二氧化硅薄膜导热系数试验研究

根据3ω方法测试原理，搭建了薄膜导热系数测试平台．在40—170K温度范围内，测试等离子体增强化学气相淀积(PECVD)方法制备的SiO2薄膜导热系数，同时测试了掺杂体态硅基底的导热系数．测试结果表明：在这个温度范围内，SiO2薄膜的导热系数随着温度升高而增大；杂质对体态硅的导热系数存在很大的影响．基于Callaway模型对体态硅导热系数测试结果进行拟合得到的掺杂浓度与实际值吻合较好，表明3ω方法测试原理不仅可以用来测试纳米薄膜的热传导系数．还可用来测定体态硅基底的掺杂浓度．     

电介质薄膜中的稳态导热与法向导热系数的尺寸效应

通过非平衡分子动力学（NEMD）模拟预报了纳米电介质薄膜的法向导热系数,采用各向异性的非平衡分子动力学方案模拟了固体氩薄膜中垂直于膜平面的稳态导热,考察了对应于平均温度为45K的薄膜法向导热系数与膜厚度的关系,在氩薄膜厚度为2.124-10.62nm的范围内,薄膜法向导热系数显著低于相同温度下的大体积材料的实验值,并随膜厚度的减小而降低,具有显著的尺寸效应,在弛豫时间近似条件下得到的声子Boltzmann输运方程的近拟解表明,该尺寸效应归因于纳米薄膜的边界对载热声子散射作用的增强。     

纳米TiO2薄膜的制备及其光学特性研究

采用溶胶－凝胶法制备了纳米ＴｉＯ２薄膜,ＸＲＤ研究表明,纳米ＴｉＯ２薄膜随着热处理温度的升高,发生了从非晶状态向锐钛矿相的转变,最后转化为金红石相,ＵＶ－ＶＩＳ、俞 米ＴｉＯ２薄膜的致密度与成膜条件有关,Ｒａｍａｎ表明,随热处理温度的升高,纳米ＴｉＯ２薄膜的振动峰位发生移动,并且谱带明显宽化,表现出尺寸效应。     

电介质薄膜导热系数的尺寸效应

为研究电介质薄膜中的导热机制以及薄膜厚度对导热系数的影响 ,以氩的 FCC晶体为模型 ,采用分子动力学方法计算了厚度约为 2～ 10 nm的薄膜的法向导热系数。计算得到对应于 12 0 K的薄膜导热系数显著低于大体积实验值 ,并随薄膜厚度的减小而降低 ;即纳米薄膜的晶格导热系数具有明显的尺寸效应。当薄膜厚度减小至纳米量级时 ,即使在较高温情况下 1.3ΘD,晶体边界对声子的散射也将起重要作用。对氩晶体分别选取了 L ennard- Jones作用势和一种软球作用势 ,考察了不同势能模型对于模拟结果的影响     

超薄氩膜热传导的分子动力学模拟

采用基于经典理论的平衡态分子动力学(EMD))方法，在无量子化修正的条件下，计算了固态氩(Ar)在低于其Debye温度(92K)下的导热系数．温度在20K以上时，模拟结果和实验值吻合较好，说明固态Ar的量子化效应对其热传导性能影响不大，温度低于20K时，由于模拟区域对长波声子的裁剪作用使得模拟结果比实验值低．在此基础上，使用经典分子动力学基于三向、两向周期性边界条件的各向异性非平衡态薄膜模型，模拟了超薄Ar膜在40K的导热系数，2种模型给出了具有相同变化趋势的薄膜热传导特性曲线，即：随着膜厚的增加，导热系数增大，且模拟结果同模拟区域横截面大小无关．在相同条件下，2种模型得到的氩膜导热系数相差10％左右．     

纳米TiO2 /石蜡复合乳状液相变材料的 制备与传热性能

蓄冷空调性能及制冷系数与相变材料密切相关.将石蜡复合乳状液作为分散介质,以纳米TiO_2粒子作为导热载体,采用低能乳化工艺微乳液转相法,制备出纳米TiO_2/石蜡复合乳状液相变材料,并对其分散稳定性、导热系数和蓄-放热循环稳定性进行了分析.研究结果表明:纳米TiO_2/石蜡复合乳状液相变材料的导热系数相对于纯石蜡乳状液的导热系数有明显提高,当纳米TiO_2粒子质量分数为0.15%时,纳米TiO_2/石蜡复合乳状液相变材料的导热系数比纯石蜡乳状液的导热系数提高了117.95%;TiO_2/石蜡乳状液固-液相变热循环过程中并无明显温度平台,而且其蓄-放热循环稳定性很好.该纳米TiO_2/石蜡复合乳状液相变材料有望应用于蓄冷空调,以提高蓄冷空调性能及制冷系数.     

