气凝胶纳米多孔材料传热计算模型研究进展

对新型气凝胶纳米多孔隔热材料等效热导率计算模型在近年来的发展进行了研究总结,介绍了(1)纳米尺度下气凝胶隔热材料的气相/固相/辐射等不同传热模式的传热特点;(2)气凝胶纳米尺度多孔网络中的气相传热、固相传热以及辐射传热的理论计算、数值预测以及经验关联等不同计算模型的特点及建立方法;(3)气凝胶纳米多孔隔热材料以及气凝胶复合隔热材料的整体等效热导率计算模型的研究进展;(4)以前期开展的研究工作为例,具体说明了气凝胶复合隔热材料从纳米尺度到微米尺度的传热模型的建立过程以及整体等效热导率计算模型的建立方法;(5)对分子动力学方法在气凝胶纳米多孔材料中的应用做了简要介绍.最后指出,对于气凝胶纳米多孔材料,其纳米尺度下的气固接触界面等特殊区域的耦合传热机理研究还不完善,复杂结构的纳米颗粒的固相热导率以及整体热导率计算模型也不够准确.因而采取适用于纳米尺度下的传热计算方法对这些问题进行更细致深入的研究,可以为进一步阐明气凝胶复合隔热材料内部的热量传递机理,建立更准确的气凝胶复合隔热材料传热计算模型,探索不同影响因素对传热性能的影响规律,以及开展气凝胶复合隔热材料的性能预测及优化等方面的研究,提供理论指导帮助.     

非故意掺杂与半绝缘GaN缓冲层上的AlGaN/GaN异质结构的高温电子输运特性

研究了非故意掺杂(UID)与半绝缘(SI)GaN缓冲层(BL)上的Al0.35Ga0.65N/GaN异质结构高温下的电子输运特性,应用Hall效应系统地测量了样品在高温下的电子面密度和电子迁移率随温度变化的关系.实验发现,高温下AlGaN/GaN异质结构的电子迁移率主要受到LO声子散射的作用,其中,UID-BL样品的电子面密度随温度升高而逐渐上升,SI-BL样品的电子面密度则随温度升高呈现先下降再平衡后上升的规律.对相应的未生长AlGaN势垒层的本征GaN薄膜的高温电阻特性分析表明,随着温度的升高,UID-BL样品的电子迁移率受到背景载流子的影响逐渐增大;SI-BL样品的电子迁移率在室温附近受附加位错散射的影响较大,600K以后受背景载流子的影响缓慢增强,这对于研究AlGaN/GaN异质结构器件的高温特性具有很好的参考意义.另外,由理论计算可知,高温下二维电子气(2DEG)逐渐向势垒层和缓冲层内部扩展,电子在第一子带的占据从室温下的86%下降到700K时的81%.     

高温压电复合材料换能器

探讨了高温压电复合材料超声换能器中材料的温度性能问题.首先测量了一种改性的具有较高居里温度的压电陶瓷和一种具有耐高温性能的聚合物的材料常数随温度的变化曲线,然后利用ANSYS有限元软件模拟计算了1-3型压电复合材料的谐振频率和阻抗特性等受温度的影响,并根据优化仿真模型制备了1-3型高温压电复合材料晶片及相应的超声换能器.研究表明,所研制的1-3复合晶片性能参数随温度变化的结果和数值模拟预期的结果吻合较好.与非复合的压电陶瓷换能器相比,采用1-3复合结构的高温压电换能器具有更宽的频带和更高的灵敏度.本项工作对于研发宽频带、高灵敏度的耐高温压电复合材料超声换能器具有参考价值.     

