高压烧结镀Cr、Ti膜金刚石/铜复合材料热导率研究

 采用磁控溅射方法,在金刚石表面镀覆活性金属Cr膜和Ti膜,在高温高压下合成了镀活性金属膜金刚石/铜复合材料。实验发现,活性金属的加入增强了金刚石与铜界面间的结合强度,减少了界面热阻,提高了复合材料的热导率。复合材料热导率随着金刚石体积分数的增加而降低,随着金刚石的粒度增大而提高。这主要是由界面热阻引起的,可以通过增大金刚石粒度和改善界面状态来提高复合材料热导率。     

金刚石/环氧树脂复合物热导率的分子动力学模拟

提高环氧树脂热界面材料热导率对解决5G等微电子芯片高热流密度散热问题具有重要意义.采用非平衡态分子动力学方法,重点研究了纳米金刚石填料的不同填充方式对环氧树脂基复合物热导率的影响.结果表明,单颗粒填充方式下,复合物热导率随金刚石尺寸的增大而增大,大尺寸金刚石填料可以降低复合物的自由体积分数,对热导率的提升效果更显著;多颗粒填充方式下,复合物热导率随颗粒数的增多呈先增大后减小的趋势,增加颗粒数可以减小复合物的自由体积分数,但具有更大的比表面积及界面热阻,其对热导率的削弱作用更为显著.此外,同一质量分数下,增大纳米金刚石颗粒尺寸比增加颗粒数对复合物热导率的提升效果更为显著.本文研究对具有高热导率的纳米金刚石/环氧树脂复合物热界面材料的设计和制备具有指导意义.     

炭黑/橡胶体系的导热模型及应用研究

针对炭黑/橡胶复合体系分别建立了立方体模型和球形模型,并推导出热导率计算方程.分别估算了N234炭黑和N539炭黑/橡胶复合体的热导率,与实验结果进行比较发现:复合体系的热导率与炭黑用量、结构性及粒径有关;球形模型比立体模型预测炭黑/橡胶复合材料的热导率更加准确;特别是当炭黑体积份数<20%时,用球形模型预测与实验结果取得较好的一致性.为了了解炭黑体积份数超过20%时热导率的变化情况,需提高炭黑填充量作进一步研究.     

高填充型复合材料的单胞模型有限元分析

通过有限元方法分析计算了高填充型复合材料面心立方和紧密堆积单胞模型的等效热导率。模拟研究了填料的填充量、填料的热导率和填料间接触面积的相对大小对复合材料等效热导率的影响。结果发现高填充量的面心立方复合材料可以获得较高等效热导率,大小颗粒混合填充的紧密堆积复合材料能够更大幅度地提高等效热导率。并且当填充颗粒之间出现接触时,等效热导率会随着填料间接触面积的增大而快速地增大。模拟研究表明,通过增加填料含量以及使填料之间相互接触形成热流通路是获得高热导率复合材料的有效途径,同时有助于指导相关的实验研究从而生产出高热导率的热界面材料。     

热膨胀系数和磁性可调的Mn_(0.983)CoGe/环氧树脂复合材料北大核心CSCD

为解决环氧树脂(Epoxy)热膨胀系数较大、热导率较低的问题,我们通过固相反应法制备了巨负膨胀材料Mn_(0.983)CoGe,并将不同体积分数的Mn_(0.983)CoGe粉末(平均颗粒直径~10μm)均匀分散至Epoxy中,制备成Mn_(0.983)CoGe/Epoxy复合材料.研究结果表明仅需加入体积分数为22.5vol.%的Mn_(0.983)CoGe,复合材料即在267 K^320K的温度区间内呈现近零的热膨胀系数.并且,Mn_(0.983)CoGe/Epoxy复合材料的热导率也随着Mn_(0.983)CoGe填充量的增加而显著提升.例如当复合材料中Mn_(0.983)CoGe填充量为30vol.%时,其150K处的热导率提升近3倍.此外,我们还发现,在与Epoxy复合之后,由于受到Epoxy基体产生的应力的影响,Mn_(0.983)CoGe磁结构相变温区展宽,同时六角相到正交相的转化率也显著降低.     

