纳米ZnO／石蜡复合相变材料的热物理性质研究

本文通过将纳米氧化锌（ZnO）颗粒加入熔融的石蜡（PW）并进行搅拌和超声制备了一种纳米ZnO／PW复合相变储能材料。为使纳米氧化锌在基体物质中分散均匀,在制备过程中使用了搅拌和超声以制备均匀的复合材料。使用扫描电镜观察其微观结构表明氧化锌在石蜡中分散良好。对所得ZnO／PW复合相变材料的相变温度、相变焓及导热系数等热物...     

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.     

石墨烯/银纳米复合材料的制备及其影响因素研究

以硝酸银、鳞片石墨为原料, 在强碱环境下, 制备得到石墨烯/银纳米复合材料, 采用X射线衍射、红外吸收光谱、透射电子显微镜、紫外可见分光光度计对所制备的石墨 烯/银纳米复合材料进行了表征.结果表明: 氧化石墨烯和银离子在强碱NaOH的作用下, 氧化石墨烯失去部分含氧官能团, 被部分还原为石墨烯(rGO), 银离子被还原为纳米银颗粒, 均匀分布在氧化石墨烯片层表面, 颗粒大小和分布受硝酸银用量、反应温度、NaOH的加入顺序及前驱物混合方式等因素影响, 在GO与Ag粒子质量比为 1:1.08时, 负载在石墨烯片层上的银纳米颗粒集中在12 nm左右. 关键词： 石墨烯/银纳米复合材料 强碱溶液     

纳米石墨烯片-正十八烷复合相变材料制备及热物性研究

本文分别制备了纳米石墨烯片质量分数为0%, 0.5%, 1%, 1.5%, 2%的纳米石墨烯片-正十八烷复合相变材料,并通过扫描电镜测试、红外光谱分析、差示扫描量热实验及导热分析等实验对其形貌结构及热物性进行表征和研究.实验表明本文制备的纳米石墨烯-正十八烷复合相变材料具有很好的相变稳定性;当纳米石墨烯片的质量分数达到2%时,复合相变材料的导热系数相对于纯十八烷高出了89.4%.     

石墨烯尺寸和分布对石墨烯/铝基复合材料裂纹扩展的影响

铝基复合材料由于其质轻高强的特点,是机械工业和航空航天工程中最重要的材料之一.而石墨烯因其优异力学性能和高比表面积等特点,被作为金属基复合材料的理想增强相.然而,目前石墨烯在铝基复合材料中对裂纹扩展影响的机制尚不清晰,制约了其在铝基复合材料的设计和应用.本文采用分子动力学模拟方法研究了石墨烯的尺寸和分布对铝基复合材料中裂纹扩展的影响.研究结果表明,当石墨烯尺寸l≤3.35 nm时,在拉伸过程中产生的亚裂纹促进了裂纹扩展。值得注意的是,这种促进作用随着石墨烯与裂纹的距离增大而减弱.当石墨烯尺寸l> 3.35 nm时,石墨烯阻碍了裂纹的扩展和亚裂纹位错的滑移.此外,石墨烯的分布和角度可以有效地改变裂纹扩展路径.本研究的结果有助于理解石墨烯在其铝基复合材料中的破坏失效的作用,为设计高性能石墨烯/铝基复合材料提供一定参考依据.     

石墨烯/铝基复合材料在纳米压痕过程中位错与石墨烯相互作用机制的模拟研究

石墨烯因其优异的力学性能已成为增强金属基复合材料的理想增强体.然而,目前对石墨烯/金属基复合材料在纳米压痕过程中嵌入石墨烯与位错之间的相互作用仍不清晰.本文采用分子动力学模拟方法,对90°,45°和0°位向的石墨烯/铝基复合材料进行了纳米压痕模拟,研究了压痕加载和卸载过程中石墨烯/铝基复合材料的位错形核及演化,以获取不同位向的石墨烯与位错的相互作用机制,并分析其对塑性区的影响.研究发现,石墨烯可以有效阻碍位错运动,并且石墨烯会沿着位错滑移方向发生弹性变形.在纳米压痕过程中,位错与不同位向石墨烯之间的相互作用差异导致塑性区的变化趋势不同.研究结果表明,在石墨烯/铝基复合材料中,位向不同的石墨烯对位错阻碍强度和方式不同,且石墨烯位向为45°的复合材料的硬度高于其他模型.此外,石墨烯/铝基复合材料的位错线总长度的演化规律与石墨烯位向紧密相关.本文研究可为设计和制备高性能石墨烯/金属基复合材料提供一定的理论指导.     

