多壁碳纳米管与基体之间界面热输运分子动力学模拟

碳纳米管与基体之间的热耦合对纳米结构界面热输运起主导作用。采用非平衡态分子动力学模拟了垂直生长多壁碳纳米管与Si基体之间的热耦合,得到界面热导的温度效应和作用力效应并利用声子输运理论进行了分析。低温下多壁碳纳米管与Si之间声子的态密度匹配较好,界面热输运能力主要取决于界面两侧低频声子的耦合振动,高温下近界面区域内热输运能力受高频声子的非弹性散射影响而逐渐增强。随着范德瓦尔斯力增强,界面热导线性增大。     

基于热应力的高温超导薄膜界面热阻模型研究

依据基于热应力理论的高温超导薄膜材料界面热阻数学模型,对高温超导薄膜Er-Ba-Cu-O与其基体MgO界面热阻随热应力变化的模型进行参数辨识.应用MATLAB开发工具设计界面热阻仿真软件,对其变化规律进行仿真研究.结果表明:界面热阻实验与仿真温度范围为20~180 K,模型误差小于10%,高温超导薄膜界面热阻随热流增加而减小,仿真结果与实验数据有较好的一致性.     

稀土元素在Ag-BaO光电薄膜中的作用

根据光电阴极的固溶胶理论,结合实验结果对稀土元素在Ag-BaO薄膜中的作用及其对光电发射性能的影响进行了分析。结果表明,增强光吸收和改善光电子输运条件是提高Ag-BaO薄膜光电发射电流的两个因素,而Ag纳米粒子的粒度对这两个因素都有重要影响。由于金属纳米粒子的光吸收是表面等离子激元的吸收,稀土元素在Ag-BaO薄膜中对Ag纳米粒子的细化,球化和密集的作用,使纳米粒子总表面增大,有利于增强薄膜的光吸收能力。Ag纳米粒子的细化还能够增大等效洛仑兹振子能量,降低金属微粒与半导体等效界面位垒,改善光电子输运条件,因而稀土元素在Ag-BaO薄膜中可以起到提高Ag-BaO薄膜的光电发射性能的作用。     

声子输运模型预测石墨烯与基体之间界面热导

界面热导随着微纳米结构、器件的日益微型化而对内部热输运起着主导作用。本文采用扩散失配模型和非弹性散射模型从理论上预测了石墨烯与Si基体之间的声子透射系数和界面热导,并用声子输运理论进行了分析。声子透射系数和界面热导都随着温度的升高而增大,由于被激发的声子模式达到饱和,二者在高温时逐渐收敛。非弹性散射作用为声子透射提供了额外的通道,导致声子透射系数和界面导热能力的提升。     

新型铜颗粒填充的液态金属热界面材料导热性能实验研究

为强化界面传热,研制了一种以铜颗粒为填充材料、Ga62.5In21.5Sn16液态金属为基体的新型复合热界面材料,并对其导热性能进行了测试。首先将所制备的热界面材料放置在两片铜片之间,制备3层结构试样,然后利用激光导热仪测量所制备试样的导热性能,并计算相应试样的接触热阻。实验结果表明:铜颗粒填充型液态金属可以大大提高氧化后液态金属作为热界面材料的性能,利用铜粉质量分数分别为5%和10%的液态金属所制备的试样,导热系数和接触热阻分别为(200.33±15.66)、(233.08±18.07)W/(m·K)和(7.955±0.627)、(5.621±0.437)mm2·K/W,较利用氧化后液态金属所制备试样的导热系数分别约提高了68%和96%,接触热阻分别约降低了57%和70%,并可以有效降低液态金属的流动性,从而减少液态金属在使用过程中溢出现象的发生。     

降低固-固界面热阻方法研究进展

降低固-固界面热阻法是一种高效且应用广泛的减小器件传热阻力的方法。根据固-固界面状态增加界面的有效接触，可强化界面热传导。首先，概述了固-固界面热阻的产生机理；其次，梳理了界面状态（平面接触和沟槽接触）、粗糙度、界面压力、热界面材料等固-固界面热阻影响因素的作用机制；第三，介绍了降低固-固界面热阻方法的最新进展；最后，分析了降低固-固界面热阻研究存在的问题，并对其研究前景进行了展望，提出未来应从界面结构、压力/平面度、固-固接触材料本身的物性参数、超薄黏合层热界面材料等单独或共同作用的方向上深化降低界面热阻的研究，为其在强化电子散热领域的应用提供理论和实验支持。     

