氧化铝填料对绝缘涂层导热性能的影响

以高模数硅酸钾溶液为基料,氧化铝为导热绝缘填料,加入硅丙乳液、消泡剂,制备有机无机复合硅酸盐导热绝缘涂层。通过测试硅酸盐涂层的导热系数、体积电阻率、孔隙率、孔径分布和元素分布变化,研究绝缘硅酸盐涂层导热性能。结果表明,适当提高氧化铝的质量分数,硅酸盐绝缘涂层的导热性能提升。氧化铝填料球形形貌和大粒径更有利硅酸盐绝缘涂层的导热性能提升。当填料为粒径2.9μm的球形氧化铝,且质量分数在37.5%时,涂层的导热系数最高达1.072 W/(m·K),体积电阻率大于10^(8)Ω·m,此时涂层的导热绝缘性能达到最佳。

高温热处理对泡沫混凝土力学及导热性能的影响

以硅酸盐水泥为原料,通过物理发泡的方式制备了3种不同水胶比的泡沫混凝土,研究了高温热处理对泡沫混凝土的物相结构、微观形貌、抗压强度残余率、质量损失率、吸水率以及导热性能的影响。结果表明,在受热温度低于500℃时,混凝土表面裂纹较少,水胶比0.5的泡沫混凝土的抗压强度残余率和质量损失率下降最多,水胶比0.4的泡沫混凝土的质量损失率最少;受热温度达到900℃时,混凝土表面裂缝较多,出现了明显的贯穿性裂纹,3种水胶比的泡沫混凝土的抗压强度残余率趋于一致,均降至20%以下,水胶比0.4的泡沫混凝土的质量损失率最低为20.18%,水胶比0.5的泡沫混凝土的吸水率最大为69.2%。导热性能测试表明,在相同温度下,水胶比0.4的泡沫混凝土的导热系数最低;受热温度达到900℃时,水胶比0.4的泡沫混凝土的导热系数最低为0.2975 W/(m·K),在防火和保温应用方面性能优异。

基于正交试验的泡沫混凝土导热性能和孔结构研究

以硫铝酸盐水泥、粉煤灰为胶凝材料,采用正交试验法研究了发泡剂、减水剂、增稠剂对于泡沫混凝土导热性能的影响并确定最优组合。制备5组不同密度(300、400、500、700、900 kg/m^(3))泡沫混凝土,采用Photoshop图像处理软件对各组样品截面图进行二值化处理,并利用Image-Pro Plus软件对孔隙率、圆度值和孔径分布等孔结构特性进行分析。结果表明,影响泡沫混凝土导热系数的各因素主次顺序为增稠剂、发泡剂、减水剂。泡沫混凝土的密度与孔隙率呈负相关,相关系数R^(2)为0.91;密度越大,圆度值为1的孔隙占比越大。不同密度等级泡沫混凝土的孔径分布近似服从对数正态分布,孔径主要集中于200μm,且大孔径比例随着密度的增大而逐渐降低。

HGM@GO聚氨酯复合材料的制备和导热性能研究

首先通过氧化石墨烯(GO)包覆对空心玻璃微珠(HGM)进行表面改性,再经过物理混合制备改性空心玻璃微珠/聚氨酯复合材料,使用X射线衍射仪、扫描电子显微镜、热重分析仪对经过氧化石墨烯包覆改性的空心玻璃微珠进行形貌和结构分析,对改性空心玻璃微珠/聚氨酯复合材料进行力学性能、导热性能、热膨胀性能等测试。结果表明:使用氧化石墨烯包覆空心玻璃微球对复合材料的硬度、拉伸强度、压缩强度和弯曲强度均有一定提升。在空心玻璃微球添加量高于5%后,复合材料的导热性能开始优于纯聚氨酯材料,表明空心玻璃微珠表面的石墨烯层使材料内部形成了高导热通道,整体提高了复合材料的导热系数,使复合材料密度降低的同时具备更加优良的导热性能。对复合材料的热稳定性进行测试分析发现,在添加了空心玻璃微珠填料之后,复合材料的热膨胀系数随温度增加的趋势得到了很好的抑制,在180℃下仍能保持较好的尺寸稳定性。