激光烧结石墨烯铜复合材料温度场有限元模拟

在激光烧结石墨烯增强铜基复合材料的过程中,了解瞬时温度场分布对优化工艺参数、控制烧结质量有重要作用。建立了激光烧结预涂在42CrMo基板上的石墨烯铜的混合粉末的有限元模型。研究了激光烧结过程温度场分布,熔池的几何参数以及烧结层与基体的冶金结合宽度。为了验证模拟结果,使用与模拟相同的参数进行了单道激光烧结的实验。研究表明,热传导、热辐射和相变潜热在激光烧结过程的温度场分布中起重要作用。实验结果与模拟结果较为一致。所以可以依据模拟结果预测实验的温度场分布和熔池几何参数,同时也可以据此优化激光烧结参数。     

激光烧结石墨烯-铜纳米复合材料性能研究

石墨烯拥有许多优异的性能,这些性能使石墨烯有望成为金属基复合材料的理想增强相。采用激光烧结的方法制备了石墨烯-铜纳米复合材料。X射线衍射(XRD)和Raman光谱测试结果表明,石墨烯存在于激光烧结所制备的纳米复合材料中。显微硬度测试结果显示,石墨烯的添加使得石墨烯-铜纳米复合材料的硬度比激光烧结纯铜的硬度提高了约22%。用电化学极化法研究了激光烧结的石墨烯-铜纳米复合材料和纯铜在3.5%(质量分数)NaCl溶液中的腐蚀行为,石墨烯-铜纳米复合材料的腐蚀电位比激光烧结纯铜的腐蚀电位略有降低,腐蚀电流也有所降低,说明其耐腐蚀性能较激光烧结纯铜略好。     

激光烧结石墨烯-铜纳米复合材料性能研究

石墨烯拥有许多优异的性能,这些性能使石墨烯有望成为金属基复合材料的理想增强相。采用激光烧结的方法制备了石墨烯-铜纳米复合材料。X射线衍射（XRD）和Raman光谱测试结果表明,石墨烯存在于激光烧结所制备的纳米复合材料中。显微硬度测试结果显示,石墨烯的添加使得石墨烯-铜纳米复合材料的硬度比激光烧结纯铜的硬度提高了约22%。用电化学极化法研究了激光烧结的石墨烯-铜纳米复合材料和纯铜在3.5%（质量分数）NaCl 溶液中的腐蚀行为,石墨烯-铜纳米复合材料的腐蚀电位比激光烧结纯铜的腐蚀电位略有降低,腐蚀电流也有所降低,说明其耐腐蚀性能较激光烧结纯铜略好。     

界面尺寸对铜/石墨烯界面热导的影响

采用原子格林函数(AGF)方法研究了界面尺寸对铜/单层石墨烯(SLG)界面热导的影响.建立了有限和无限界面尺寸的AGF计算模型,计算得到的界面热导均在铜的迪拜温度(343 K)附近收敛,但两者计算得到的透射系数和界面热导存在明显差别:有限界面尺寸时计算得到的透射系数在1.5 THz附近达到峰值0.84,而无限界面尺寸时...     

原位生长技术制备石墨烯强化铜基复合材料

利用等离子增强化学气相沉积方法,在铜粉表面原位生长了站立石墨烯,用于制备石墨烯强化铜基复合材料.研究表明,石墨烯包覆在铜粉外表面,微观尺度实现了两者的均匀混合;生长的初期阶段,碳、氢等离子基团可将铜粉表面的氧化层还原,有助于铜粉-石墨烯之间形成良好的界面;石墨烯的成核是一个生长/刻蚀相互竞争的过程,其尺寸可受制备温度调控.利用放电等离子烧结方法将粉末压制成型,测试结果显示,添加石墨烯样品的电阻率降低了一个数量级,维氏硬度和屈服强度分别提高了15.6%和28.8%.     