热膨胀系数和磁性可调的Mn_(0.983)CoGe/环氧树脂复合材料

为解决环氧树脂(Epoxy)热膨胀系数较大、热导率较低的问题,我们通过固相反应法制备了巨负膨胀材料Mn_(0.983)CoGe,并将不同体积分数的Mn_(0.983)CoGe粉末(平均颗粒直径~10μm)均匀分散至Epoxy中,制备成Mn_(0.983)CoGe/Epoxy复合材料.研究结果表明仅需加入体积分数为22.5vol.%的Mn_(0.983)CoGe,复合材料即在267 K~320K的温度区间内呈现近零的热膨胀系数.并且,Mn_(0.983)CoGe/Epoxy复合材料的热导率也随着Mn_(0.983)CoGe填充量的增加而显著提升.例如当复合材料中Mn_(0.983)CoGe填充量为30vol.%时,其150K处的热导率提升近3倍.此外,我们还发现,在与Epoxy复合之后,由于受到Epoxy基体产生的应力的影响,Mn_(0.983)CoGe磁结构相变温区展宽,同时六角相到正交相的转化率也显著降低.     

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)。     

介孔复合材料声子输运的格子玻尔兹曼模拟

采用格子玻尔兹曼方法对NaCl@Al2O3介孔复合材料内的声子热输运进行了模拟分析.基于德拜物理模型,提出了温度耦合的复合材料界面处理方法,有效实现了复合材料声子输运的格子玻尔兹曼模拟,获得了不同孔径、孔隙率、孔形状、孔排列、界面条件系数下介孔复合材料的热导率,并进行影响因素分析.结果表明:该介孔复合材料热导率,在孔隙率一定时,随着孔径增大而增大,呈现显著的尺度效应;在孔径一定时,热导率随孔隙率增大而减小;孔径和孔隙率一定时,热导率随界面条件系数的增大而减小;孔形状和孔排列均会影响介孔复合材料的热导率,且这种影响会随着界面条件系数的增大而增大.     

炭黑填充橡胶两相复合体系的热导率

本文根据炭黑的结构特征和形态,对前期研究提出的炭黑/橡胶复合体系的热导率球形模型进行了改进,提出了新的预测模型,并推导出热导率计算方程。利用球形模型和新模型分别对N234炭黑、N330炭黑、N375炭黑和N539炭黑填充胶的热导率进行了理论预测,并与实验结果进行对比,发现:在炭黑体积分数2%～35%内,新模型比球形模型能更好地预测炭黑填充胶的热导率;新模型对四种胶热导率的预测结果,最大偏差不超过9%,平均偏差小于4%。     

石蜡填充碳纳米管复合材料的制备与界面传热性能研究

以石蜡和经硝酸处理过的碳纳米管(CNTs)为原料,苯为溶剂,采用真空渗透法制备了石蜡填充CNTs纳米胶囊复合材料,并设计了一个简易的热界面装置,对石蜡填充CNTs材料在电子设备热管理中的应用能力进行了测试。结果表明:石蜡成功填充到CNTs管内,且在CNTs管外基本没有残留的石蜡。在传热界面未涂抹二甲基硅油时,内外两侧最高温度的温差为4.7℃,而分别涂抹二甲基硅油、未经酸处理(20%)CNTs/二甲基硅油、酸处理后(20%)CNTs/二甲基硅油、(20%)石蜡填充CNTs/二甲基硅油时,其内外两侧最高温度的温差分别为3.8℃,3.1℃,3.1℃,2.2℃,说明将石蜡填充CNTs作为二甲基硅油中的散热填充物具有更好的散热效果,且增加了界面间的热反应速度和热稳定性。     

位错和层错对氮化镓热导率影响的分子动力学模拟

本文利用非平衡分子动力学方法研究了位错和堆垛层错对氮化镓晶体热导率的影响。研究结果表明氮化镓中刃型位错的存在不仅对垂直位错线方向的热量传输有影响,也对平行于位错线方向有较大影响。本文利用非平衡分子动力学方法对氮化镓晶体中小角度晶界、晶界c面(0001)堆垛层错以及a面(1210)面堆垛层错结构的界面热阻进行了计算,并且研究了氮化镓晶体中c面堆垛层错的界面热阻的变化规律。研究结果表明氮化镓晶体中c面堆垛层错的界面热阻随着层错厚度的增加而增大,随着体系长度的增大而减小。     

低温下实验测量庞磁电阻材料的热导率

基于低频方波脉冲加热-冷却非稳态连续测量原理,应用PPMS多物性测量系统在温区150～360 K和外磁场0～9 T下对典型的庞磁电阻材料La_(2/3)Ca_(1/3)MnO_3的热导率进行了实验研究。结果表明,在外磁场作用下庞磁材料在居里温度附近会发生明显的热导率增大(或热阻率减小)的磁致热阻现象,但磁热阻效应的程度在数值上要明显低于庞磁电阻效应。     