氮化硼负载BT@PANI核壳粒子协同改善复合材料介电与导热性能

采用原位聚合法对氮化硼纳米片(BNNS)进行了聚多巴胺(PDA)的表面修饰,利用PDA的粘附性在BNNS表面负载钛酸钡@聚苯胺(BT@PANI)核壳粒子制备了分级结构复合填料。结果显示,BNNS单片的BT@PANI负载量对复合材料介电和导热性能影响显著;与BT@PANI/PVDF复合材料比较,所得复合材料的介电性能随频率变化的稳定性得到明显改善。BNNS单片BT@PANI负载量最大的复合材料界面极化最弱,介电性能表现出更好的频率稳定性,20%(质量分数)的复合材料介电常数和损耗值分别是14.8和0.082(10^(5)Hz),热导率降到了最低的0.64 W/mK。频率高于10^(3)Hz,这种新型复合材料介电损耗下降幅度是介电常数的2倍以上。该工作同步实现了聚合物基复合材料的介电常数提高、介电损耗抑制及导热性能提升,为储能聚合物基复合电介质的发展提供了新思路。

Mg-6Gd-1Er-6Zn-0.5Zr合金轧板显微组织、力学性能与导热性能

结构−功能一体化镁合金在国防军工、交通运输、电子通信等领域具有广阔的应用前景,开发力学性能和导热性能协同提升的镁合金板材是实现结构功能一体化镁合金应用的关键。本文以固溶态Mg-6Gd-1Er-6Zn-0.5Zr(质量分数,%,简称GEZ616K)合金为研究对象,研究了轧制温度和变形量对轧制态GEZ616K合金微观组织及力学性能和导热性能的影响规律。结果表明:随着轧制变形温度的上升,变形量80%的板材组织经历了从低温混晶→均匀细小再结晶→高温粗大晶粒的变化过程,并伴随基面织构减弱、大角度晶界比例增加以及合金中位错密度降低;当轧制温度一定时,随着变形量的增加,合金中孪晶数量降低,再结晶比例增加,合金力学性能和导热性能同步提升。当轧制温度为425℃时,经80%轧制变形的GEZ616K合金展现出优良的力学性能和导热性能,其抗拉强度、屈服强度和伸长率分别为280 MPa、227 MPa和11.4%,热扩散系数为72.9 mm^(2)/s,热导率为135.3 W/(m·K)。

碳基材料对脂肪酸复合相变材料导热性能影响的研究进展

为解决单一脂肪酸导热性差的应用缺点,并扩大其应用范围,综述了脂肪酸与不同碳基材料(石墨、碳纳米管、石墨烯类、碳纤维、生物基炭、石墨化碳泡沫)相结合制备复合相变材料对其导热性能的影响,并对不同碳基材料进行比较。与单一脂肪酸相比,脂肪酸碳基复合相变材料极大程度上提高了稳定性及导热性能,是解决单一脂肪酸应用问题的一种有效手段。在实际应用中,可根据需求挑选适宜的碳基材料来制备脂肪酸碳基复合相变材料。在未来仍需加深对脂肪酸碳基复合相变材料导热性能的研究,以确保碳基材料新应用的开发。

基于ANSYS/APDL的织物导热性能影响因素

为研究织物导热性能的影响因素,提出了一种基于ANSYS的织物热传递有限元仿真二次开发系统。利用ANSYS/APDL软件对织物进行参数化建模,模拟分析在不同织物组织、织物紧度、经纬纱线材料条件下,织物中的热量传递过程及温度分布特征,并计算各织物的导热系数和蓄热系数。使用C-THERM TCi导热仪对织物样本的导热系数和蓄热系数进行测试,与模拟计算结果对比,发现模拟同实验测试结果的绝对误差值在4%以内,验证了该模型的有效性,并进一步探究了织物导热性能的影响因素。结果表明:在相同条件下,平纹织物的蓄热系数和导热系数最高,斜纹次之,缎纹最低;随着织物紧度的增加,织物的导热系数和蓄热系数也升高;随着纱线导热系数的上升,织物的导热系数和蓄热系数升高。研究结果对织物导热性能的参数化模拟仿真及良好导热性能的织物开发具有重要意义。

