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.     

考虑接触热阻的纳米颗粒堆积热导率的分析

本文首先使用Callaway热导率模型对SiO₂纳米颗粒的热导率进行了近似计算,然后耦合堆积纳米孔隙内的导热和辐射、颗粒接触热阻,基于颗粒堆积单元结构模型的一维传热分析,最终推导得到了颗粒堆积有效热导率关于颗粒直径和温度、堆积孔隙率、颗粒热导率、气相热导率、辐射传热和接触热阻的关系式,并用该式进行了相关讨论。研究结果表明,对于纳米颗粒堆积,界面接触热阻不容忽略;在低孔隙率和颗粒不参与辐射的条件下,由于受到接触热阻的影响,存在最佳孔隙率（或密度）使得堆积热导率存在最大值。     

SiO_2纳米孔隔热材料制备与热导率计算

以SiO_2气凝胶纳米颗粒、石英纤维和遮光剂为原料,制备了SiO_2纳米孔隔热材料.采用扫描电镜和氮气吸脱附法表征了SiO_2纳米孔隔热材料微观结构,采用瞬态平面热源法测试了材料在25～800℃, 10～10~5 Pa范围内的热导率.建立了Si02纳米孔隔热材料热导率计算方法,计算了材料在不同温度和压力下的热导率,热导率计算值和实验值相符较好,表明所发展的计算方法适用于纳米孔隔热材料的热导率计算.此外,还获得了材料气相热导率与辐射热导率随温度的变化规律,对材料结构设计及性能优化具有很好的指导意义.     

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)。     

金属纳米颗粒的热导率

本文使用统计模拟方法对金属纳米颗粒的电子平均自由程进行了计算,并考察了纳米颗粒的晶格比热和声子平均群速度,最后应用动力学理论对纳米颗粒的电子热导率和声子热导率分别进行了求解.研究结果表明:具有相同特征尺寸的方形、球形纳米颗粒的无量纲电子(或声子)平均自由程比较接近.金属纳米颗粒的电子热导率远大于声子热导率;电子、声子热导率随着直径减小呈现降低趋势,而电子热导率的颗粒尺度依赖性比声子热导率更为明显;随着颗粒直径进一步减小,声子热导率与电子热导率趋于同一数量级.当纳米颗粒特征尺寸大于4倍块材电子(或声子)平均自由程,其电子(或声子)热导率的颗粒尺度依赖性将减弱.     

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     

纳米复合隔热材料辐射与导热耦合传热

气凝胶是一种纳米多孔隔热材料,但力学强度差,通常添加纤维来提高材料的力学性能。建立基于光学厚的导热与辐射耦合传热模型,揭示纤维种类对气凝胶纤维复合材料的隔热影响机制。结果表明,高温下石英纤维b的消光系数最大,抑制辐射能力最强,钠钙玻璃纤维抑制辐射能力最差。纤维的选择对提高材料的隔热性能有显著的影响。纤维复折射系数平均值越大,同时围绕平均值向下波动越小,其消光系数越大。本文研究的4种复合材料,加入石英纤维b的复合材料的高温整体热导率最低。     

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     

气凝胶纳米多孔隔热材料传热计算模型的研究

本文研究并建立了气凝胶复合隔热材料传热计算模型.针对气凝胶纳米多孔材料的分形结构特征,结合规则交叉球杆结构,提出了气凝胶纳米多孔材料的分形交叉球杆结构模型,并以此结构模型为基础,建立了气凝胶纳米多孔材料热导率分形计算模型,模型中同时考虑了尺寸效应对气相、固相传热方式的影响.对气凝胶中添加的遮光剂、增强纤维等微米典型结构,以Mie辐射散射理论为基础,结合Rossland扩散近似模型,考虑了辐射传热对热量传递的增强作用;同时结合经典的两相系统等效热导率计算公式,获得复合材料的辐射导热耦合热导率计算模型.本文从纳米尺度的气凝胶多孔材料传热模型到微米尺度的气凝胶复合隔热材料传热模型,建立了完整的气凝胶纳米多孔复合隔热材料等效热导率计算模型.模型与多个文献中气凝胶材料热导率实验数值进行比较,获得了满意的结果,验证了模型应用于气凝胶复合隔热材料等效热导率预测计算方面的有效性.     

