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...     

氧化石墨烯复合相变微胶囊制备及传热特性研究

本文采用原位聚合法以氧化石墨烯物理改性密胺树脂为壳材,包覆石蜡制备石蜡@密胺树脂/氧化石墨烯相变微胶囊。石蜡@密胺树脂/氧化石墨烯复合相变微胶囊在保存了石蜡高储能密度的同时有效防止了石蜡泄漏,并且提高了其导热性。当质量分数ω为6%时,导热系数为1.25 W·m^-1·K^-1,提高了7.8倍,潜热略有降低,潜热焓值为185.4 J·g^-1,包覆率为70.4%。将制备的改性微胶囊进行防泄漏测试研究,展现出优异的热稳定性能。     

第一性原理研究单层Ge2X4S2(X=P,As)的热电性能

单层Ge₂X₄S₂(X=P, As)是最近预测的一种二维层状材料,它们不仅拥有高的光吸收系数,同时还有较高的载流子迁移率,这意味着它们在光电和热电领域可能有较好的应用前景.本文通过第一性原理和玻尔兹曼输运理论系统地研究了这两种材料的热电性质.结果表明,单层Ge₂P₄S₂和Ge₂As₄S₂在室温下展现较低的晶格热导率,沿armchair方向分别为3.93 W·m^-1·K^-1和3.19 W·m^-1·K^-1, zigzag方向分别为4.38 W·m^-1·K^-1和3.79 W·m^-1·K^-1,这主要是由低的声子群速度、大的格林艾森参数以及小的声子弛豫时间造成的.基于HSE06泛函计算出的能带结构表明单层Ge₂     

随机硅–锗超晶格高通量筛选和热导率优化

低维热电材料往往可以通过降低声子热导率实现其热电性能的提升。由两种材料交替生长获得的超晶格薄膜较单一材料薄膜具有更低的热导率,通过改变材料的厚度排布,随机排列的非周期性超晶格甚至可以实现更低的热导率。本文基于非平衡分子动力学模拟计算了硅和锗薄膜热导率和非对称界面热阻,构建了随机硅–锗超晶格热导率的数值拟合等效介质模型。引入邻间因子和修正函数后,获得了可以更为准确预测随机排列硅–锗超晶格热导率的修正等效介质模型。将此模型与遗传算法相结合,可以对大量随机超晶格结构进行高通量筛选,实现了热导率的快速优化。结果表明,即使总厚度大的超晶格最低热导率仍能维持在1.4～1.8 W·m^-1·K^-1,平均周期厚度稳定在2.0～2.5 nm。     

花状掺杂W-VO$lt;sub$gt;2$lt;/sub$gt;/ZnO热致变色纳米复合薄膜研究

为解决掺杂引起的二氧化钒薄膜的红外调制幅度下降以及二氧化钒复合薄膜相变温度需要进一步降低等问题, 采用纳米结构、掺杂改性和复合结构等多种机理协同作用的方案, 利用共溅射氧化法, 先在石英玻璃上制备高(002)取向的ZnO薄膜, 再在ZnO层上室温共溅射沉积钒钨金属薄膜, 最后经热氧化处理获得双层钨掺杂W-VO₂/ZnO纳米复合薄膜. 利用X射线衍射、X射线光电子能谱、扫描电镜和变温光谱分析等对薄膜的结构、组分、形貌和光学特性进行了分析. 结果显示, W-VO₂/ZnO 纳米复合薄膜呈花状结构, 取向性提高, 在保持掺杂薄膜相变温度(约39 ℃)和热滞回线宽度(约6 ℃)较低的情况下, 其相变前后的红外透过率差量增加近2倍, 热致变色性能得到协同增强. 关键词： 2')" href="#">VO₂ ZnO W掺杂 热致变色     

过渡族元素掺杂BaTiO3-Tb1-xDyxFe2-y层状复合材料中的磁电效应

用溶胶-凝胶法制备1.0%mol Mn,Cr,Co掺杂 BaTiO₃(BTO)粉体,在1350℃下烧结成多晶陶瓷样品.X射线衍射和差示扫描量热分析表明,室温下掺杂BaTiO₃具有四方钙钛矿结构;居里点和相变潜热随Cr,Mn,Co掺杂逐渐降低.将掺杂BaTiO₃与Tb_1-xDy_xFe_2-y(TDF)胶合制成双层磁电复合材料,并研究了Cr:BTO-TDF,Mn∶BTO-TDF,Co:BTO-TDF层状复合材料中的磁电效应.实验表明,在340×80 A·m^-1偏置磁场下, Cr:BTO-TDF的横向磁电电压系数达到最大值586 mV·cm^-1·(80 A·m^-1)^-1.在400×80 A·m^-1偏置磁场下,Mn∶BTO-TDF和Co:BTO-TDF的横向磁电电压系数的最大值分别为480 mV·cm^-1·(80 A·m^-1)^-1和445mV·cm^-1·(80 A·m^-1)^-1.研究表明掺杂BaTiO₃-TDF层状复合材料中具有较强的磁电耦合.作为无铅压电材料,掺杂BaTiO₃制备的磁电效应器件颇具应用前景. 关键词： 磁电效应 双层复合材料 3')" href="#">掺杂BaTiO₃ 1-xDy_xFe_2-y')" href="#">Tb_1-xDy_xFe_2-y     

