生由六角纤锌矿向岩盐矿的结构转变。压力继续增大至11.5 GPa,新的拉曼峰显著增强,峰形变窄,同时向高波数方向移动,相变完成,岩盐矿结构ZnO性能稳定。1∶150 Ag/ZnO从六角纤锌矿结构到立方岩盐结构的相变压力为7.2 GPa,低于纯ZnO。相变压力降低表明晶体结构稳定性下降,可能的原因在于掺杂Ag导致ZnO晶格膨胀,晶体结构松弛,两相相对体积变化增加,从而导致相变势垒降低,使样品在较低压力下发生相变。纳米材料的高压研究揭示了元素掺杂对材料结构稳定性的影响,是纳米材料调控原理的潜在研究手段。     

纳米氧化锌的IR及其薄膜的UV光谱研究

采用溶胶-凝胶浸渍提拉法制备了纳米氧化锌薄膜。ZnO为六方晶系纤锌矿型,薄膜表面均匀致密,粒径尺寸约为10nm,400℃焙烧后的粉体在451cm-1处出现Zn-O伸缩振动,较体相材料向低波数移动了约29cm-1,膜中ZnO粒子的带边吸收位于363nm,其吸光度值与膜层数间的较好线性关系说明可以将氧化锌溶胶中的纳米粒子较好地转移到基片上。     

室温离子液体中超声辐照制备氧化锌纳米棒的研究

离子液体与超声技术结合在纳米材料的制备中具有广阔的前景,但目前以离子液体为溶剂超声制备纳米材料的报道还不多见,相关的反应机理研究也亟待开展.本文首次在室温离子液体1-丁基-3-甲基咪唑四氟硼酸盐中超声制备了氧化锌纳米棒,该方法具有简便、快速和环境友好等特点.采用X射线衍射(XRD)、透射电子显微镜(TEM)对纳米氧化锌的结构和形貌进行表征.作为比较研究,采用传统的低蒸汽压有机溶剂二缩三乙二醇在同样的超声反应条件制备了纳米氧化锌材料.离子液体中超声合成样品为直径约20 nm,长度30-50 nm的纳米棒,而在二缩三乙二醇中超声制备的样品为直径6～8 nm的纳米颗粒.利用光声光谱(PAS)研究了纳米氧化锌样品的光学性能和量子尺寸效应.对离子液体中超声制备氧化锌纳米棒可能的反应机理进行了讨论并建立了的反应模型.结果表明在在超声辐照和离子液体溶剂的共同作用下氧化锌纳米棒得以生成.     

纳米VO2/ZnO复合薄膜的热致变色特性研究

为提高VO₂薄膜的热致变色性能,采用纳米结构和复合结构二者相结合的方法,通过磁控溅射技术先在玻璃衬底上制备高(002)取向ZnO薄膜,再在ZnO层上室温沉积钒金属薄膜,最后经热氧化处理获得纳米结构VO₂/ZnO复合薄膜.利用变温拉曼光谱观察分析了VO₂/ZnO薄膜相变前后的晶格畸变和键态的演变过程,讨论了薄膜的结构与热致红外开关特性和相变温度的内在关系.结果显示,与相同条件获得的同厚度的单层VO₂薄膜相比,纳米VO关键词： ZnO 2')" href="#">VO₂ 纳米复合薄膜 热致变色 拉曼光谱     

Ag-ZnO纳米复合热电材料的制备及其性能研究

ZnO是一类具有潜力的热电材料, 但其较大声子热导率影响了热电性能的进一步提高. 纳米复合是降低热导率的有效途径. 本文以醋酸盐为前驱体, 溶胶-凝胶法制备了Ag-ZnO纳米复合热电材料. 扫描电镜照片显示ZnO颗粒呈现多孔结构, Ag纳米颗粒分布于ZnO的晶粒之间. Ag-ZnO纳米复合材料的电导率比未复合ZnO材料高出100倍以上, 而热导率是未复合ZnO材料的1/2. 同时, 随着Ag添加量的增加, 赛贝克系数的绝对值逐渐减小. 综合以上原因, 添加7.5%mol Ag的Ag-ZnO纳米复合材料在700 K时的热电优值达到0.062, 是未复合ZnO材料的约25倍. 在ZnO基体中添加导电金属颗粒有利于产生导电逾渗通道, 提高材料体系的电导率, 但同时导致赛贝克系数的绝对值减小. 总热导率的差异来源于声子热导率的差异. 位于ZnO晶界的纳米Ag颗粒, 有利于降低声子热导率. 关键词： 热电材料 ZnO 纳米复合 热导率     