填料水泥导热性能实验及对U型地热井取热影响的数值模拟研究

地层与井筒之间的导热性能是以热传导为主的U型地热井技术取得成功应用的关键因素之一。针对U型地热井如何提升固井水泥的导热性能问题,采用室内实验和数值模拟方法研究了导热填料对固井水泥导热性能和取热效果的影响。研究结果表明,石墨相比于实验所用其他填料而言具有更好的提升固井水泥导热性能的潜力;随着石墨掺入比例的增加,固井水泥的导热系数近似线性增加,而抗压强度近似线性下降;高掺入比例的石墨固井水泥能显著提高工作介质在U型井水平段入口处的温度,但由于U型井换热主要发生在较长的水平段上,从长期运行来看过高的掺入比例并不能显著提高取热效果,建议固井材料中石墨掺入比例控制在10%左右。研究结果对U型地热井固井水泥导热填料类型筛选和掺入参数确定具有重要意义。

还原氧化石墨烯/碳化硅/碳/环氧树脂复合膜的制备及导热性能研究

还原氧化石墨烯/聚合物复合材料因其高柔性和高热导率常被用作电子元器件的热界面材料,但还原氧化石墨烯片层易团聚,且热导率存在各向异性,可通过构建复合材料来构建导热通路改善其导热性能。以LED灯为研究对象,通过静电纺丝—高温煅烧法制得还原氧化石墨烯/碳化硅/碳复合材料。与环氧树脂共混得到还原氧化石墨烯/碳化硅/碳复合材料/环氧树脂复合薄膜,研究不同还原氧化石墨烯加入量对复合薄膜导热性能的影响。结果表明:该复合材料具有三维网络结构,还原氧化石墨烯片层插入了碳化硅/碳纳米纤维间,有效防止了还原氧化石墨烯的堆叠问题,且碳化硅/碳纳米纤维在还原氧化石墨烯片层间形成了有效的导热通路,从而提高了材料的热导率。还原氧化石墨烯/碳化硅/碳复合材料/环氧树脂复合薄膜的热导率达到2.097 W·m^(-1)·K^(-1),表明碳化硅与还原氧化石墨烯复合能够有效提高导热性能。该研究有望为电子器件及其他需要热管理应用的领域提供一种新型导热材料。

基于细观力学的石墨烯复合材料导热性能分析

基于细观力学理论,运用代表性体积元方法研究石墨烯填充聚乳酸复合材料导热性能。根据显微照片分析复合材料细观结构特征并构建细观结构模型,利用有限元方法求解复合材料等效导热系数,并通过与实验结果对比验证模型正确性和有效性。通过参数化分析研究各细观结构参数对复合材料导热性能的影响规律,所建模型及相应参数化分析结果,对石墨烯填充复合材料的导热性能预测及改进优化具有较强的指导意义。

紫外光照对氮化硼/碳纳米管/聚乙烯醇缩丁醛复合材料导热性能的影响

以PVB为基底,碳纳米管和氮化硼为填料,采用溶液共混法制备成复合材料,并针对波长范围、照射时长和辐照强度3种影响因素,开展了人工紫外照射实验,通过瞬态电热技术测量了不同波长、不同照射时长和不同辐照强度下复合材料的热扩散系数和导热系数。结果表明,氮化硼/碳纳米管/聚乙烯醇缩丁醛复合材料对波长为340 nm的光照射线更为敏感,且随着照射时间的增长或者辐照强度的增大,材料内部结构会发生断裂和降解,使得其热扩散系数呈不断下降的趋势。