铬中间层厚度对铜/金刚石界面热导的影响

Cu/diamond复合材料由于具有较高的热导率和可调控的热膨胀系数，已成为电子封装热管理材料的研究热点。但是，通常情况下Cu与diamond之间的润湿性较差，且二者之间不发生化学反应，因此无法形成较强的界面结合，使得金刚石的导热潜能不能充分发挥。界面热导（h）对于Cu/diamond复合材料获得高导热性能起着决定性作用。通过金刚石表面金属化或金属基体合金化的方法加入碳化物形成元素，可以改善Cu与diamond的界面结合，同时有效调节Cu与diamond的声学性能失配，提高Cu/diamond复合材料的导热性能。本文采用磁控溅射法制备具有不同纳米厚度（5~150 nm）Cr中间层的Cu/Cr/diamond样品，利用时域热反射技术实验测量Cu与diamond的h值，分析Cr中间层厚度对Cu与diamond的h值的影响。研究结果表明，在Cu和diamond之间加入Cr中间层，能够解决Cu与diamond不润湿的问题，改善界面两侧材料的声学性能失配，从而有效提高Cu与diamond的h值。当添加5~150 nm厚度的Cr中间层时，Cu与diamond的h值比未添加Cr中间层时提高11%~374 %；当Cr中间层厚度为5 nm时，Cu与diamond的h最大值为270 MW?m?2?K?1。当Cr中间层厚度逐渐减小时，Cr层内的热载流子由电子主导向声子主导转变，利用Cr中间层的声子热传导途径，可以有效提升金属Cu与非金属金刚石之间的热传导效率。将Cr中间层厚度减小到21 nm以内，可以显著提高Cu与diamond之间的h值。本研究提供了一种调控金属/非金属异质界面热导的方法，并为Cu/diamond复合材料的界面设计提供理论参考。     

(ITO)_x(SiO2)_(1-x)纳米颗粒薄膜的电输运性质

为了理解三维纳米颗粒薄膜体系中电子的跳跃传导行为,采用射频磁控溅射法在玻璃基片上制备了一系列不同Sn:In_2O_3(ITO)体积分数的三维(ITO)_x(SiO_2)_(1-x)纳米颗粒薄膜样品,对绝缘性样品在2~300,K温度范围内电导率与温度的关系进行了系统研究.在低温区(120,K),电导率与温度遵从lnσ■T~(-1/2)的关系,体系的电子输运机制符合Abeles等提出的跳跃传导模型,电子的输运以颗粒间的跳跃为主,颗粒库仑充电能主导着颗粒间电子的输运过程.而在高温区,体系的电子输运机制符合热涨落诱导的隧穿导电模型,热涨落电势主导着颗粒间电子的输运过程.     

Pd纳米粒子点阵的电子输运特征及其与纳米粒子覆盖率的关系

研究了Pd纳米粒子点阵在不同温度下的电子输运特性.对于覆盖率达到渗流阈值附近的纳米粒子薄膜,其电导具有显著的量子输运的特征.随着温度的降低,I-V特征曲线表现出越来越明显的非线性,满足Middleton-Wingreen(MW)模型所描述的标度律.处于量子传导态的Pd纳米粒子阵列在低温下以变程跳跃(VRH)为主要输运方式,而在高温下则是以热激活隧穿为主要输运形式.     

超晶格薄膜热传导的分子动力学模拟

采用非平衡态分子动力学方法模拟了超晶格薄膜的热传导性能，并对其主要影响因素作了分析．模拟结果显示，周期长度固定的超晶格薄膜，界面热阻在总热阻中的比例和导热系数同周期数无关；当超晶格薄膜的膜厚不变时，导热系数将随着周期长度的增大而增大，但由于超晶格薄膜晶格常数的不匹配，使其内部发生明显的几何形变，这种变化关系也愈加复杂，同时周期长度的增加，平均界面热阻也随着增大，揭示了界面热阻不仅取决于界面层的物理条件，而且也与构成的介质内部形变有着重要关系．     

金属Ti热学性质第一原理研究

应用基于密度泛函与密度泛函微扰理论的平面波赝势方法计算一组不同晶格常数下六角密堆积(hcp)结构金属Ti的声子谱及相应的静态总能,由此得到不同晶格常数下的自由能,由准谐近似及自由能极小判据得到自由能与温度的关系,进而计算热膨胀系数、定容摩尔热容及定压摩尔热容与温度的关系,对热膨胀系数及定容摩尔热容的第一原理计算值与德拜理论计算值进行比较。结果表明:295 K下声子谱理论值与实验值除在[001]方向上的光学纵模有少量偏差外,其余部分符合得很好;hcp结构金属Ti有一定程度的各向异性热膨胀,沿c轴方向与a轴方向的热膨胀系数比值为1.5左右;热膨胀系数、定容摩尔热容及定压摩尔热容第一原理计算值在较宽的温度范围内与已有的实验数据相符;热膨胀系数的德拜理论值仅在室温以下温区与实验结果相符;定容摩尔热容的第一原理计算值与德拜理论值在中温区有少量偏差,在低温及高温区非常接近。     

金属超细颗粒热力学统计性质的量子尺寸效应

根据热力学统计理论证明,当计入量子尺寸效应时,由颗粒的尺寸及颗粒表面曲率决定的压力而引起振动谱的重整化,使半径为R的球形金属超细颗粒的德拜温度发生变化。随着颗粒尺寸的减小,颗粒的德拜温度与大块金属德拜温度的比值将减小,当颗粒的尺寸足够大时,其德拜温度趋近于大块金属的德拜温度。     

层状半导体MoSe2/WSe2热学性能参数定量分析

利用键弛豫理论与局域键平均近似方法对过渡金属MoSe₂和WSe2的热学参数进行了定量分析,建立了热膨胀系数、晶格常数、热应变分别与温度的函数关系式,揭示了层状半导体材料热学参量的温度效应物理机制,并获得了块体MoSe2和WSe2的德拜温度分别为276,260 K.实验结果表明,热膨胀系数与德拜比热成正比,与原子结合能成反比;温度高于材料的德拜温度的1/3时,晶格常数、热应变与温度呈线性关系.     

