An overview of micro/nanoscaled thermal radiation and its applications

With the rapid development of micro/nanoscaled technologies, we are confronted with more and more challenges related to small-scale thermal radiation. Thorough understanding and handling of micro/nanoscaled radiative heat transfer is vital for many fields of modern science and technology. For example, proper utilization of near-field thermal radiation phenomenon greatly improves light-electric conversion efficiency. This review introduces theoretical and experimental investigation on near-field thermal radiation, especially progress in application and control of micro/nanoscaled radiative heat transfer, which addresses problems in developing renewable and sustainable energy techniques.     

碳纳米管的热导率:从弹道到扩散输运

采用非平衡分子动力学方法研究了300 K和1000 K时（5,5）碳纳米管热导率随长度的变化.在室温下,碳纳米管长度小于40 nm时热导率与长度呈线性关系,此时导热处于弹道输运阶段,单位面积弹道热导为5.88×10⁹ Wm^-2K^-1．随着碳纳米管长度的增加,其热导率逐渐增加,但增加速度随长度逐渐减小,此时导热处于弹道—扩散输运阶段,并随长度的增加从以弹道输运为主向以扩散输运为主转变．长度大于10 μm时由于弹道输运可以忽略,导热近似达到完全 关键词： 碳纳米管 热导率 弹道输运 低维导热     

Carbon nanotube-epoxy composites: The role of acid treatment in thermal and electrical conductivity

Wet acid oxidation treatment methods have been widely reported as an effective method to purify and oxidize the surface of industrial multi-walled carbon nanotubes. This work examines the use of a concentrated HNO₃/H₂SO₄ mixture in an attempt to optimize the purification procedure of industrial multi-walled carbon nanotubes with diameter distribution statistics. It is shown that acid treatments of several hours are enough to purify the nanotubes. The electrical and thermal conductivities of epoxy composites containing 0.05–0.25 wt% of an acid-treated multi-walled carbon nanotube have been studied. The electrical conductivity of the composites decreases by more than three orders, whereas the thermal conductivity of the same specimen increases very modestly as a function of the filler content.     

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...     

微纳米加工技术及其应用综述

材料与结构在微纳米尺度展现了许多不同于宏观尺度的新特征,纳米技术已经成为当前科学研究与工业开发的热门领域之一.微小型化依赖于微纳米尺度的功能结构与器件,实现功能结构微纳米化的基础是先进的微纳米加工技术.文章对微纳米加工技术做了一个综合的介绍,简要说明了微纳米加工技术与传统加工技术的区别.在微纳米加工技术的应用方面提出了一些合理选择加工技术的原则,并对当前微纳米加工技术面临的挑战和今后发展的趋势作了预测.     

微纳米加工技术及其应用综述

材料与结构在微纳米尺度展现了许多不同于宏观尺度的新特征，纳米技术已经成为当前科学研究与工业开发的热门领域之一。微小型化依赖于微纳米尺度的功能结构与器件，实现功能结构微纳米化的基础是先进的微纳米加上技术，文章对微纳米加上技术做了一个综合的介绍，简要说明了微纳米加工技术与传统加工技术的区别，在微纳米加工技术的应用方面提出了一些合理选择加工技术的原则，并对当前微纳米加工技术面临的挑战和今后发展的趋势作了预测。     

Mg micro/nanoscale materials with sphere-like morphologies: Size-controlled synthesis and characterization

Mg micro/nanoscale materials with sphere-like morphologies are prepared via a vapor-transport deposition process. The structure and morphology of the as-prepared products are characterized by powder X-ray diffraction and scanning electron microscopy. Vapor-liquid-solid mechanism is proposed to explain the formation of Mg micro/nanospheres on the basis of the experimental results. Supported by the National Basic Research Program of China (Grant No. 2005CB623607)     

“稳态对比法”测量不良导体的导热系数

以稳态法的实验装置为基础,通过调节加热源的电压保证待测样品及标样的散热盘的散热温度(电压)相同,记下加热盘和散热盘的温度(电压),根据傅里叶导热方程,以及标准样品的导热系数直接获得待测样品的导热系数.该方法避免了传统方法因散热盘散热过程的理论处理及数据读取引入的误差.     

微纳米加工技术在纳米物理与器件研究中的应用

物质在纳米尺度下可能呈现出与体材料不同的物理特件，这正是纳米科技发展的基础之一。要想探索在纳米尺度下材料物埋性质的变化规律及可能的应用领域，离不开相应的技术手段，微纳米加工技术作为当今高技术发展的重要技术领域之一，是实现功能人工纳米结构与器件微纳米化的基础。本文根据几个不同的应用领域，介绍了微纳米加工技术在纳米物理与器件研究领域的应用。     

微纳米加工技术在纳米物理与器件研究中的应用

物质在纳米尺度下可能呈现出与体材料不同的物理特性,这正是纳米科技发展的基础之一.要想探索在纳米尺度下材料物理性质的变化规律及可能的应用领域,离不开相应的技术手段.微纳米加工技术作为当今高技术发展的重要技术领域之一,是实现功能人工纳米结构与器件微纳米化的基础.本文根据几个不同的应用领域,介绍了微纳米加工技术在纳米物理与器件研究领域的应用.     