快速热响应复合材料的储/放热性能分析

以膨胀石墨为无机支撑材料、石蜡为有机相变材料,制备出高导热系数和储热密度的快速热响应复合材料,并构建传热性能测试系统对该复合材料的储/放热性能进行研究分析。研究结果表明,复合材料不仅能在熔融状态下保持形状稳定,而且显著提高了在储/放热过程的传热性能,从而有效地解决了传统相变材料高储热密度和低导热系数之间的矛盾。     

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。     

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。     

石墨烯/羟基磷灰石复合材料力学性能的数值研究

为了研究石墨烯/羟基磷灰石复合材料力学性能（弹性模量和泊松比）,开发了石墨烯/羟基磷灰石复合材料的随机分布模型自动生成算法及相应的计算程序;建立石墨烯/羟基磷灰石复合材料的有限元模型,计算添加不同质量分数的石墨烯对复合材料力学性能的影响,通过与实验数据对比验证算法的有效性.结果表明：添加0.25%~1.25%（质量分数）的石墨烯可使复合材料的弹性模量增加12%~50%,表明添加少量石墨烯即能有效地改善羟基磷灰石的力学性能.     

CVD合成的掺杂BNx-石墨烯纳米复合材料:结构和发光性能

用B₄C为硼源,利用CVD系统在N₂-H₂等离子体中合成了掺杂BN_x纳米棒,接着在掺杂BN_x纳米棒表面用CH₄生长了石墨烯纳米片,制备出掺杂BN_x-石墨烯三维纳米复合材料。一系列表征结果说明合成的纳米复合材料由C和O共掺杂的BN_x纳米棒和石墨烯纳米片组成,其形成与碳氢基团的转换和掺杂BN_x纳米棒的形变在石墨烯纳米片中产生的应力有关。室温发光性能表明石墨烯纳米片对掺杂BN_x纳米棒的紫外光和绿光有明显的猝灭作用,起源于掺杂BN_x-石墨烯界面上的电荷转移和电子散射。     

考虑基底热传导的石墨烯薄膜热声理论

主要基于热声效应对石墨烯薄膜发声进行理论研究。首先建立了石墨烯薄膜耦合热振动模型,推导出了石墨烯薄膜发声器的声压表达式。在此基础上,进行了不同基底石墨烯薄膜发声器的声压测试,并将测试值与理论计算结果对比,二者随频率变化趋势基本吻合,测试值略低于理论值,验证了推导出的声压表达式的正确性。研究表明石墨烯薄膜发声器有很宽的频域响应,在低频段声压级随频率增大而增大,在高频段响应平稳,具有作为优秀的热致发声器的潜力。基底材料蓄热系数越小,石墨烯薄膜的声压值越大;声压级随薄膜热容量的增大而减小。研究结果对于石墨烯的发声机制探索及其在扬声器设计等方面的应用具有指导意义。     

界面自组装的金/氧化石墨烯复合材料的表面增强拉曼散射行为研究

采用Frens法制备金纳米粒子溶胶,通过界面自组装技术在掺磷的非晶碳衬底表面构筑三维的金/氧化石墨烯/金复合结构.以罗丹明B为探针分子,考察金/氧化石墨烯/金复合材料的表面增强拉曼散射活性.结果表明,由于氧化石墨烯的化学增强和金纳米粒子的电磁场增强的协同作用,在该三维复合材料上获得了很强的罗丹明B拉曼信号.所设计的三维金/氧化石墨烯/金复合材料在生物分析、环境监测、疾病防控、食品安全等领域具有潜在的应用价值.     

石墨烯p-n结在磁场中的电输运热耗散

石墨烯是一种特殊的二维材料,其独特的能带结构允许人们通过电场来调控其载流子的类型和浓度,因此,在构建双极型纳米电子器件方面具有潜在应用前景.本文基于紧束缚格点模型,利用非平衡格林函数方法及Landauer-Büttiker公式,研究了石墨烯p-n结在磁场中的电输运热耗散问题.在强磁场作用下,结的两边均处于量子霍尔相,存在拓扑保护的手性边缘态.直觉上,这种拓扑保护的手性边缘态应当是无热耗散的.但本文研究发现,当有耗散源时,尽管手性边缘态受到拓扑保护,热耗散却依然可以发生.对于完美的石墨烯,单极结输运时热耗散发生在体系边缘;偶极结输运时在体系边缘和结的界面处均可以发生热耗散.当无序存在时,无论单极结还是偶极结,无序均能增强热耗散.此外,本文还研究了不同位置处的电子能量分布,发现热耗散是否发生只取决于电子是否处于非平衡分布.这些结果表明拓扑只能保护电子的传播方向,却不能禁止热耗散的发生.