碳膜材料的热学性能及研究进展

基于碳材料独特的结构,概述了其优异的热学性能以及作为散热材料在电子器件散热领域中的应用。着重介绍了石墨烯膜、碳纳米管膜和石墨膜材料的研究进展,同时阐述了影响碳膜材料热导率的关键结构及其控制方法,最后提出了发展高导热碳基复合材料的研究策略以及面临的挑战。     

石墨烯及二维六方氮化硼在LED散热中的应用

随着发光二极管的广泛应用,其散热问题日趋受到重视.针对发光二极管热导率影响其量子效率和产品寿命的问题,以具有高导热性能的石墨烯和二维六方氮化硼材料作为研究对象,综述了石墨烯和二维六方氮化硼在发光二极管电子器件散热领域中的一些重要的基础研究成果,并展望其在未来的应用前景.     

一维到二维石墨烯声子热传导的分子动力学模拟

利用非平衡态分子动力学方法研究石墨烯纳米带的热导率与维数变化之间的过渡关系.改变石墨烯纳米带的宽度,令其从准一维过渡到二维,其热导率和长度L之间的关系也由κ∝Lβ过渡到κ∝ln L.增加石墨烯的层数,令其从二维过渡到三维,发现由单层变化到两层时,其热导率明显降低,再增加层数时热导率没有明显变化;相同尺寸不同类型的石墨烯纳米带,锯齿型石墨烯纳米带的热导率明显高于扶手椅型石墨烯纳米带的热导率.     

石墨烯薄膜对GCr15轴承钢表面导热特性的影响

目的 研究石墨烯附着GCr15轴承钢热导率,并探究石墨烯附着层对GCr15轴承钢表面热传导的影响.方法 应用分子动力学模拟和热导率实验两种方法分别测试298 K、356 K、414 K、473 K、532 K温度下附着试件的热导率.摩擦实验中,调整石墨烯附着面积并且观察测点温度以及摩擦系数,测定石墨烯附着层对试件表面热...     

石墨烯吸附材料的制备与应用研究进展

石墨烯具有独特的结构、优异的性能,在诸多领域有广泛的应用.石墨烯层的原子均为表面原子,其表面积非常大,是天然的吸附材料.其易于制备、成本低廉等优势使得石墨烯吸附材料成为水处理研究中的热点.石墨烯及其复合材料已经在重金属、染料、杀虫剂、抗生素、石油等污染物的治理方面得到应用.综述了石墨烯吸附材料的制备方法以及其在污水处理方面的应用.分析了污染物在石墨烯吸附材料上的吸附行为,并讨论了石墨烯与污染物的相互作用.着重关注官能团对石墨烯吸附材料性能的影响,从化学视角提出了设计高效石墨烯吸附剂的思路.     

圆柱形空腔多孔材料辐射效应研究

 多孔材料具有孔隙率高、密度小和比表面积大等特征,在消声、减震、隔热和电磁屏蔽等应用方面具备多种优异性能。由于其在气孔中存在低热导率的空气介质,可以用作绝热材料。与其他相应材料相比,它具有耐高温和强度高的优点,已被广泛应用于航空航天、原子能和交通运输等行业。本文研究了热辐射效应对圆柱形空腔多孔材料传热性能的影响,推导了多孔材料局部有效热导率的方便工程应用的封闭公式。与已有理论结果比较,给出了本文公式的精度。数值算例揭示了孔洞对于热传输的有意义的影响规律。多孔材料的局部有效热导率可以分为两部分：一部分由固相和气相的纯传导引起,无量纲化的传导热导率不依赖于温度和孔径;另一部分由热辐射引起,随温度和孔径的变化而剧烈变化。在温度较低和孔径较小的情形下,辐射影响可以忽略不计。     

石墨烯纳米带热导率的分子动力学模拟

采用非平衡态分子动力学方法研究了石墨烯纳米带的热导率随温度变化的关系.通过在纳米带长度方向上施加周期性边界条件,利用Tersoff作用势和Fourier定律计算热导率.由于模拟尺寸较小时热导率随纳米带长度的增加而单调增加,为了减小长度对石墨烯纳米带热导率的影响,采用倒数拟合的方法消除了尺寸效应.模拟结果表明,石墨烯纳米带热导率随温度升高逐渐减小,这与高温下Umklapp散射作用的增强有关.结果还表明,在实际宽度近似相等的条件下,锯齿形纳米带的热导率明显高于扶手椅形,且对相同类型的纳米带,其热导率随宽度的增加而增加,表明纳米带的手性和宽度是影响石墨烯纳米带导热性能的重要参数.     