真空热流法测定不良导体的导热系数

以恒定导热原理为基础,选用由温度表和温差电偶组成的温度测量装置,在真空环境下测量试样上下压杆对称位置的温度、有效传热面积和试样的厚度,通过计算机计算试样的导热系数.与传统的稳态法比较,采用真空热流法测定导热系数,材料内部的温度分布很快达到稳定,可以减小测量过程中试样及上加热盘和下散热盘侧面散热产生的影响.     

Thermal conductivity of GaAs／A1As superlattices： The Umklapp process

The thermal conductivity of GaAs/AlAs superlattices limited by the three-phonon Umklapp process and boundary scattering has been studied theoretically based on the model of lattice dynamics with force constant matrix. It was found that the Umklapp relaxation rate approximates BTω^2/n with a fitting parameter B. The thermal conductivity increases with the increase of temperature at low temperatures, and would show a peak behaviour at about 60K before falling off at high temperatures. In addition, the thermal conductivity increases with the increase of period thickness of the superlattices.     

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。     

稳态平板法测导热系数精度的研究

从稳态平板法测导热系数的原理出发,通过对推导过程的近似处理进行有效的修正,得到更为准确的导热系数表达式,并且对数据处理进行了讨论,显示了利用origin软件的数值拟合功能,能够有效的提高散热速率的测量,从而提高了导热系数结果的精度。     

3ω法加热/测温膜中温度波解析及其在微/纳米薄膜导热系数测量中的应用

给出了3ω法测试系统中描述薄膜表面加热/测温膜中温度波动的级数形式解，并将复数温度波动的实部和虚部分开表示.利用该解分析了交流加热频率、加热膜宽度和材料热物性的组合参数对加热膜温度波动幅度的影响.并根据此解对测量原理的数学模型进行了修正，建立了相应的3ω测试系统，首先测定了厚度为500 nm SiO₂薄膜的导热系数，验证了实验系统的合理性.加大了测试频率，利用级数模型在高频段直接得到SiO₂薄膜的导热系数，结合低频段的数据同时确定了Si基体的导热系数.利用级数解分析测试了激光晶体Nd:YAG〈111〉面上多层ZrO₂/SiO₂增透膜的导热系数，测试的ZrO₂薄膜的导热系数比体材料小.进行了不确定度分析.结果表明，提出的分析方法可以有效研究微器件表面薄膜结构的导热性能. 关键词： ω法')" href="#">3ω法 微/纳米薄膜 导热系数 微尺度加热膜     

同时反演材料热传导系数和比热的算法

讨论同时反演随温度变化的热传导系数和比热的算法.首先将材料的热传导系数和比热表示成随位置和时间变化的函数,利用伴随方程法获得目标函数对k(x,t),C(x,t)的梯度;然后将材料的热传导系数和比热直接按温度区间分段离散,建立目标函数对k(T),C(T)梯度与目标函数对k(x,t),C(x,t)的梯度的关系;随后利用这种关系进行反演计算.算例表明,这样建立的将热传导系数和比热表示为温度的分段函数进行反演的方法是可靠有效的,并且具有良好的抗噪性能.     

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.     

纳米孔模板浸润法制备聚乙烯纳米线阵列的热导率的实验研究

采用纳米孔模板润湿技术制备了直径为200 nm的低密度聚乙烯(LDPE)纳米线阵列, 并利用纳秒激光闪光法测量了20—80℃时LDPE纳米线阵列的热导率. 测量得到室温时LDPE纳米线阵列的热导率为2.2 W/mK, 大约比其体材料的热导率高1个数量级, 并且纳米线阵列的热导率随温度的升高略有增加. 忽略纳米线之间的声子散射, 估算得到室温下单根LDPE纳米线的热导率高于5 W/mK. 本文制备LDPE纳米线热导率的提高源自其分子链定向度增加导致的低维导热效应的增强, 纳米线的分子链定向度受工艺过程中流体剪切、振动、分子链迁移运动、 纳米孔约束等几种因素的综合影响.     

微纳复合结构表面稳定润湿状态及转型过程的热力学分析

自然界中的微纳复合结构超疏水表面由于其独特的润湿性质引起了人们的广泛关注, 大量实验研究表明了仿生人工微纳复合结构表面润湿性能的优越性, 然而液滴在微纳复合结构表面的润湿状态和转型过程的理论研究还并不完善. 本文首先用热力学方法分析了液滴在微纳复合结构表面可能存在的所有状态(四种稳定润湿状态和五种亚稳态到稳定态转型中的过渡态), 推导出了相应的能量表达式及表观接触角方程; 基于最小能量原理, 确定液滴在微纳复合结构表面的稳定状态, 较以往模型相比, 能够更好的预测已有的实验结果; 其次研究了微纳结构尺寸对稳定润湿状态和亚稳态到稳定态转型过程的影响; 最后提出了微纳复合结构表面设计原则, 即确定“超疏水稳定区”尺寸范围, 为超疏水表面的制备提供理论依据.