碳纳米管复合材料的有效热导率

考虑到碳纳米管的空间取向分布特征,建立了碳纳米管复合材料的有效热导率模型。根据Maxwell理论,推导出了计算碳纳米管复合材料有效热导率的简单公式。应用实例表明,该模型能够很好地解释在碳纳米管纳米流体中观察到的热导率异常增加现象,还可以用来分析纳米管复合材料的渗流性质,而且理论计算结果与实验结果吻合较好。     

碳纳米管为填充物的纳米流体的有效热导率

通过考虑几何各向异性和界面效应,应用我们推广的微分有效媒质理论去研究纳米流体的热导率增强。重点研究了纳米颗粒的纵横比和界面热阻在对体系有效热导率增强的影响。通过和实验数据比较,推广的有效媒质理论可以委好的解释多壁碳纳米管/油米流体的确良异常增强,而且还成功的解释了在低体积分数下随体积分数增加而出现的非线性行为。     

双壁碳纳米管中内管热导率与外管覆盖率的关系

采用基于非平衡态分子动力学方法，模拟研究双壁碳纳米管中在不同外管覆盖率情况下的内管热导率变化。结果显示：当有固定不动的外管覆盖时，内管的热导率变化不是很大；随着外管覆盖率的增大，内管热导率的变化趋势呈现非线性的特点，整个变化曲线类似于一个“V”型。     

碳纳米管增强铝基复合材料的力学和物理性能

采用磁力搅拌与放电等离子烧结技术制备了碳纳米管(CNT)增强铝基复合材料.对试样进行了扫描电镜和透射电镜表征,测试了试样的力学性能、摩擦性能、电学性能和热学性能.当碳纳米管在试样中的质量分数为1％时,可在铝基体中均匀分布且CNT/Al界面结合良好,此时试样的抗拉强度和硬度较纯Al分别提高了29.4％和15.8％.在获得最佳力学性能强化和最佳减磨效果的同时,试样电导率较纯Al仅降低8.0％.碳纳米管可提高基体的热导率,但强化效果不明显.     

SnO2／碳纳米管纳米复合材料的制备及表征

采用水热的方法,将纳米SnO2负载在多壁碳纳米管（CNTs）表面,制备得到SnO2负载多壁碳纳米管复合材料（SnO2／CNTs）。通过X射线衍射（XRD）和扫描电子显微镜（SEM）研究了不同反应条件对产物形貌的影响。结果表明,通过改变溶液的浓度可以控制SnO2／CNTs纳米复合材料的形貌。     

嵌套树状分叉网络的复合材料有效热导率的分形模型

根据分形理论和热电模拟技术,提出了嵌套树状分叉网络的复合材料有效热导率的分形模型.该模型表明复合材料有效热导率不仅与分形树状分叉网络的结构参数即分叉网络的直径比β、长度比α、分叉角θ、初级管道的长度l0和直径d0有关,而且还与湿相和非湿相的热导率及饱和度有关.     

壳聚糖促进Au/碳纳米管复合材料的合成机理及催化性能

利用循环伏安法,结合其他谱学表征技术,如SEM/HRTEM,XRD和XPS对Au/碳纳米管复合材料合成过程中壳聚糖和碳纳米管的协同作用进行了探讨.研究结果表明,壳聚糖不仅提高了碳纳米管在水溶液中的分散性和稳定性,锚定Au纳米粒子于碳纳米管载体表面以防止他们迁移/聚结,更重要的是,其还能够通过降低碳纳米管的还原电势来促进Au3+的自发还原.谱学表征结果表明,相对于纯碳纳米管而言,壳聚糖缠绕的碳纳米管上形成了一种还原电位更低的新还原位,从而使Au离子与碳纳米管间的还原电势差值明显增大,由此引发了壳聚糖与碳纳米管对Au3+的协同还原效应.该类Au/碳纳米管复合材料进一步的应用研究结果表明,其对在水溶液中催化NaBH4还原对硝基苯酚反应表现出很高的活性.     

单壁碳纳米管热导率几个问题的定量描述与分析

通过数据拟合,建立单壁碳纳米管的热导率与温度和管长的关系式、单位体积比热随温度变化的关系式,并进一步得出声子平均自由程随温度和管长变化的关系式.利用这些关系式定量分析热导率随温度和管长的变化,研究热导率—温度关系曲线达到峰值应当满足的条件以及影响峰值位置的因素.提出不同于指数函数的描述热导率的管长依赖性数学表达式,该式可以描述热导率随管长的增加趋于有限值的情形.定量分析声子平均自由程随温度和管长的变化,探讨热导率随管长增加趋于有限值的原因.     