大容积车载液氢瓶储运过程中的导热性能数值模拟分析

为研究大容积车载液氢瓶储运过程中的液氢瓶导热安全性问题,结合实际车载液氢瓶结构建立数值模型,在不同环境温度、压力以及加速度等参数变化情况下,分别对液氢瓶启停工况下单一参数和多参数耦合变化时液氢瓶内部温度及热通量变化进行模拟分析。结果表明:单一参数变化时,随着加速度增大,瓶内热通量升高;瓶内压力增大,热通量降低;环境温度越高,热通量越高。双因素耦合时,加速度增大会抑制环境温度降低对瓶内热通量的降低作用,同时促进压力升高对瓶内热通量的降低作用;压力增加会抑制环境温度升高对瓶内热通量的增加作用。

石墨烯层间原位生长碳纳米管薄膜制备及其导热性能研究

随着电子器件的集成化程度越来越高,对热管理材料的导热性能提出了更高要求。石墨烯具有很高的面内导热系数,由石墨烯微片堆叠而成的石墨烯薄膜面内方向具有较高导热性能,但是其厚度方向导热性能较低。碳纳米管与石墨烯有相同的元素组成和相似的晶体结构,碳纳米管轴向热导率很高。本文通过将氧化铝颗粒、催化剂二茂铁和碳源PMMA同时引入氧化石墨烯薄膜层间,在氧化石墨烯薄膜热还原的同时,原位生长碳纳米管,形成含氧化铝颗粒、一维碳纳米管和二维石墨烯三种材料和多维结构石墨烯复合薄膜。其中,二维石墨烯片提供高的面内导热性能,沿石墨烯膜厚度(层间)生长的一维碳纳米管提供较高的厚度方向导热性能;氧化铝颗粒作为高导热填料,填充石墨烯薄膜的层间间隙,连通石墨烯片导热通道;同时,氧化铝颗粒作为碳纳米管高效原位生长的衬底,显著提高碳纳米管的生长效率,提高碳纳米管含量,显著提高石墨烯膜的导热性能。研究结果表明,厚度为50μm的还原氧化石墨烯复合薄膜的面内导热系数达1006±32 W/mk、厚度方向导热系数达7.30±0.16 W/mk。

微量Ce添加对Al-Si-Fe铝合金微观组织及导热性能的影响

随着汽车零部件、通讯和电子产品的发展,其对铝合金的导热性能提出更高的需求,因此急需开发新型高强韧高导热铝合金材料。通过金相显微镜、扫描电镜、涡流电导率仪和万能力学性能测试仪等研究了微量Ce添加对Al-Si-Fe铝合金的微观组织、导电导热性能以及力学性能的影响。结果表明,稀土Ce添加量少于0.05%时对组织没有明显细化,0.07%Ce可以细化铝合金的微观组织,减少二次枝晶臂间距,初生α-Al相由粗大的枝状晶转化成胞状晶。当Ce含量为0.07%时,合金中出现亮白色的块状Al11Ce3相和灰白色针片状β-Al5FeSi相。稀土Ce元素的添加能提高合金的导电和导热性能,当添加0.07%Ce时,合金的导电率和导热率达到最佳值,导电率为36.6%IACS,导热率为153.97 W/(m·K)。随着微量稀土Ce元素的添加,合金的抗拉强度与屈服强度整体变化不大,抗拉强度为144.5 MPa,屈服强度为89.7 MPa,但伸长率有所提升。当添加0.07%Ce时,合金伸长率为4.54%,比未添加Ce时提升26.1%,这是由于微量Ce没有对组织产生足够的细化效果来提高强度,而使共晶Si和富铁相变质与细化,故提高了合金的伸长率。