直立石墨烯柔性导热材料制备技术现状与进展

近年来电子元器件朝着高密度、高集成和微型化的方向发展，可以快速转移多余热量的热界面材料随之成为研究热点，石墨烯因其优良的导热性能成为制备热界面材料的理想选择之一。为了将发热源产生的热量迅速传递到散热板上，诱导石墨烯在竖直方向上的排列成为值得关注的研究方向。本文根据材料中石墨烯的来源及导热薄膜成型方式，主要介绍两类直立排列的石墨烯柔性导热材料制备工艺，分别为自下而上法和自上而下法。自上而下法包括介电泳法、机械组装法、定向冷冻法、水热还原法和蒸发诱导自组装法等，自下而上法主要指利用化学气相沉积法直接生长石墨烯。     

碳纤维骨架石墨烯导电导热薄膜的制备及表征

在对碳纤维进行除浆和预氧化的基础上,将其与中间相沥青甲苯溶液混合,通过抽滤法制备碳纤维薄膜骨架,二次抽滤氧化石墨烯填充到碳骨架之间,经热处理后制得具有三维网络结构的自支撑G-CF-MP复合薄膜.探索和分析了不同碳化和石墨化温度对薄膜材料形貌、导电性以及导热性能的影响.通过结构表征发现,碳纤维之间相互搭建构成高机械性能的碳骨架,碳纤维表面以及纤维之间的空隙被石墨烯均匀地包覆和填充,中间相沥青在达到软化点后呈现出流动性和黏性,充分润湿碳纤维与石墨烯之间的间隙,3种碳材料协同作用,从而获得了高机械强度以及高导电性的G-CF-MP复合薄膜材料.导电性测试发现,石墨化处理可以有效提高材料的导电性,G-CF-MP复合薄膜在经过900℃碳化后的方阻为2.853Ω/sq,经过石墨化处理后的方阻降低为0.229Ω/sq.经过导热性能测试,G-CF-MP(900℃)的热导率为475.2 W/(m·K),G-CF-MP(2 300℃)的热导率为532.8 W/(m·K).     

纳米通道内石墨烯基传热的非平衡分子动力学研究

石墨烯具有高热导率的特点,在传热领域有较好的应用前景,石墨烯导热理论及其应用研究具有重要意义.文中利用分子动力学方法,研究了石墨烯在固液界面间的传热规律,并探究了不同壁面温度下,石墨烯传热层对固液界面热阻及流动特性的影响.结果表明,在静态流体中,单层石墨烯传热层会显著降低固液界面温度阶跃和界面热阻,壁面温度越高,石墨烯...     

石墨烯的晶格振动与导热机理的研究

石墨烯具有独特的结构和导热性质,在微电子领域也具有巨大的应用潜力。采用价力场方法研究石墨烯中的晶格振动,得出了石墨烯晶格振动的频率方程,计算出了石墨烯内光学声子与声学声子的色散曲线。探讨了石墨烯的导热机理,得出晶格振动的剧烈程度、石墨烯的尺寸、温度和基底等是影响石墨烯导热性能的主要因素。     

石墨烯量子点用于修复石墨烯结构缺陷及其薄膜导热性能研究

为解决GO制备过程中,不可避免引入的石墨烯拓扑结构缺陷对热传递性能的显著影响,研究采用石墨烯量子点(GQDs)作为外部碳源,通过在高温条件下修复石墨烯中的拓扑结构缺陷,制备出了自支撑的石墨化–氧化石墨烯/石墨烯量子点(g-GO/GQDs)散热薄膜。与原始的gGO膜相比,g-GO/GQDs薄膜的面内热导率提高了22.1%,达到739.04 W/(m·K)。通过进一步的薄膜结构分析,发现其热导率的提高可归因于石墨化过程中sp2碳晶格域的恢复和形成。石墨烯导热薄膜的散热性能研究表明,该研究结果可有效提高石墨烯薄膜的散热效果,为制备高性能散热薄膜提供了新思路。     

高导热石墨烯/萘甲醇复合薄膜的制备及其在LED上的应用

石墨烯由于具有超高的导热性能,在热管理上有着广阔的应用前景。从修复结构缺陷出发,以氧化石墨烯为原料,有机小分子萘甲醇为修复剂,采用蒸发自组装法制备氧化石墨烯/萘甲醇(GO/NMT)复合薄膜,然后经过高温石墨化得到石墨化–石墨烯/萘甲醇(g-GO/NMT)薄膜。通过SEM、FT-IR、XRD、拉曼对制备的复合薄膜进行结构分析,并对其导热性能进行测试,当NMT的添加量为15%时,薄膜热导率达856.476 W/(m·K ),比石墨化–石墨烯(g-GO)薄膜的热导率提高了35%;通过对商用LED灯芯实际散热进行测试,g-GO膜的表面温度高达33.7 ℃,而g-GO/NMT复合膜的温度较低,仅为31.5 ℃。研究结果表明,g-GO/NMT复合膜具有更好的散热性能和更有效的热管理能力。     