复合气凝胶的常压干燥制备及制备条件对其结构的影响

在正硅酸乙酯(TEOS)和硝酸铜(Cu(NO₃)₂•3H₂O)复合溶胶体系中引入干燥控制化学添加剂(DCCA)N,N-二甲基甲酰胺(DMF), 采用溶胶-凝胶法(Sol-Gel Method)和常压干燥工艺, 制备了具有高比表面积的Cu-SiO₂复合气凝胶. 研究了铜负载质量、催化剂浓度及热处理等不同条件对Cu掺杂SiO₂复合气凝胶结构的影响. 结果表明, 气凝胶颗粒呈均匀分布, 其孔径主要分布在2~15 nm之间; Cu含量的增加有利于CuO晶粒的生成以及比表面和孔体积的减小; 催化剂的浓度较高时, 硅氧网络的聚合程度随催化剂浓度的增大而减弱. 高温热处理后复合气凝胶表现出良好的热稳定性.     

纤维增强陶瓷基复合材料与金属钎焊研究进展

纤维增强陶瓷基复合材料在高温使役性能方面表现出超越传统陶瓷材料的优异性能,与金属的连接构件在航空航天、核能、化工等高温系统中应用潜力巨大。纤维增强陶瓷基复合材料与金属的连接技术被广泛研究,钎焊是实现二者连接的最佳选择。文章重点论述钎焊纤维增强陶瓷基复合材料与金属所面临的挑战和科学问题,列举C_f/C、C_f/SiC和SiO_(2f)/SiO_2三种研究最为广泛的纤维增强陶瓷基复合材料与金属的钎焊实例,讨论钎料润湿行为、界面反应调控和接头应力调节的最新研究成果。可靠连接技术的发展,将会推动纤维增强陶瓷基复合材料的研究和应用。     

4H-SiC MOSFET栅氧界面性能提升工艺

MOSFET器件是现代微电子学的关键核心器件之一,其应用范围从高度集成的CMOS芯片到高功率器件.目前, SiC MOSFET存在沟道迁移率较低、阈值电压漂移、栅氧介质在高温下的长期可靠性不足、体二极管正向导通状态下产生双极型漂移等问题.值得注意的是,其中众多问题都与栅氧界面缺陷有关.由于SiC/SiO₂界面缺陷的存在, SiC MOSFET器件的沟道迁移率被严重限制,栅氧化层的可靠性和阈值电压的稳定性也受到较大影响,导致其栅氧界面性能较差.为了改善这些问题,本文从退火、高k介质层的使用、栅氧化物掺杂、沟槽型MOSFET沟槽深宽优化四个方面,综述了提升4H-SiC MOSFET栅氧界面性能的制备工艺,从多个角度介绍了多种可行的方案,以期进一步综合提升4H-SiC MOSFET栅氧界面性能,使其更好地应用于电力电子系统.     

一种可为锂二次电池提供过热保护的正温度敏感系数电极

通过将导电碳黑(carbon black,CB)Super P均匀地分散到聚甲基丙烯酸甲酯(poly(methyl methacrylate),PMMA)的聚合物基质中,发展出了一种具有正温度敏感系数(positive temperature coefficient,PTC)特征的CB-PMMA复合材料,并采用该复合材料为铝箔基体的表面涂层,制备出具有三明治结构的Al/PTC/LiCoO2阴极.通过循环伏安扫描、倍率充放电和交流阻抗等方法考察了PTC复合电极在常温和高温下的电化学性能.实验结果表明,PTC-LiCoO2电极在常温下具有高的充放电比容量、良好的倍率性能和循环稳定性,PTC涂层对LiCoO2电极的正常充放电没有产生明显的不利影响.但在80~120℃的高温下,PTC涂层因电阻急剧增大约2个数量级,限制了电极活性层与集流体之间的电流传输,导致电极容量的急剧下降,表现出良好的自激发热阻断效果,从而可以防止电池因热失控而引发的安全性问题.     