聚酰亚胺不对称多孔膜的制备及表征

采用非溶剂诱导相转化法制备具有低导热系数的聚酰亚胺(PI)不对称多孔膜,考察成膜温度、涂膜厚度对聚酰亚胺多孔膜形貌和结构的调控作用及对各项性能的影响。采用傅里叶红外光谱仪(FT-IR)、热机械分析仪(TMA)、热重分析仪(TGA)、扫描电子显微镜(SEM)等对制备的聚酰亚胺多孔膜的热稳定性、孔结构与形貌等进行表征。结果表明:采用非溶剂诱导相转化法制备的聚酰亚胺多孔膜为不对称膜,且具有较低的导热系数;随着成膜温度的升高,薄膜的孔结构由指状孔逐渐变为海绵状孔,薄膜孔隙率由84.5%下降至72.5%,材料的导热系数由0.041 7 W/(m·K)降低至0.036 3 W/(m·K)后又升高;随着涂膜厚度的增大,指状孔与海绵状孔的孔径都增大,由于海绵状孔的数量增加,导致薄膜孔隙率下降,导热系数呈先降低后增大的趋势;孔隙率为86.6%时,导热系数低至0.032 6 W/(m·K)。     

填充氩后单壁碳纳米管的导热系数

采用平衡态分子动力学(EMD)模拟方法,计算了填充氩后的(10,10)型和(15,15)型的单壁碳纳米管分别在不同温度下的导热系数.研究了它们随温度的变化情况,并将其与相应的空的碳纳米管的导热系数进行比较,分析在相同温度下,充氩对碳纳米管导热系数的影响.模拟结果发现:在500~1 200 K的温度范围内,(10,10)型碳纳米管和(15,15)型碳纳米管在填充了氩后其导热系数值均随着温度的升高呈下降趋势,这与空的碳纳米管的导热系数随温度的变化关系相似;在相同温度下,这2种类型的碳纳米管在填充了氩后的导热系数值均比相应的空的碳纳米管的导热系数值明显高很多.     

建筑陶瓷成型与烧成过程导热性能的研究

研究了彩釉砖成型与烧成过程中导热系数的变化。实验结果表明，在一定的工艺条件下，对于化学组成近似的彩釉砖坯体，其室温时导热系数随着成型压力和含湿量的增加而非线性地增大；在其烧成过程中导热系数随着温度的升高和气孔率的降低而增大，却随着玻璃相量的增加而减小；在烧结温度范围内随着气孔率出现最小值时，导热系数出现最大值。据此，导热性能的测试方法可作为优化烧成制度的一种新的实验手段。     

Al2O3-H2O纳米流体的导热性能

采用Hotdisk热物性分析仪测量了Al2O3-H2O纳米流体的导热系数,探讨了pH值、分散剂加入量和纳米粒子含量对导热性能的影响．结果表明：最适宜的pH值和分散剂加入量能显著提高水溶液中Al2O3表面Zeta电位的绝对值,增大颗粒间的静电排斥力,悬浮液分散稳定性较好,导热系数较高;从分散稳定和导热系数提高两个方面来考虑,最佳pH值为8．0左右;在0．10％Al2O3-H2O纳米流体中,十二烷基苯磺酸钠的最佳加入量为0．10％．Al2O3-H2O纳米流体的导热系数随纳米粒子含量的增大而非线性增大,且大于现有理论（Hamihon-Crosser模型）预测值．     

SiO2薄膜中GaAs纳米颗粒Raman光谱研究

采用射频磁控共溅射技术成功制备出GaAs半导体纳米颗粒镶嵌薄膜,薄膜中的颗粒平均直径随基片温度升高而增大.Raman光谱研究表明,与大块GaAs材料相比,复合薄膜中GaAs纳米颗粒的纵光学声子模相应的散射峰随颗粒直径减小呈红移和宽化的趋势,结合应力和颗粒尺寸效应进行了合理解释.     

水基石墨烯纳米流体的制备及导热性能

利用改性Hummers法制备氧化石墨烯(GO),并以硼氢化钠为还原剂通过控制还原时间制得不同还原程度的还原氧化石墨烯(rGO);采用两步法将GO或rGO分散在水中,通过控制超声时间得到不同粒径的水基石墨烯纳米流体;测量纳米流体的导热系数,研究测量温度、石墨烯含量、粒径和还原时间对它的影响。结果表明:水基石墨烯纳米流体的导热系数显著大于基液的,且随着测量温度、石墨烯含量的增加呈线性增大;与GO-水纳米流体相比,rGO-水纳米流体导热性能更好,并且其导热系数随着还原时间的延长而增大;水基石墨烯纳米流体的导热系数随着粒径的增加而增大,且粒径对还原15 min的rGO-水纳米流体导热系数影响最为显著。     

纳米颗粒悬浮液的粘度、热扩散系数与Pr数

从纳米颗粒悬浮液有效导热系数、比热容和粘度等物性值,计算了对应的热扩散系数和Pr数.采用硬球模型并考虑团聚体空间分布及颗粒表面吸附作用,解释了纳米颗粒悬浮液粘度增大的原因.分析表明,纳米颗粒团聚体的形成和空间分布对悬浮液导热系数的影响大于对粘度的影响.     