聚合物/碳纳米管复合材料的最新研究进展

综述了聚合物/碳纳米管复合材料的最近研究进展,介绍了聚合物/碳纳米管复合材料的制备方法以及存在的问题,特别强调了碳纳米管在聚合物基体中的分布情况对复合材料性能的影响;最后探讨了聚合物/碳纳米管复合材料进一步发展所面临的挑战。     

溶液复合法制备碳纳米管/环氧树脂纳米复合材料及相关性能研究

本研究通过溶液复合法与机械混合法制备不同质量分数(0、1%、2%、3%和4%)碳纳米管改性环氧树脂纳米复合材料.采用扫描电子显微镜分析碳纳米管在树脂基体中的分散情况,并对复合材料的力学性能和电学性能进行研究.结果表明:溶液复合法制备的质量分数为1%和3%碳纳米管的弯曲强度和弯曲模量分别是(98.6±7.2)和(80.9±12.5)Mpa与(2.14±0.12)和(2.45±0.08)Gpa,其力学性能均高于机械共混法所得的样品;当碳纳米管质量分数达到3%时,电导率大幅提升至0.006 S/m,提升幅度超过9个数量级.     

不同形状颗粒弥散复合材料的等效导热系数

根据最小热阻力法和比等效导热系数法对不同形状颗粒弥散复合材料的等效导热系数进行预测。采用以颗粒在传热方向上的特征长度为边长的立方体体积与实际颗粒体积之比作为形状因子,对不同颗粒形状等效为立方体时的无量纲相对特征长度进行修正,基于形状因子进一步推导了适用于不同形状颗粒弥散复合材料在中低体积分数情况的等效导热系数通用计算公式。此通用计算公式与实验值及其它模型计算值吻合较好,对于导热增强型复合材料,体积分数一定时,其等效导热系数与颗粒形状因子呈正比,增加颗粒在传热方向上的尺寸能有效提高复合材料的导热性能。     

基于球型填充相复合材料有效导热系数的计算

文章运用数值单元体法建立了计算填充二硫化钼聚甲醛基复合材料有效导热系数的模型,提出了用有限元法和用求单元体模型的等效热阻来确定该复合材料等效导热系数2种计算方法,通过计算表明2种方法的计算结果比较接近,并运用上述方法研究了二硫化钼含量对聚甲醛基复合材料导热系数的影响规律.     

Fabrication and thermal conductivity of copper matrix composites reinforced by tungsten-coated carbon nanotubes

Carbon nanotubes (CNTs) were coated by tungsten using metal organic chemical vapor deposition. Magnetic stirring was employed to disperse the W-coated CNTs (W-CNTs) in a Cu matrix, and then, the mixed powders were consolidated by spark plasma sintering. The W-CNTs obtained a uniform dispersion within the Cu matrix when the W-CNT content was less than 5.0vol%, but high content of W-CNTs (10vol%) resulted in the presence of clusters. The W-CNT/Cu composites containing low content of W-CNTs (<5.0vol%) exhibited a higher thermal conductivity than the sintered pure Cu, while the CNT/Cu composites exhibited no increase in thermal conductivity after the incorporation of uncoated CNTs. The W-CNT content was found to play a crucial role in determining the thermal conductivity of the W-CNT/Cu composites. The thermal conductivity of the W-CNT/Cu composites increased first and then decreased with the W-CNT content increasing. When the W-CNT content was 2.5vol%, the W-CNT/Cu composite obtained the maximum value of thermal conductivity. The thermal resistance of the (W-CNT)-Cu interface was predicted in terms of Maxwell-Garnett effective medium approximation, and its calculated value was about 3.0×10-9 m2·K·W-1.     