葡萄糖作钝化剂的绿光多晶薄膜钙钛矿发光二极管

金属卤化物钙钛矿发光二极管具有颜色可调、色纯度高、光谱稳定性好等优点,成为近年来的研究热点。溶液加工的多晶薄膜钙钛矿发光二极管制备工艺简单且成本低,但结晶过程中容易形成缺陷,进而影响器件性能。本文提出采用低成本的葡萄糖作为钝化剂,制备多晶薄膜钙钛矿发光二极管,葡萄糖的加入有效抑制了器件中缺陷诱导非辐射复合损失。在葡萄糖浓度为0.2 mol·L^-1时,缺陷钝化效果最佳,器件的最大亮度达到11 840 cd·m^-2,最大电流效率为7.89 cd·A^-1,光谱稳定性及色纯度好,且表现出较好的重复性。本文为多晶薄膜钙钛矿发光二极管中缺陷的钝化提供了简单而有效的方法。     

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     

基于HAT-CN/m-MTDATA中间连接层的叠层OLED光电性能研究

有机发光二极管(Organic light-emitting diode,OLED)已广泛应用于手机等中小屏幕,叠层层OLED作为提升器件寿命、亮度和效率的方法倍受关注．以n型材料HAT-CN和p型材料m-MTDATA构筑中间连接层、NPB/C545T∶Alq₃/Alq₃为发光单元,通过多源真空沉积系统制备叠层OLED．器件的光电性能表明：150mA·cm^-2电流密度下,叠层器件的电流效率(5.7cd/A)和发光亮度(8 557cd·m^-2)可达常规器件(2.3cd/A,3 460cd·m^-2)的2.5倍,实现了低驱动电流密度下的高亮度和高效率．     

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。     

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。     

平板磁制冷和热电磁复合制冷微元循环数值研究

本文借助COMSOL多物理场耦合软件,构建了二维瞬态平板磁制冷微元模型和热电磁复合制冷微元模型,考察了热电臂厚度、电流、运行频率、外界对流换热系数对复合制冷性能的影响。模拟结果显示,在大多数工况下热电磁复合模型的比制冷功均大于磁制冷模型的比制冷功率;改变不同几何和运行参数对复合制冷性能有不同的影响。在研究工况范围内,改变热电臂厚度(0.05～0.5 mm)、电流(0.4～0.8 A)、运行频率(0.5～4 Hz)和对流换热系数(500～2000 W·m^-2·K^-1),热电磁复合制冷微元模型相比于平板磁制冷微元模型,制冷功率密度最大提高分别为2.05倍、2.12倍、2.68倍、1.87倍。本研究对后续开展热电磁复合制冷系统机理研究提供重要指导。     

铜铟硫纳米晶/PMMA复合薄膜的制备与光学性质表征

铜铟硫(CuInS₂)纳米晶具有发射光谱宽、波长易于调控、量子产率高、合成成本低、容易与封装材料复合等优点,在远程白光LED结构中具有广阔的应用前景。远程白光LED结构是针对LED散热问题提出的一种新型封装结构,在这种结构中复合荧光涂层(复合薄膜)与蓝光芯片进行隔离封装,这种结构对复合薄膜中纳米晶的热稳定性的要求大大降低。首先合成出了不同发光波长的CuInS₂纳米晶荧光材料,然后将其封装到PMMA基质中制备了系列的CuInS₂纳米晶/PMMA复合薄膜。通过荧光光谱和紫外可见光谱的方法,针对纳米晶复合薄膜出现的发光波长红移以及不同发光波长纳米晶/PMMA复合薄膜透过率不一致的现象进行了详细研究。     

吸收辐射复合金刚石膜的制备及光学研究

采用微波等离子体化学气相沉积（MW-PCVD）和直流热阴极辉光放电等离子体化学气相沉积（DC-PCVD）两种方法相结合,制备出一种吸收辐射的复合金刚石膜,它对宽光谱范围的光辐射具有99%—99.2%的吸收率,同时具有较低的反射率和透过率.随着黑色吸收辐射金刚石层厚度的增加,复合金刚石膜的热导率将小幅度降低,但黑色金刚石膜层厚度小于15 μm时,复合金刚石膜的热导率都在16 W·cm^-1·K^-1以上,这满足吸收辐射复合金刚石膜的高导热需求.用热阴极DC-PCVD方 关键词： 吸收辐射 光学材料 金刚石 热导率     