小通道平行流扁管内纳米流体的流动换热特性研究

本文对TiO_2-水,Cu水和SiO_2-水3种纳米流体在一种多孔小通道平行流扁管中的单相流动换热特性进行了实验研究。该扁管矩形通道水力直径1.67 mm,整个实验过程Re变化范围97~6200。实验结果表明:纳米流体起到强化换热效果的同时,也伴随着阻力的增加。此外,纳米流体相对于基液,出现了转捩提前现象。Nu随体积浓度的增加,先增加后减小,使得每种纳米流体都存在一个最优浓度。0.01%的TiO_2-水纳米流体在Re=6200时,Nu增长最大,达到43%。最后,利用性能评价标准对纳米流体的适用性进行了综合评定,0.01%的TiO_2-水纳米流体具有最佳性能。     

NiO/TiO2复合纳米管的水热制备及光催化性能

采用水热法,制得了管径约为10～15nm、管长约为10～300nm、管壁上附着NiO纳米颗粒的TiO_2纳米管复合光催化剂(NiO/TiO_2).采用X射线衍射、透射电子显微镜、扫描电镜、X射线光电子能谱及紫外-可见漫反射光谱等技术对催化剂进行了表征;以甲基橙为模拟污染物,评价了纳米管的光催化活性.结果表明:NiO晶粒与TiO_2晶粒结合形成p-n异质结,有效地促进了光生电子和空穴的分离;NiO对可见光有强烈的吸收,使复合TiO_2纳米管在整个可见光区域均有很好的光吸收;以上两点使NiO/TiO_2纳米管可见光下的光催化活性大幅提升,500℃煅烧后纳米管对甲基橙1h分解比由纯TiO_2纳米管的7.0%提升至NiO/TiO_2纳米管的95.6%.     

TiO_2掺杂粒度对纤维素强度和热稳定性影响的分子模拟研究

变压器绝缘纸的主要成分为纤维素,为了提升绝缘纸的强度和热稳定性,利用纳米TiO_2掺杂纤维素,通过分子模拟方法研究不同纳米TiO_2粒度掺杂纤维素的强度和热稳定性.研究表明,纳米TiO_2使得纤维素强度提高,拉伸模量增大,抗形变能力增强,体积模量与剪切模量比值(K/G)增大,纤维素韧性增强;纳米TiO_2表面羟基与纤维素形成新的氢键网络使得径向分布函数峰值增大,复合体系更加稳定,其热稳定性增强.掺杂比例相同时,随着纳米TiO_2粒度减小,拉伸模量和柯西压增大,泊松比减小,纤维素的抗形变能力增强;纳米TiO_2表面羟基占有率越高,纳米TiO_2与纤维素越易形成氢键抑制纤维素链运动,纳米TiO_2也减小复合体系的自由体积,使得复合体系结构更加稳定,热稳定性更强.因此,掺杂小纳米TiO_2粒度是提升纤维素强度和热稳定性有效的方法.     

石墨烯/纳米铜复合材料的制备及红外性能研究

采用原位还原法制备了还原石墨烯/纳米铜复合材料,对其进行表征分析.测量该材料的中远红外波段的复折射率,计算其吸收系数和大气窗口内的法向光谱发射率并进行实验验证,进而分析其在中远红外波段的吸收和辐射性能.结果表明,纳米铜吸附在还原石墨烯表面,粒径集中在15~25nm;不同尺寸的纳米铜、还原石墨烯及其表面缺陷和官能团等的吸收特性,使该复合材料在8~9.2μm、6~6.5μm、2~3μm波段内的吸收较强,且在远红外波段吸收最强;其在3~5μm的法向发射率在0.65~0.68范围内,法向发射率在8~9.5μm内有最小值0.53,而后稳定在0.58左右,其总法向发射率分别为0.66和0.59,且与测量值相符.该复合材料可用于红外吸收、消光材料和隐身涂料等方面.     

氧化铝纤维传热方式及反问题研究

本文分析了典型热防护绝热材料氧化铝纤维内部的传热方式及传热反问题。氧化铝纤维内部的传热主要以固体纤维导热、纤维孔隙气体导热和辐射传热为主。本文以气-固耦合导热模型和辐射模型为依据,利用数值方法求解了氧化铝纤维内部的温度场,并拟合得出耦合气体导热,固体导热和辐射三种方式的有效热导率。本文利用遗传算法求解氧化铝纤维的稳态传热反问题,根据氧化铝纤维的温度数据,优化得到有效热导率的预测值,并与参考值进行对比,结果表明在一定进化代数内优化误差随进化代数的增加而减小。     

定向碳纳米管/橡胶复合材料导热性能研究

基于连续介质理论建立了定向碳纳米管/橡胶(CNTs/Rubber)复合材料的代表体积元(RVE)模型,借助有限元方法(FEM)进行数值计算获得复合材料的等效热导率。将数值计算结果与Nielsen模型与Ce-WenNan模型预测值对比,验证了模型的有效性。基于此模型研究了CNTs体积分数及界面热阻对复合材料导热性能的影响。研究发现,在低填充量(0.2%~1%)下,复合材料的热导率随着填充量的增加而增大,且增大幅度随着体积分数的增大而逐渐减小;界面热阻的存在阻碍了CNTs与橡胶基体之间的热传递,对复合材料的热导率有很大的影响,另外在不同体积分数下,随着界面热阻的增大,复合材料热导率都先开始减小,当界面热阻降低到一定大小时,复合材料的热导率随着界面热阻的增大都基本保持不变。     