碳纳米管束与炭黑并用对天然橡胶导热性能和动态力学性能的影响

研究不同长径比的多壁阵列碳纳米管束（carbon nanotube bundles,CNTBs）非等量替代炭黑N234并用的填料增强体系对天然橡胶（NR）导热性能和动态力学性能的影响。利用非线性拟合分析CNTBs管径与CNTBs/N234并用NR复合材料热导率的关系,发现随着CNTBs管径的减小和用量的提高,复合材料导热性能逐步提高。通过表征CNTBs在橡胶基体中形成的填料网络,发现CNTBs长径比增大和用量提高会导致杂化填料的分散效果下降即出现Payne效应,使复合材料在动态工况下损耗增大,60℃下7%应变的tanδ和疲劳温升出现增加。此外,添加长径比更大的CNTBs能提升材料的抗湿滑性能,提高玻璃化转变温度,但对磨耗性能有不利影响,CNTBs添加量为6 phr（相对于每100份以质量计量的橡胶添加的份数）时材料的磨耗体积显著增大。     

碳纳米管增强复合材料的界面破坏形态及改善措施

以碳纳米管增强树脂基复合材料的二维平面模型为对象,在考虑基体材料非线性的情况下,探讨碳纳米管增强复合材料的界面层特性对复合材料破坏形态的影响.通过对破坏端部的局部处理,提出两种提高复合材料抵抗损伤破坏能力的方法.第一种方法是改变纤维及界面层端部与基体的界面特性即软化界面,用内聚力模型模拟界面,通过内聚力阻扰裂纹的扩展;第二种方法是改变碳纳米管的端部形状即封闭碳纳米管及界面层,通过改变碳纳米管的应力分布状态来提高复合材料的抗破坏能力.     

金刚石/硅复合材料的制备和导热性能

为探索新型热沉用散热材料,采用高温高压方法烧结制备了金刚石/硅复合材料,并研究了金刚石大小粒度混粉、金刚石含量、渗硅工艺以及金刚石表面镀钛对复合材料的致密度和导热性能的影响.结果表明:在大粒度金刚石粉中掺入小粒度金刚石粉、渗硅和金刚石表面镀钛处理都可提高金刚石/硅复合材料的致密度和热导率;随着金刚石含量增大,复合材料热导率提高;其中75/63μm镀钛金刚石颗粒与40/7μm金刚石颗粒的混粉,当混粉质量分数为95%时,在4～5GPa、1400℃高温高压渗硅烧结,金刚石/硅复合材料的热导率可高达468.3W·m-1·K-1.     

假目标用电热涂层有效电导率模型

为了指导假目标用电热涂层的设计实验,综合考虑量子力学隧道效应以及填料粒子尺寸和形状,建立了假目标用电热涂层有效电导率模型,详细讨论了电热涂层有效电导率以及电导率渗流阈值和填料粒子形状、尺寸、填料体积分数的关系.计算结果表明:渗流阈值随填料粒子尺寸增大而增大,随粒子长短轴比增大而减小;涂层有效电导率在渗流阈值附近有明显突...     

Review of metal matrix composites with high thermal conductivity for thermal management applications

Metal matrix composites with high thermal conductivity and tailorable coefficient of thermal expansion are found widespread applications in electronic package and thermal management.The latest advances in manufacturing process,thermal properties and brazing technology of SiC/metal,carbon/metal and diamond/metal composites were presented.Key factors controlling the thermo-physical properties were discussed in detail.The problems involved in the fabrication and the brazing of these composites were elucidat...     

Microstructural evolution and thermal conductivity of diamond/Al composites during thermal cycling

The microstructural evolution and performance of diamond/Al composites during thermal cycling has rarely been investigated. In the present work, the thermal stability of diamond/Al composites during thermal cycling for up to 200 cycles was explored. Specifically, the thermal conductivity(λ) of the composites was measured and scanning electron microscopy of specific areas in the same samples was carried out to achieve quasi-in situ observations. The interface between the(100) plane of diamond and the Al matrix was well bonded with a zigzag morphology and abundant needle-like Al_4C_3 phases. By contrast, the interface between the(111) plane of diamond and the Al matrix showed weak bonding and debonded during thermal cycling. The debonding length increased rapidly over the first 100 thermal cycles and then increased slowly in the following 100 cycles. The λ of the diamond/Al composites decreased abruptly over the initial 20 cycles, increased afterward, and then decreased monotonously once more with increasing number of thermal cycles. Decreases in the λ of the Al matrix and the corresponding stress concentration at the diamond/Al interface caused by thermal mismatch, rather than interfacial debonding, may be the main factors influencing the decrease in λ of the diamond/Al composites, especially in the initial stages of thermal cycling.