SiO_2-水纳米流体稳定性及导热性能

采用两步法制备体积分数为0.1%~0.5%的S iO2-水纳米流体,并利用zeta电位、吸光度和粒度分析表征其悬浮稳定性,研究发现超声振动5 h其悬浮稳定性最佳。采用瞬态热线法测量纳米流体的导热系数,结果表明:纳米流体导热系数的变化与纳米颗粒体积分数和温度的变化成正比,其中25℃时体积分数为0.3%的S iO2-水纳米流体相对于水的导热系数提高11.5%,而在50℃时则提高46.5%。建立纳米流体导热系数模型,与其他模型比较发现,本理论模型更接近于实验值。     

采用3ω法测量多壁纳米碳管悬浮液的导热系数

为了减小瞬态热线法测量纳米流体导热系数时易受电磁干扰和自然对流等因素的影响,更好地探究新型换热工质的强化传热机理,研制了3ω法实验台,采用锁相放大器测得交流加热铂丝的3倍频电压响应,拟合算出待测液体的导热系数。先通过对常规液体蒸馏水、乙二醇以及酒精溶液的测量,验证了实验台的精度和可靠性。然后采用两步法合成了稳定性较高的多壁纳米碳管悬浮液,测得其各体积分数和各温度下的导热系数。实验结果表明,3ω法具有较好的电磁兼容性,测量时温升不超过0.5K,可以有效地减小对流传热和辐射传热的影响,且可以通过1ω电压来判断纳米流体的稳定性;纳米碳管悬浮液的导热系数比基液和Ham ilton-Crosser预测值明显提高,并且分别随纳米碳管含量的增加和温度升高而加大。     

碳纳米复合相变材料熔化传热的理论分析

针对传统相变材料导热系数低的缺点,将高导热碳纳米材料添加到相变材料基体中可强化其相变传热.对碳纳米复合相变材料熔化传热过程进行理论分析,研究碳纳米材料导热系数、添加体积比以及材料形状对熔化传热的影响.研究表明:提高碳纳米材料的添加体积比,相变材料熔化速度随之增大;碳纳米材料的形状对复合相变材料熔化传热性能有显著影响;在高导热系数范围内,碳纳米材料导热系数变化对复合相变材料熔化传热性能的提升影响甚微.     

催化发光传感器纳米薄膜制备条件的优化

本研究用溶胶-凝胶法制备MgO和In2O3纳米薄膜材料前躯体,用浸渍镀膜法制备纳米薄膜．讨论了MgO和In2O3薄膜在不同的胶体制备pH值、煅烧温度和镀膜层数下,对一些有机气体的催化发光信号强度的影响．通过实验数据分析得出,MgO纳米薄膜在胶体制备pH为8、镀膜层数为5层、煅烧温度为550℃的条件下对乙二醇甲醚等蒸气具有最佳的催化发光信号．In2O3纳米薄膜在胶体制备pH为5、镀膜层数为5层、煅烧温度为550℃的条件下,对乙酸等蒸气具有最佳的催化发光信号．     

不同预氧化温度下煤样热物性参数的实验研究

为了研究在不同预氧化温度下煤样热物性参数的变化规律,选取长焰煤进行热物性实验。首先通过程序升温氧化法对煤样进行预氧化处理,分别氧化升温至80,110,140,170,200℃.然后使用激光导热仪LFA 457装置测定在30~300℃温度范围内的煤样热物性参数,研究预氧化处理后煤样的热物性参数随温度的变化趋势,并分析预氧化处理后的煤样对温度的敏感性。结果表明:在30~300℃范围内,随着温度的升高,煤样的热扩散系数呈现出逐渐降低的趋势,而煤样的导热系数和比热容呈现出逐渐升高的趋势,并且温度越高,煤样的热扩散系数的降低趋势以及比热容和导热系数的增大趋势越来越平稳。在相同温度下,预氧化处理煤样的热物性参数均高于原煤样。从敏感性分析可知,比热容对温度最敏感,而导热系数的敏感性最低,且当温度超过120℃时,煤样的预氧化温度越高,其热物性参数对温度的敏感性越低。实验结果对于了解煤层自燃和火灾蔓延过程中的传热具有指导意义,为煤自燃的防治提供理论依据和技术指导。     

焦化炉管焦导热系数的测定

从现场焦化炉中截取一段结焦炉管,采用热通量法测定了炉管结焦层的导热系数.实验表明,当温度为50～100℃时,管焦导热系数随温度的升高而迅速降低;当温度为100～550℃时,随着温度的升高,管焦导热系数降低的速度逐渐减缓,并最终稳定在3.8W/(m@℃),实验误差不超过10%.对实验数据进行多项式线性回归,得到了管焦导热系数随温度变化的回归方程,该方程的相对误差低于4%.     

SiC材料导热系数和热膨胀系数与温度关系

研究冷等静压ＳｉＣ材料导热系数和热膨胀系数与温度的关系。结果表明，ＳｉＣ材料导热系数（λ）与温度（Ｔ）成反比，其线膨胀系数（ａ）与温度成正比。从理论上探讨了提高其热稳定性的途径；给出了ＳｉＣ材料导热系数和线膨胀系数与温度之间的关联式，为高温陶瓷换热器的设计及应用提供科学依据。