激光器件 激光安全与防护

TN241 2006064998 1．06μm连续激光辐照TiO_2/SiO_2薄膜元件的损伤效应研究=Research on damage of TiO_2/SiO_2 film induced-by 1．06μm CW laser[刊,中]/周维军(中物院流体物理所．四川,绵阳(621900))．袁永华…//激光技术．—2006,30(1)．—76—77．81用1．06μm连续激光辐照TiO_2/SiO_2薄膜元件,在不同强度下测量了激光辐照TiO_2/SiO_2薄膜元件引起反射信号幅度随时间的变化,并观察到薄膜从基体材料表面起     

聚丙烯腈纳米纤维毡上生长ZnSe纳米晶的结构及发光特性

通过静电纺丝制备聚丙烯腈(PAN)纳米纤维毡,采用水热法在二乙烯三胺和去离子水的混合溶剂中于180℃下制备ZnSe/聚丙烯腈纤维纳米毡复合材料。使用扫描电镜(SEM)、X射线衍射(XRD)、荧光光谱等分析方法对ZnSe/聚丙烯腈复合材料进行表征。结果表明,ZnSe/聚丙烯腈复合材料的形貌较复杂,既有直径10～100 nm,长度50～500 nm的纳米捧,也存在4～10μm左右的ZnSe微米花。260 nm波长光激发下ZnSe/聚丙烯腈复合材料的发射光谱包括位于351 nm(3.55 eV)的弱近紫外激子峰和位于427 nm(2.91 eV)的宽谱带缺陷发光峰,二者相对于ZnSe晶体的本征发射带468 nm均有明显的蓝移效应。     

紫外光固化有机-无机纳米复合材料成型衍射光学元件制造技术

针对衍射光学元件制造中材料选择的局限以及遮挡效应,采用了紫外光固化有机-无机纳米复合材料快速成型技术制造衍射光学元件,获得高折射率、高色散的衍射光学元件。通过有机-无机纳米复合材料制备实验获得了一种适合制造衍射光学元件的复合材料配方,配方各成分包括质量分数为57.97%的2官脂肪族聚氨酯丙烯酸酯(2PUA)、质量分数为38.64%的季戊四醇三丙烯酸酯(PETA)、质量分数为1.45%的光引发剂184(Irgacure 184)、质量分数为1.93%的分散剂163(disperbyk 163)和质量分数可控的纳米粒子ITO。使用该方法制备了紫外光固化衍射光学元件,并使用台阶仪测量得到衍射光学元件模芯表面的平均微结构高度为13.26μm,光固化衍射光学元件表面的平均微结构高度为12.58μm,使用光固化衍射光学元件与模芯微结构的相对误差为5.141%。紫外光固化有机-无机纳米复合材料的衍射光学元件制造技术突破了材料选择局限,减小了遮挡误差,对宽波段的折衍射混合光学系统的快速成型具有重要意义。     

电纺ZnO纳米纤维电子传输层提高倒置PTB7∶PC70BM电池效率

研究利用静电纺丝制备的不同直径ZnO纳米纤维作为倒置结构有机太阳能电池的电子传输层对器件转化效率的影响。首先通过静电纺丝技术成功制备了半径在43～110 nm之间的ZnO纳米纤维,然后将ZnO纳米纤维作为电子传输层加入到倒置结构有机太阳能电池（ITO/ZnO∶ZnO nanofiber/PTB7∶PC₇₀BM/MoO₃/Al）。与平面结构的ZnO电子传输层相比,ZnO纳米纤维具有比表面积大等优点,增加了电子传输和抽取能力,提高了器件的光电转化效率。实验发现ZnO纳米纤维的直径越小,电池效率越大。当ZnO纳米纤维直径为(46±5)nm,接收时间为30 s时,作为电子传输层的电池效率提高了8%。     

反胶束软模板法合成PANI/TiO2纳米棒复合材料及其性能研究

以阳离子表面活性剂十六烷基三甲基溴化胺(CTAB)形成的反胶束为模板,制备了一系列不同纳米TiO2含量的PANI/TiI2纳米复合材料.利用FTIR,UV-Vis,TG,TEM和荧光光谱等方法对产物进行了结构表征和性能研究.探讨了反胶束体系中PANI/TiO2复合纳米棒形成的自组装机理.结果表明:复合材料主要为直径30～40 nm,长约400 nm的PANI/TiO2复合纳米棒,二氧化钛纳米粒子与聚苯胺大分子之间存在强的相互作用,并对复合材料的热稳定性起到提高作用,PANI/TiO2纳米复合材料在紫外和可见光区域均有吸收,并在416 nm处激发产生荧光,荧光强度随着掺杂TiO2含量的提高得到了较大的增强.通过PANI/TiO2纳米棒复合材料中的激子离化和电荷传输过程探讨了PANI/TiO2的荧光量子效率和荧光强度增加的机理.