γ射线辐照-溶胶凝胶法制备非晶SiO_2-Ag纳米复合材料

纳米复合材料的特殊性能和用途越来越受到人们的重视.Datta及Roy等曾报道用溶胶-凝胶法制备纳米复合材料,但制备需要经过高温热处理或高温氢气还原.最近,我们将γ射线辐照与溶胶-凝胶法结合起来,在常温常压下成功地制备出非晶SiO_2-Ag纳米复合材料.其制备方法:用分     

AlN/碳纤维混合填充橡胶复合材料的导热性能

高导热橡胶复合材料由于其具有耐腐蚀、电绝缘等优点,被广泛应用于航空、航天、电子等需散热的工业领域中.在橡胶基体中填加高导热填料是提高复合材料导热性能的最有效、最常用的方法,通常采用单一填料如炭黑、金属粒子、碳纤维、碳纳米管等填充橡胶基体,但单一填料填充时往往需要高填充量来获得高导热性能,造成工艺复杂、生产成本高等问题.本文采用两种混合填料填充橡胶基体,考虑填充型复合材料的微观结构形态与填料空间位置的随机性,基于随机顺序添加算法与均匀化理论,建立球形氮化铝(AlN)和碳纤维(Nippon CN-90)混合填料填充复合材料的三维随机代表体积单元RVE(representative volume element)模型.运用ANSYS软件对其进行数值模拟研究,讨论了两种填料空间分布、体积配比以及填料含量对复合材料导热性能的影响.结果表明,由于碳纤维具有明显的取向性,混合填充复合材料各方向上的热导率表现出差异性,各方向热导率的平均值可宏观表征复合材料的热导率;球形AlN和碳纤维混合填充复合材料时,碳纤维对复合材料热导率起主导作用,复合材料热导率与填料体积配比大致呈线性增长关系;碳纤维填充体积分数一定时,球形AlN含量增加,复合材料热导率缓慢增大,球形AlN填充体积分数一定时,碳纤维含量增加,复合材料热导率迅速增大;混合填充可以在较低碳纤维体积分数情况下获得更高导热性能的复合材料.     

最小热阻原理在组合式相变材料蓄热过程优化中的应用

最小热阻原理为近年来火积理论中所提出的传热过程优化的新方法.本文基于最小热阻原理对组合式相变材料蓄热过程进行了优化.通过变分原理,获得了组合式相变材料最佳融化温度的通用表达式.在此基础上,进一步研究了相变材料数对火积耗散热阻和蓄热性能的影响,探讨了最小热阻原理用于组合式相变材料蓄热过程优化的可行性.定义了组合效率,考察了传热单元数和热容流率对火积耗散热阻的影响.结果表明,组合效率随相变材料数的增加逐渐提高,火积耗散热阻随传热单元数和热容流率的增加逐渐降低其提高与降低的幅度均逐渐减弱,该研究为组合式相变材料的遴选以及流动和结构参数的设计提供了理论指导.此外,基于最小热阻原理的优化分析,提出了相变蓄热过程的温差场均匀性原则,为组合式相变材料的优化提供了一种新的优化标准.     

ZnS-SiO2纳米复合材料的结构和性能

随着微电子学和光电子学的发展,信息处理要求存储材料具有极高的存储密度和极快的响应速度.近来理论研究表明,当半导体晶粒的尺寸小于10nm时,材料的三阶非线性极化率和快速响应速度都将提高.因而纳米复合材料可望成为一种优越的存储材料,并引起人们的广泛关注.1983年,Jain等在Cd(SSe)掺杂玻璃中观测到了较大的三阶非线性光学系数.1989年,Nogami等通过Sol-gel工艺制备了半导体掺杂的凝胶玻璃.我们也采用类似的工艺制备了CdS掺杂的凝胶玻璃,并观察了量子尺寸效应和非线性光学效应.但对这种纳米粒子掺杂形成的复合材料的结构,还缺乏了解.本文通过溶胶凝胶工艺,制备了ZnS分散在SiO_2玻璃中的纳米复合材料.采用XRD,TEM,RDF,Raman光谱对其结构进行了表征.并通过吸收光谱观察到了蓝移现象.利用简并四波混频(DFWM)方法测量了其三阶非线性光学系数.最后讨论了结构对性能的影响.     