层状半导体MoSe2/WSe2热学性能参数定量分析

利用键弛豫理论与局域键平均近似方法对过渡金属MoSe₂和WSe2的热学参数进行了定量分析,建立了热膨胀系数、晶格常数、热应变分别与温度的函数关系式,揭示了层状半导体材料热学参量的温度效应物理机制,并获得了块体MoSe2和WSe2的德拜温度分别为276,260 K.实验结果表明,热膨胀系数与德拜比热成正比,与原子结合能成反比;温度高于材料的德拜温度的1/3时,晶格常数、热应变与温度呈线性关系.     

离子注入材料表面改性及其在摩擦学中的应用

对离子注入材料表面改性及其在摩擦学中的应用进行了综述.大量文献资料表明,离子注入是改善材料摩擦学性能的一种有效方法,许多金属离子或非金属离子均可注入到金属、陶瓷、高分子等材料的表面以改善其摩擦学性能.离子注入对材料表面耐磨性能改善的效果取决于注入离子的种类、注入剂量、注入能量和注入温度.讨论了为使该技术更加广泛地应用于实际摩擦学体系还须研究的一些问题.     

Generalized thermal resistance for convective heat transfer and its relation to entransy dissipation

In order to further analyze and optimize convective heat transfer process further, the concepts of heat flux weighted average heat temperature and heat flux weighted average heat temperature difference in multi-dimensional heat transfer system were introduced in this paper. The ratio of temperature differ- ence to heat flux is defined as the generalized thermal resistance of convective heat transfer processes, and then the minimum thermal resistance theory for convective heat transfer optimization was devel- oped. By analyzing the relationship between generalized thermal resistance and entansy dissipation in convective heat transfer processes, it can be concluded that the minimum thermal resistance theory equals the entransy dissipation extremum theory. Finally, a two-dimensional convective heat transfer process with constant wall temperature is taken as an example to illustrate the applicability of generalized thermal resistance to convective heat transfer process analysis and optimization.     

金属熔积直接成形翘曲变形的有限元分析

为了研究不同热边界条件对熔积直接成形金属零件翘曲变形的影响,运用有限元法建立了三维模型,通过变换冷却和加热条件来分析直壁件熔积成形过程在不同热边界条件成形过程中温度、应力变化和最终翘曲变形.模拟结果表明：熔积过程中运用随焊冷却技术,能使熔积层温度迅速降到接近环境温度,并在随后的时间内保持很低的温度梯度,从而减小了冷却阶段的应力水平,使得翘曲变形量降低;而熔积成形前对基板预热处理会增加热积累和温度梯度,导致残余应力及翘曲变形量的增加.     

附加式屋顶通风结构二维简化传热分析

降低建筑能耗对于发展低碳建筑至关重要,屋顶的热量得失对建筑能耗的影响不容忽视。基于屋顶通风隔热结构,本文提出并介绍附加式屋顶通风隔热结构的隔热原理,分析其传热过程,采用数值模拟的方式,以当量热阻的概念来研究该通风结构的热工特性变化规律。结果表明,在稳态条件下,对于确定的附加式屋顶通风结构,通风腔当量热阻与太阳辐射强度、室外空气温度存在指数关系;在同一室外空气温度下,通风腔当量热阻存在最大值;其当量热阻最大值与隔热材料表面发射率倒数、室外空气温度及材料热阻比值呈线性关系;运用得到的计算关系对附加式屋顶通风结构在不同地区的热工特性进行了分析。     

金属氢化物反应器吸氢过程的热质传递特性分析

为了研究金属氢化物反应器内吸氢过程的热质传递特性,建立了圆柱形反应器的二维多物理场模型.新建立的模型考虑了换热流体流速与温度变化对反应器吸氢过程的影响,采用COM-SOL Multiphysics V3.5a软件来求解,并探讨了一些重要参数变化对反应器性能的影响.结果表明:接近换热管壁处的氢化物床的温度较低,吸氢反应更快,换热流体入口附近床层的吸氢反应比出口附近的快;减小氢化物床层与换热管壁面之间的接触热阻和增加氢化物床层有效导热系数都可以增强换热效果,从而加快吸氢反应,当接触热阻从0.002 m2·K/W减小到0.0005m2 ·K/W时,吸氢反应时间大约缩短了15.5％;采用强化换热措施可以减少吸氢反应时间,提高反应器平均功率.