掺杂石墨烯纳米片对硝酸钠相变特性的影响及机理

纳米增强剂通常被用来提升相变材料的导热性能,但这种方式通常伴随着复合后材料相变焓的降低.虽然这种降低难以避免,但其微观机理乃至影响规律却始终未能明晰.为深入探究纳米复合相变材料相变焓降低的机理,本文以熔融硝酸钠(太阳盐的重要组成成分)为相变材料,制备了石墨烯纳米片质量分数为0%,0.5%, 1%, 1.5%, 2%的复合相变材料.通过实验测量与分子动力学模拟的方法深入分析了石墨烯纳米片的掺杂导致熔融硝酸钠产生团簇以及复合材料熔点和相变焓非依数性降低的影响机理.结果表明,石墨烯纳米片质量分数为1.5%时,硝酸钠致密层和石墨烯纳米片间的质心等效距离最接近他们相互作用势的势阱位置,此时二者之间相互吸引作用最强,熔盐分子的运动受限最为严重,难以发生熔化,从而导致相变焓降低最为显著.为了最大限度地避免纳米复合相变材料相变焓的损失,应根据相变材料与纳米增强剂的类型及其相互作用类型,合理选择纳米增强剂的质量分数.在实际应用中,恰当的质量分数还将在一定程度上降低复合相变材料的制备成本.     

LED光激活氧化锌纳米棒的乙醇气敏特性

利用水热法制备了氧化锌纳米棒材料,分析表征了样品的形貌及晶体结构特征,并测试了氧化锌纳米棒的光致发光谱。在室温条件下,研究了ZnO 纳米棒在不同波长的发光二极管(LED)光激发下对乙醇气体的气敏特性。结果表明:波长小于405 nm的紫外光对氧化锌纳米棒的气敏特性有着显著的影响,光致载流子对氧化锌的气敏特性有重要作用。分析讨论了室温下光激活纳米氧化锌气敏的机理。     

紫外发光增强的石墨烯-氧化锌纳米复合物

采用溶剂热法在相同条件下分别制备了纯ZnO和石墨烯-氧化锌纳米复合物,通过SEM、TEM、拉曼和红外光谱等手段,对纳米复合物样品进行了形貌和结构表征。实验结果显示ZnO纳米颗粒成功地分散在少层石墨烯上。通过对比纯ZnO与复合物的形貌和光致发光谱,发现在没有石墨烯时,ZnO能够择优取向生长成六方棱柱,紫外发光峰弱且宽;在有石墨烯时,ZnO聚集成表面不规则的球形颗粒,紫外发光峰强且窄。上述结果表明ZnO形貌的变化和石墨烯的等离子体效应共同影响了ZnO的紫外发光,但石墨烯的表面等离子体效应起主导作用。     

掺铟氧化锌纳米阵列的制备、结构及性质研究

通过碳热辅助化学气相沉积法,用Au做催化剂在850℃下制备了铟掺杂的氧化锌（In/ZnO）纳米阵列.纳米棒的尺寸均匀,表面光滑,直径约为400 nm,长为2—3 μm.能量色散谱和X射线光电子能谱分析表明, 六棱柱状的纳米阵列中成功地进行了In 的掺杂,含量约为08%.室温光致发光谱显示掺杂后的紫外发射峰位有红移,峰的半高宽变大, 没有观察到绿光发射峰位.拉曼光谱显示出ZnO的峰位有不同程度的偏移,并且有新的峰位出现,这表明In的掺杂有效地取代了部分Zn的晶格. 关键词： In掺杂 ZnO 纳米阵列 光致发光     

Composite protonic solid electrolytes in the CsHSO4-SiO2 system

Transport, thermal and structural properties of the composite solid electrolytes (1 −x)CsHSO₄---xSiO₂ (where x = 0–0.8) were investigated. The composites were prepared by mechanical mixing of components followed by heating at temperatures near CsHSO₄ melting point (483 K). The dependence of low temperature phase conductivity on x has a maximum with a value 2.5 orders of magnitude higher than that of pure CsHSO₄ and conductivity is governed by protons. Heterogeneous doping is shown to change markedly the thermodynamic parameters of the ionic component. The phase transition temperature CsHSO₄ in the composites decreases from 414 to 350 K with the increase of the content of heterogeneous additive SiO₂ from 0 to 0.7. As x raises CsHSO₄ the amorphization takes place and the relative change of ionic conductivity at phase transition diminishes, the phase transition becomes diffusive and disappears for the 0.2CsHSO₄---0.8SiO₂ composite.     