甲醇-空气-稀释气预混燃烧的数值分析

基于扩展甲醇氧化机理,数值分析了不同氮气稀释比下的甲醇-空气-稀释气的层流预混燃烧特性和火焰结构特性.获得了甲醇-空气-稀释气的层流燃烧速度、质量燃烧流量、绝热火焰温度、全局活化温度、泽多维奇数和有效路易斯数等燃烧特性参数以及层流预混火焰结构信息.研究表明,扩展甲醇氧化机理适用于计算稀燃和化学计量比附近甲醇-空气-稀释气层流预混火焰特性和燃烧化学反应过程.层流燃烧速度和质量燃烧流量随氮气稀释比的增加而减小,且在混合气较稀时受稀释气的影响更明显.混合气有效路易斯数随稀释比的增加而略有增加,火焰锋面热扩散不稳定性被抑制.热膨胀比随稀释比的增加而降低,火焰厚度随稀释比的增加而增加,稀释气的加入抑制了火焰锋面的流体力学不稳定性.稀释气添加导致的反应物浓度下降和火焰温度下降影响了甲醇燃烧火焰结构,降低了甲醛和NOx浓度.     

纳米SiC掺杂MgB2超导带材的制备及其性能研究

采用粉末装管法制备了SiC掺杂的MgB₂带材系列样品. 通过X射线衍射仪、扫描电子显微镜和超导量子干涉仪等仪器对样品进行了表征. 实验结果表明, SiC掺杂对于提高MgB₂带材的超导性能具有十分有效的作用. 掺杂量为5%时, 在4.2 K和10 T条件下, 掺杂样品的临界电流密度高达9024 A/cm², 是未掺杂样品的32倍多. 掺杂样品在高磁场下具有良好的临界电流性能主要归因于C对B的替代所产生的晶格畸变、位错等缺陷和局部成分变化而导致的有效晶内钉扎作用, 同时由于掺杂而提高的晶粒连接性也对临界电流密度的提高起到一定作用.     

基于低温化学气相沉积法的碳化硅纤维表面氮化硼涂层制备及表征

以硼氨烷络合物为前驱体,采用低温化学气相沉积(CVD)工艺,在碳化硅纤维表面制备了氮化硼(BN)涂层.采用扫描电子显微镜(SEM)、俄歇电子能谱(AES)、傅里叶变换红外光谱(FTIR)和掠入射X射线衍射(GIAXRD)对涂层进行了表征,采用单纤维电子强力仪测试了碳化硅纤维沉积BN涂层前后的拉伸强度.结果表明BN涂层无孔洞裂纹等缺陷,且表面均一致密,B,N元素比例接近为1:1,纤维与涂层之间相互渗透,结合良好.在较低的沉积温度下可以得到成分单一的BN涂层,涂层微观结构随温度升高更加理想.综合考虑结晶性与纤维强度保留率的情况下,800~1000℃可作为碳化硅纤维BN涂层的最佳沉积温度.在沉积温度为900℃时,随涂层厚度的增加至0.28,0.51和0.82?m,纤维强度保留率分别为92.7%,83.6%,77.7%.     

甲醇-空气-稀释气预混燃烧的数值分析

基于扩展甲醇氧化机理, 数值分析了不同氮气稀释比下的甲醇-空气-稀释气的层流预混燃烧特性和火焰结构特性. 获得了甲醇-空气-稀释气的层流燃烧速度、质量燃烧流量、绝热火焰温度、全局活化温度、泽多维奇数和有效路易斯数等燃烧特性参数以及层流预混火焰结构信息. 研究表明, 扩展甲醇氧化机理适用于计算稀燃和化学计量比附近甲醇-空气-稀释气层流预混火焰特性和燃烧化学反应过程. 层流燃烧速度和质量燃烧流量随氮气稀释比的增加而减小, 且在混合气较稀时受稀释气的影响更明显. 混合气有效路易斯数随稀释比的增加而略有增加, 火焰锋面热扩散不稳定性被抑制. 热膨胀比随稀释比的增加而降低, 火焰厚度随稀释比的增加而增加, 稀释气的加入抑制了火焰锋面的流体力学不稳定性. 稀释气添加导致的反应物浓度下降和火焰温度下降影响了甲醇燃烧火焰结构, 降低了甲醛和NO_x浓度.     