氮化铝薄膜的硅热扩散掺杂研究

采用热扩散方法,对AlN薄膜进行了Si掺杂。利用电子能量散射谱(EDS)以及高温变温电导对薄膜进行了分析。EDS测试结果表明:在1 250 ℃的温度下,氮化硅(SiN_x)作为Si的扩散源,可以实现对AlN薄膜的Si热扩散掺杂。高温电流-电压(I-V)测试表明:在460 ℃测试温度下,AlN薄膜在热扩散掺杂以后,其电导从1.9×10^-3 S·m^-1增加到2.1×10^-2 S·m^-1。高温变温电导测试表明:氮空位(V³⁺_N)和Si在AlN中的激活能为1.03 eV和0.45 eV。     

SA-AC/膨胀石墨的制备及性能研究

本文采用熔融混合-物理吸附法制备硬脂酸-乙酰胺共晶混合物/膨胀石墨(SA-AC/EG)复合相变材料,所得复合材料中SA-AC与EG的最佳质量比为9:1.采用SEM、FTIR、DSC、和TPS方法表征复合相变材料的微观形貌、化学兼容性、相变特性和热导率.实验结果表明,SA-AC与EG之间是通过毛细力和表面张力作用复合,复合相变材料的熔化温度和凝固温度分别为66.94℃和58.02℃,熔化焓和凝固培分别为186.8 J/g和187.8 J/g.实验所得复合相变材料的热导率高达5.909 W·m~(-1)·K~(-1),是原始相变材料(SA-AC)的17.58倍.经过500次加速加热冷却循环后,其热物性基本保持不变.因此,本实验所制备的SA-AC/EG复合相变材料具有较好的热稳定性和化学稳定性,是太阳能蓄热和工业余热回收利用的极具潜力的候选材料.     

花状掺杂W-VO_2/ZnO热致变色纳米复合薄膜研究

为解决掺杂引起的二氧化钒薄膜的红外调制幅度下降以及二氧化钒复合薄膜相变温度需要进一步降低等问题,采用纳米结构、掺杂改性和复合结构等多种机理协同作用的方案,利用共溅射氧化法,先在石英玻璃上制备高(002)取向的Zn O薄膜,再在Zn O层上室温共溅射沉积钒钨金属薄膜,最后经热氧化处理获得双层钨掺杂W-VO2/Zn O纳米复合薄膜.利用X射线衍射、X射线光电子能谱、扫描电镜和变温光谱分析等对薄膜的结构、组分、形貌和光学特性进行了分析.结果显示,W-VO2/Zn O纳米复合薄膜呈花状结构,取向性提高,在保持掺杂薄膜相变温度(约39?C)和热滞回线宽度(约6?C)较低的情况下,其相变前后的红外透过率差量增加近2倍,热致变色性能得到协同增强.     

AgyIn3.33–y/3Se5化合物结构和热电性能

本文使用静态扩散法结合常规X射线粉末衍射和电子探针技术,在Ag-In-Se体系中发现了Ag_yIn_3.33-y/3Se₅新化合物.其结构属于三方晶系,空间群为P3m1,是二维层状结构,单层晶胞由9个原子量子层按照Se1-In1-Se2-In2-Se3-Ag/In3-Se4-In4-Se5顺序排布构成,层间由弱范德瓦耳斯力结合.烧结的块体样品表现出强烈的取向性,在平行压力方向上具有极低的晶格热导率(在873 K为0.15 W·m^-1·K^-1).这种本征低的晶格热导率主要源于材料的低声速和低频光学支声子与声学支声子强耦合作用.Ag_yIn_3.33-y/3Se₅样品表现为n型传导,室温下电导率约为4×10~4S·m^-1,Seebeck系数约为-80μV·K^-1,样品在宽温度范围内均表现出较好的电传输性能,在450—800 K范围内的功率因子为5μW·cm^-1...     

(111)取向(Pb,La)TiO3铁电薄膜中90°纳米带状畴与热释电性能的研究

采用射频磁控溅射技术在Pt/Ti/SiO₂/Si(100)衬底上生长了掺镧钛酸铅(PLT)铁电薄膜.用X射线衍射技术(XRD)研究了PLT薄膜结晶性能，结果表明PLT薄膜为 (111)择优取向钙钛矿相织构.使用原子力显微镜(AFM)和压电响应力显微镜(PFM) 分别观察了PLT薄膜的表面形貌和对应区域的电畴结构.PFM观察显示PLT薄膜中存在90°纳米带状畴，电畴的极化为首尾相接的低能量的排列方式，带状畴的宽度为20—60nm.研究了PLT10铁电薄膜的制备条件与性能之间的关系.发现在优化条件下制备的PLT10铁电薄膜的介电常数ε_r为365、介电损耗tgδ为0.02，热释电系数γ为2.18×10^-8C·(cm²·K)^-1，可以满足制备非制冷红外探测器的需要. 关键词： PLT薄膜 电畴 PFM 极化