相变微胶囊的热导率测量

提出应用3ω谐波探测技术进行脲醛树脂-石蜡相变微胶囊的等效热导率测量方法。测试了跨越相变温度区间的微胶囊等效热导率,分析了等效热导率随温度的变化关系。在其相变温度区间内,热导率存在极大值,该极值点对应的温度与其相变温度峰值一致。同样温度下,降温时的等效热导率略小于升温,这主要是由降温时相变材料的过冷引起。     

聚酰亚胺/铜纳米颗粒复合物的分子动力学模拟研究

通过分子动力学模拟对聚酰亚胺/铜纳米颗粒复合物的形态结构、 热力学性质、力学特性进行计算, 分析其随模拟温度和纳米颗粒尺寸的变化规律. 模拟结果表明, 聚酰亚胺/铜纳米颗粒复合物为各向同性的无定形态结构, 铜纳米颗粒与聚酰亚胺基体之间通过较强的范德华作用结合在一起使结构更加稳定, 铜纳米颗粒表面多个原子层呈现无定形状态, 在铜颗粒和聚酰亚胺基体之间形成界面层, 界面区域随颗粒尺寸和温度的增加分别减小和增加. 聚酰亚胺/铜纳米颗粒复合物的等容热容随着颗粒尺寸增大而明显增高, 随温度变化比聚酰亚胺体系更为缓慢, 在较低温度下较小颗粒尺寸复合物的热容比聚酰亚胺体系更低. 聚酰亚胺/铜纳米颗粒复合物的热压力系数随颗粒尺寸增加而显著增大, 比聚酰亚胺体系的热压力系数更小, 且随温度升高而减小的程度要小得多. 聚酰亚胺/铜纳米颗粒复合物的热力学性质表现出明显的尺度效应, 温度稳定性明显高于聚酰亚胺体系. 聚酰亚胺/铜纳米颗粒复合物的力学特性表现出各向同性材料的弹性常数张量, 具有比聚酰亚胺体系更低的杨氏模量和泊松比, 随温度升高分别减小和增大, 与聚酰亚胺体系随温度的变化趋势相反, 且杨氏模量的温度稳定性显著提高, 同时泊松比随纳米颗粒尺寸增大而减小, 具有明显的尺度效应. 加入铜纳米颗粒形成复合物可获得与聚酰亚胺体系显著不同的力学新特性. 关键词： 分子动力学模拟 聚合物纳米复合物 聚酰亚胺 纳米颗粒     

激光辐照下复合材料热响应的轴对称数值分析

为了模拟激光辐照下碳纤维增强复合材料的瞬态热响应,建立了轴对称计算模型。模型考虑了激光辐照过程中基体热分解、质量迁移、比热容和热导率等物理量的变化情况。采用有限元方法求解控制方程,边界条件包含了激光辐照、对流换热以及辐射换热。在此基础上编写了计算程序,预测了激光辐照下碳纤维增强复合材料的瞬态温度场和基体热分解状况。为了校核模型,开展了激光辐照碳纤维复合材料试验。计算结果与试验数据比较表明,模型预测的复合材料温度-时间曲线与试验结果较好吻合,在较低功率密度激光辐照下复合材料热响应以基体热分解为主,与试验烧蚀形貌观察结果一致。     

Physical properties of a high molecular weight hydroxyl-terminated polydimethylsiloxane modified castor oil based polyurethane/epoxy interpenetrating polymer network composites

A series of polyurethane (PU)/epoxy resin (EP) graft interpenetrating polymer network (IPN) composites modified by a high molecular weight hydroxyl-terminated polydimethylsiloxane (HTPDMS) were prepared. The effects of HTPDMS content on the phase structure, damping properties and the glass transition temperature (Tg) of the HTPDMS-modified PU/EP IPN composites were studied by scanning electron microscopy (SEM) and dynamic mechanical analysis (DMA). Thermogravimetric analysis (TGA) showed that the thermal decomposition temperature of the composites increased with the increase of HTPDMS content. The tensile strength and impact strength of the IPN composites were also significantly improved, especially when the HTPDMS content was 10%. The modified IPN composites were expected to be used as structural damping materials in the future.     