磁场作用下PMN-PT/CFO的磁电效应研究

在弹性力学模型下,推导非理想耦合状态的磁电(ME)电压系数公式.利用CFO随磁场变化的磁致伸缩特性,得到PMN-PT与CFO复合材料的磁电电压系数随磁场以及各参量的变化关系公式.研究了磁电电压系数在磁场下随磁场强度、压电相体积分数v、界面耦合系数k以及PMN-PT介电常数之间的变化关系.研究结果发现:磁电电压系数随PMN-PT体积分数和磁场强度的增大,表现为先增大,后逐渐减小至零;磁电电压系数强烈地依赖于界面耦合系数,耦合系数减小会极大降低复合材料的磁电效应;同时,磁电效应具有一定的频率特性,随着频率的逐渐增大而增大,直至达到稳定.     

介孔二氧化硅基导电聚合物复合材料热导率的实验研究

本文首先制备并表征了介孔二氧化硅SBA-15、 填充导电聚合物的复合材料PANI/SBA-15和复合材料PPy/SBA-15, 并建立双流计实验台开展了材料压片情况下的热导率研究. 在测量得到复合材料热导率的基础上, 引入当量孔径, 结合测量孔径对 PANI/SBA-15和PPy/SBA-15复合材料热导率随填充量的变化进行了定性分析. 分析表明: PANI/SBA-15和PPy/SBA-15复合材料的热导率比基材SBA-15的热导率大得多; 在相同的测量孔径和当量孔径情况下, PANI/SBA-15复合材料的热导率比PPy/SBA-15复合材料的热导率大; 导电聚合物填充到复合材料孔道内和孔道外都有助于热导率的提高, 填充到孔道内比填充到孔道外对热导率提高的贡献更大.     

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.     

分形结构纳米复合材料热导率的分子动力学模拟研究

提出了一基于Sierpinski分形结构的Si/Ge纳米复合材料结构,以调控纳米复合材料的热导率.采用非平衡分子动力学方法模拟研究了分形结构Si/Ge纳米复合材料的导热性能,给出了硅原子百分比、轴向长度以及截面尺寸对分形结构纳米复合材料热导率的影响规律,并与传统矩形结构进行了对比.研究结果表明,分形结构纳米复合材料增强了Si/Ge界面散射作用,使得热导率低于传统矩形结构,这为提高材料的热电效率提供了有效途径.Si原子百分比、截面尺寸、轴向长度皆对分形结构纳米复合材料热导率存在着重要影响.纳米复合材料热导率随着Si原子百分比的增加呈先减小后增加的趋势,随轴向长度的增加则呈单调增大趋势.     

TiO2/ZnO纳米薄膜界面热导率的分子动力学模拟

采用平衡分子动力学方法及Buckingham势研究了金红石型TiO₂薄膜与闪锌矿型ZnO薄膜构筑的纳米薄膜界面沿晶面[0001](z轴方向)的热导率.通过优化分子模拟初始条件中的截断半径r_c和时间步后,计算并分析了平衡温度、薄膜厚度、薄膜截面大小对热导率的影响.研究表明,薄膜热导率受薄膜温度和厚度的影响很大,当温度由300 K升高600 K时,薄膜的热导率逐渐减小;当薄膜厚度由1.8 nm增大到5 nm时,热导率会逐渐增大;并在此基础 关键词： 热导率 分子动力学 2/ZnO纳米薄膜界面')" href="#">TiO₂/ZnO纳米薄膜界面 数值模拟     

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可达到小于5℃,满足大功率LED灯具的散热要求。     

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。     

随机结构多孔介质等效热导率数值计算

本文对二维颗粒弥散多孔介质的辐射导热耦合等效热导率进行了数值计算研究。首先采用随机生成结构方法(Random generate-growth method,RGGM)生成实际多孔材料的复杂结构。在此基础上,采用离散坐标法及有限容积法求解了复杂结构内部辐射导热耦合换热,进而计算得到材料的等效热导率。根据建立的材料随机结构模型及等效热导率数值计算模型,分别研究了衰减系数、弥散相体积分数、温度等因素对材料等效热导率的影响,并将数值计算结果与理论计算结果进行对比,吻合较好,反映出模型用于预测实际多孔材料等效热导率的有效性。