液体混合物热导率的测量及其数据的关联

在恒温条件下，使用由程序控制的量热器测量液体混合物的热导率．这种方法不仅可测低热导率的有机溶液，而且可测高热导率的水溶液．实验中测了八个双元体系，五个三元体系．同时提出了一个计算液体混合物热导率的方法．     

计算机模拟聚合物纳米复合材料导电导热的研究进展

总结了作者课题组采用分子动力学模拟方法,在聚合物纳米复合材料导电导热方面取得的研究进展。研究结果表明,高的聚合物导电填料相互作用能、中等的分子链功能化改性度、中等的导电填料表面接枝分子链数目、中等的本体交联密度以及中等比率的聚合物共混有利于导电填料网络的形成,进而得到高的材料电导率。另外,外加剪切场和电场会显著地致使导电填料沿着外场方向取向,进而获得导电各向异性材料。当外加剪切场和电场撤去后,导电网络会逐渐地回复到初始值,这个回复过程可以用一个模型来描绘。对于导热性能,聚合物填料界面热导率与填料接枝密度成正比;随着接枝长度的增加,聚合物填料界面热导率先上升后逐渐趋于恒定;然而填料热导率随着接枝密度的上升而显著下降,最终在中等接枝密度下材料的热导率达到最大值。此外,填料间热阻可以用一个热环流模型来描绘。最后,分子链接枝填料末端会显著提高材料的热导率。这些基础问题的探讨将为制备高导电高导热的聚合物纳米复合材料提供重要的科学依据与理论指导。     

高温气冷堆球床等效导热系数实验研究进展

堆芯球床等效导热系数是直接影响高温气冷堆燃料最高温度和堆芯温度分布的关键参数;在余热导出过程中起主导作用。开展球床等效导热系数的实验研究对于反应堆分析程序的完善、研究提高高温气冷堆单堆功率的可能性、以及工程的安全分析具有重要的意义。综述了国内外球床等效导热系数测量的研究现状,给出了清华大学HTR-PM三维堆芯球床等效导热系数测量实验最新成果,总结了各国实验的研究手段,对研究方向进行了讨论。     

变压器防腐涂层导热性能提升技术研究

 以水性环氧富锌涂层为研究对象,通过向其中添加石墨烯、碳纳米管、碳纳米角和超细石墨粉混合物来改性变压器防腐涂层导热性能。通过瞬态板式热源法、红外热像仪、热阻测试仪和扫描电子显微镜对传统溶剂型涂层、水性环氧富锌涂层以及改性高导热涂层的导热性能和微观结构进行了分析。结果显示改性高导热涂层的热阻最小（2.51℃/W）,导热系数最高（1.3450 W/（m·K））,表明其导热性能明显优于传统溶剂型涂层（4.57℃/W）和水性环氧富锌涂层（4.28℃/W）。改性高导热涂料导热性能的提高主要与其导热方式的优化和涂层致密性的提高有关。传统溶剂型涂料主要以声子形式进行热量传递。向水性环氧富锌涂料加入高导热填料后,一方面形成了以弹道-扩散的方式进行热量传递方式;另一方面添加的高导热物质在涂层中填充在孔隙和裂纹位置处,很大程度上提高了涂层的致密度,构建了变压器金属和外部环境的热量传递通道,因而使得涂料导热性能得到了显著提高。变压器温升模拟实验表明研制的新型高导热环保涂层可降低变压器油顶层温升1.67 K。     

功率型发光二极管芯片的温度场与应力场

发光二极管(LED)的结点温度和应力分布对它的发光效率、可靠性和寿命有着至关重要的影响。为了优化器件的性能,该文利用有限元方法对功率型LED芯片在不同输入功率、基板材料、换热条件下的温度和热应力进行了模拟与分析。结果表明,目前广泛应用的Sapphire基板效果不是很好,如果能减小晶格不匹配的影响,采用硅基板是较好的选择。当基板导热系数、换热系数大于一定值后,单纯的改进基板的导热系数或强化基板换热,对提高器件的性能已经没有明显的效果。