石墨烯气凝胶复合相变材料的热物性研究

相变材料利用其相变潜热能力可吸收储存和释放利用热量,同时在相变过程中其温度浮动小,能够实现温度控制从而用于热管理.但是其低热导率和易泄露问题严重制约了其性能.石墨烯气凝胶因其丰富的多孔结构而具有较大的比表面积,可吸附相变材料解决其泄露问题,同时石墨烯的高导热系数可提高相变材料的热导率.这里选取正十八烷为相变材料,制备了不同质量分数的石墨烯气凝胶复合相变材料.测得石墨烯气凝胶含量为13.99 wt%的样品,其导热系数比纯正十八烷高出306.2%,熔化潜热和凝固潜热分别下降了13.8%和10.8%.分子动力学模拟结果表明,石墨烯气凝胶的引入会在一定程度上增强正十八烷分子的有序性和一致性,即在同一温度下复合相变材料中的正十八烷分子比纯正十八烷分子拥有更集中分布的末端距和扭转角,径向分布函数和自扩散系数都相对较低,说明石墨烯材料的引入可以提升正十八烷的导热系数.     

Calorimetric study of phase transitions in nanocomposites of quantum dots and a liquid crystal

The complex specific heat is measured over a wide temperature range for the liquid crystal (LC) 4-cyano-4-octylbiphenyl (8CB) and cadmium sulfate quantum dots (QDs) composites as a function of QD concentration. The thermal scans were performed under near-equilibrium conditions for all samples having QDs weight percent (φ_w) from 0 to 3wt% over a wide range of temperature well above and below the two transitions in pure 8CB. Isotropic (I) to nematic (N) and nematic to smectic-A (SmA) phase transitions evolve in character and their transition temperatures offset by (～2.3 to 2.6 K) lower for all composite samples as compared to that in pure 8CB. The enthalpy change associated with I–N phase transitions shows slightly different behavior on heating and cooling and it also shows crossover behavior at lower and higher QD content. The enthalpy change associated with N–SmA phase transitions is independent of QD loading and thermal treatment. Given the homogeneous and random distribution of QD in these nanocomposites, we interpret that these results as arising that the nematic phase imposes self-assembly on QDs to form one-dimensional arrays leading to QDs and induces net local disordering effect in LC media.     

Thermal effect of Ge_2Sb_2Te_5 in phase change memory device

The properties of Raman phonons are very important due to the fact that they can availably reflect some important physical information. An abnormal Raman peak is observed at about 558 cm-1in In film composed of In/InOx core–shell structured nanoparticles, and the phonon mode stays very stable when the temperature changes. Our results indicate that this Raman scattering is attributed to the existence of incomplete indium oxide in the oxide shell.     

封闭管道中热耦合效应对激光传输的影响

建立了封闭竖直管道热耦合效应物理模型,采用流固耦合方法,数值模拟了封闭管道中介质气体、光学玻璃之间的热相互作用造成流场分布的变化,研究了热耦合作用对近场波前相差和远场光束质量的影响。数值模拟结果表明,光束质量可以由封闭管道内介质气体温度分布来决定,气体在管道内流动改变温度分布,使得相差分布不断变化,造成远场光束质量的振荡起伏;光学镜与介质气体热相互作用对流场分布有较大影响,尤其是竖直管道底部的光学镜对激光束远场光束质量影响明显。热耦合效应放大了光束质量的变化:当介质模型中光束质量变差,热耦合模型中热耦合效应使光束质量变得更差;当介质模型中光束质量变好,耦合模型中的热耦合作用使光束质量变得更好,即光束质量随着流场分布的变化而振荡。     

Molecular Dynamics Simulation of Thermal Conductivity in Si--Ge Nanocomposites

Thermal conductivity of nanocomposites is calculated by molecular dynamics （MD） simulation. The effect of size on thermal conductivity of nanowire composites and the temperature profiles are studied. The results indicate that the thermal conductivity of nanowire composites could be much lower than alloy value; the thermal conductivity is slightly dependent on temperature except at very low temperature.