纳米纤维素-石墨烯层状薄膜的导热性能模拟研究

针对高频机械电子器件散热需求,聚焦于纳米纤维素,提出通过与石墨烯结合,构建纳米纤维素-石墨烯层状薄膜分子模型,并利用非平衡态分子动力学模拟(NEMD)构建传热模型,通过统计热流和温度分布,计算薄膜的面向和法向热导率,并分析不同石墨烯层数对导热性能的影响。研究发现,随着石墨烯层数增加,面向热导率显著提升,法向热导率略有下降,证实了通过调整石墨烯含量来强化导热性能的可行性。通过体系声子态密度(PDOS),探讨纳米纤维素-石墨烯层状薄膜的导热机制,阐明纳米纤维素-石墨烯层状薄膜导热性能的规律性,为今后该层状薄膜导热性能的优化及其在热管理领域的应用提供关键的理论指导。

调控纺丝温度提高中间相沥青碳纤维的力学和导热性能

湖南大学、湖南东映碳材料科技股份有限公司和北京航天材料及工艺研究所的研究人员在《新型碳材料杂志》上发表了题为“基于工程化设备通过调控纺丝温度提高中间相沥青碳纤维力学和导热性能”的论文。研究人员发现,通过调整纺丝温度,中间相沥青基碳纤维(MPCF)的机械性能和热导率可以在制备过程中得到显著提升。在纺丝温度为309℃的情况下,该碳纤维的导热系数和抗拉强度分别为704 W/(m·K)和2.16 GPa。当纺丝温度升至320.5℃时,该碳纤维的热导率和拉伸强度增加了约50%,分别达到1077 W/(m·K)和3.23 GPa。

石墨烯/聚偏二氟乙烯界面导热性能的模拟研究

采用分子动力学模拟方法,定性分析石墨烯取向对石墨烯/聚偏二氟乙烯(PVDF)复合材料界面热导的影响,研究石墨烯边缘功能化及其比例与石墨烯/PVDF界面热导之间的关系.研究结果表明调节石墨烯在复合材料中的取向程度及对石墨烯边缘功能化有利于提高石墨烯/PVDF复合材料界面热导.模拟结果为设计和制备高导热复合材料提供新的思路和见解.

无机填料对汽车油封材料导热性能和力学性能的影响

转向器、齿轮、轴承等关键部件的油封是影响汽车安全行驶的主要因素,以聚四氟乙烯为基体的油封材料兼具较好的性能及较长的使用寿命。为了研究油封材料摩擦性能、导热性能及力学性能的影响,采用共混、冷压及烧结工艺制备不同粒径、不同含量的样品。研究结果表明,当填料粒径为纳米量级时,烧制后的复合材料密度均值可达到2.11g/cm^(3),摩擦因数均值低于0.175;填料的含量越高,热导率越大,当填料的含量达到10%时,复合材料的热导率均值大于0.50。随着无机填料含量的增加,复合材料的拉伸强度逐渐降低,但是,拉伸模量呈上升的趋势;当填料的含量为10%时,复合材料的内部发生团聚,产生了微小缺陷,拉伸强度有小幅降低,但仍大于18.5MPa,拉伸模量高达1.3GPa,材料的蠕变减小,综合性能满足油封的使用要求。

高导热PVDF/Ag纤维膜的构建及其导热性能

为了提高纤维材料的导热性能,选择不同尺寸的Ag片作为导热填料,通过静电纺丝技术一步构建了具有三维互通导热网络的PVDF/Ag纤维膜,对其形貌和化学结构进行表征,研究Ag片尺寸、Ag片含量、压缩程度对其导热性能的影响,并对其实际应用能力进行评估。结果表明:加入混合尺寸Ag片,能够形成单根纤维内部连通和纤维之间外部连通的三维互通网络结构。具有该结构的PVDF/Ag纤维膜表现出优异的导热性能,导热系数达0.1038 W/(m·K),比纯PVDF纤维膜提高了61%;将其压缩处理后,导热系数进一步提升至8.693 W/(m·K),是压缩前的83.6倍。此外,三维互通网络的PVDF/Ag纤维膜还展示出优异的力学应用能力和疏水性能。研究结果对进一步开发多功能集合的纺织品及柔性材料具有重要的参考价值。