磁功能化石墨烯气凝胶自组装合成及吸波性能

本研究通过化学自组装和原位热解成功构建了锚定超细Fe₃O₄纳米颗粒的磁功能化石墨烯气凝胶复合材料.分别采用X射线衍射（XRD）和X射线光电子能谱（XPS）表征复合材料的晶体结构及元素组成;采用红外及拉曼光谱分析表征其化学结构、石墨化程度和结构缺陷;通过扫描电子显微镜（SEM）和透射电子显微镜（TEM）对复合材料的形貌及微观结构进行测试.实验结果表明, 600℃煅烧温度、填充量仅为5wt%（质量百分比）的复合材料表现出最优异的性能,最小反射损耗(RL_min)和有效吸收带宽（EAB）均优于目前报道的大多数吸波材料.电磁分析结果表明,优异的微波吸收性能归因于复合材料增强的协同效应和独特的三维结构.     

“嫦娥一号”对环形山起伏非均匀月表层微波辐射观测的理论建模分析

中国“嫦娥一号”探月卫星在世界上首次采用多通道微波辐射计垂直测量月球表面的微波热辐射, 以期由多通道微波辐射亮度温度了解整个月球表面的微波辐射特征, 进而反演月壤层厚度, 估算月壤层富含的氦3含量. 在该科学目标和技术条件下, 讨论了月球表面微波辐射理论建模中月表粗糙面、温度廓线介质辐射、密集粒子散射等物理要素的影响. 按照月表面环形山数目与形态的统计特征, 数值构造环形山随机分布的月表面地形. 由规则三角形网格对“嫦娥一号”微波辐射计空间分辨率量级的月表面地形数值剖分, 来计算随机起伏粗糙月表面微波平均反射率与发射率. 数值结果表明在“嫦娥一号”微波辐射计空间分辨率的条件下, 环形山月表面可视为平表面建模. 由具有相干势的准晶体近似讨论了月壤层密集颗粒的散射与吸收特性, 及其月壤层有效介电常数的计算. 用分层辐射传输方程推导具有非均匀温度廓线分布的月尘、月壤、月岩层微波辐射亮度温度, 分析了各个物理参数对辐射亮度温度的影响. 从而分析了“嫦娥一号”对月表面微波辐射观测的三层结构理论建模与参数选取.     

浙江长兴煤山二叠、三叠系界线层型剖面中高温石英副象的发现及其意义

浙江长兴煤山的Z剖面是中国南部二叠系与三叠系分界的层型剖面,也是世界二叠系与三叠系界线的候选层型剖面之一。最近,笔者在研究该剖面的粘土时,在上二叠统顶、下三叠统底部的混生层1,2,3的粘土层中首次发现了为高温石英所具有的六方双锥晶形的石英。高温β-石英常见于酸性火山喷出岩中。因此,这个发现不仅证明了晚二叠世(长兴阶)、早三叠世初长兴煤山地区曾受到一系列火山活动的影响,而且为进一步研究二叠-三叠系事件地层提供了新资料。     

虚拟通孔对互连温度变化的影响

互连温升越高, 引起的互连温度效应越明显. 通孔具有相对较高的热导率, 可以成为有 效的热传导途径, 极大地降低互连平均温升. 针对通孔这一特性引入虚拟通孔, 建立考虑多虚 拟通孔效应的互连平均温升模型. 所提模型将多通孔效应整合到层间介质的有效热导率中得到 更为精确的结果. 此外根据不同的层间介质材料对多通孔效应进行分析讨论, 并对多通孔效应 进行扩展应用, 得出使互连平均温升最小时的通孔间距与通孔数量. 所提模型应用到集成电路 设计中可以提高电路设计的精确度, 优化电路性能.     

粉末冶金法制备颗粒增强钛基复合材料新进展

钛基复合材料因其高比强度、比刚度,优良的耐腐蚀性和高温抗蠕变性,在汽车、航空、航天、军工等领域具有广阔的应用前景.根据增强相的特征,钛基复合材料可以分为连续纤维增强钛基复合材料和非连续颗粒增强钛基复合材料.近年来,随着熔铸法、粉末冶金等技术的快速