介孔二氧化硅双重孔隙的导热特性研究

介孔二氧化硅颗粒的双重孔隙分布特征对材料的导热性能具有显著影响。本文通过微观形态表征分析了介孔二氧化硅的复合孔道，并基于受限空间内的气体分子动力学理论，构建了双重孔隙结构的热导率关联模型。为了验证理论模型的合理性与准确性，采用瞬态热带法测量了介孔二氧化硅材料(MCM-41和SBA-15)在0～30 MPa和20～550℃的环境压力及温度变化下的有效热导率。实验测量结果表明，本文理论模型可以有效预测介孔二氧化硅颗粒热导率的变化规律。进一步根据模型分析可知，材料热导率随着环境温度及压力的升高而增长，表现出明显的正相关性，同时其微观结构的差异也是热导率变化的决定性因素。     

α-Al_2O_3介孔材料导热特性的模拟

本文针对α-Al2O3有序介孔材料的导热特性开展分子动力学模拟分析.提出了一种保证电中性的孔道结构构造方法;采用逆非平衡分子动力学方法(muller-plathe法),选取Matsui势为作用势,模拟计算了Al2O3介孔晶体材料在不同环境温度下沿孔道轴向方向的热导率;并借助全面实验分析法,设计了模拟条件,以考察孔径和孔隙率对热导率的影响.模拟结果显示:介孔Al2O3热导率先随温度的升高呈上升趋势,并在200—400 K之间取得极值;而后在400—1400 K范围内,热导率随温度的升高几乎呈线性下降.孔隙率一定时,随孔径增大,介孔Al2O3材料比表面积降低,界面散射的抑制作用减弱,使材料热导率略有上升;孔径一定时,随孔隙率上升,孔道壁面声子数减少,材料热导率下降明显;相对于孔径因素,材料孔隙率对声子导热影响更大.     

基于微拉曼光谱技术的氧化介孔硅热导率研究

利用基于有效介质理论的介孔硅传热机理，提出一个用于分析氧化介孔硅热导率的理论模型，对影响氧化介孔硅有效热导率的因素进行了理论分析，得出用于计算氧化介孔硅有效热导率的计算公式. 采用双槽电化学腐蚀法制备介孔硅，利用微拉曼光谱技术研究了氧化介孔硅热导率随所制备介孔硅孔隙率的变化规律，比较了经不同温度处理的氧化介孔硅的导热性能差异. 孔隙率为60%，73.4%和78.8%的所制备介孔硅经300℃氧化处理后，其热导率值为8.625W/(m·K)，3.846W/(m·K)和1.817W/(m·K)；孔隙率为73.4     

基于微拉曼光谱技术的氧化介孔硅热导率研究

利用基于有效介质理论的介孔硅传热机理,提出一个用于分析氧化介孔硅热导率的理论模型,对影响氧化介孔硅有效热导率的因素进行了理论分析,得出用于计算氧化介孔硅有效热导率的计算公式. 采用双槽电化学腐蚀法制备介孔硅,利用微拉曼光谱技术研究了氧化介孔硅热导率随所制备介孔硅孔隙率的变化规律,比较了经不同温度处理的氧化介孔硅的导热性能差异. 孔隙率为60%,73.4%和78.8%的所制备介孔硅经300℃氧化处理后,其热导率值为8.625W/(m·K),3.846W/(m·K)和1.817W/(m·K);孔隙率为73.4 关键词： 理论模型 氧化介孔硅 微拉曼光谱 有效热导率     

介孔复合材料声子输运的格子玻尔兹曼模拟

采用格子玻尔兹曼方法对NaCl@Al2O3介孔复合材料内的声子热输运进行了模拟分析.基于德拜物理模型,提出了温度耦合的复合材料界面处理方法,有效实现了复合材料声子输运的格子玻尔兹曼模拟,获得了不同孔径、孔隙率、孔形状、孔排列、界面条件系数下介孔复合材料的热导率,并进行影响因素分析.结果表明:该介孔复合材料热导率,在孔隙率一定时,随着孔径增大而增大,呈现显著的尺度效应;在孔径一定时,热导率随孔隙率增大而减小;孔径和孔隙率一定时,热导率随界面条件系数的增大而减小;孔形状和孔排列均会影响介孔复合材料的热导率,且这种影响会随着界面条件系数的增大而增大.     

ZnO/MCM-41复合材料的制备及其光谱性质

以硅酸钠(NaSiO3·9H2O)为硅源,三甲基十六烷基溴化铵(CTAB)为模板剂在碱性条件下水热合成介孔分子筛MCM-41,然后以其为主体,采用锌盐浸渍-灼烧的方法.在介孔分子筛MCM-41上负载了氧化锌(ZnO)纳米微粒,并通过扫描电子显微镜,红外光谱(1R).紫外可见吸收光谱(UV-Vis),N2-吸附脱附和荧光光谱等手段对产品进行了系列表征.结果表明,分子筛平均直径约为1.7μm,对不同温度下灼烧后得到的ZnO/MCM-41组装体的光谱性质进行研究表明介孔分子筛MCM-41的尺寸所限,制备出的ZnO粒子粒径小于2 nm.量子尺寸效应使得ZnO/MCM-41组装体中的ZnO纳米粒子的紫外可见吸收光谱及荧光光谱均发生蓝移.通过红外光谱分析得知ZnO负载到MCM-41上并没有改变介孔分子筛原有的骨架结构.     

超声波酸性体系下MCM-41的合成及表征

以十六烷基三甲基溴化铵(CTAB)为模板剂,正硅酸乙酯(TEOS)为硅源,以超声波为辅助手段于酸性介质中制备出了MCM-41介孔分子筛,采用XRD、TEM、FTIR等手段对样品进行了分析表征.结果表明,所合成样品具备MCM-41所特有的六方排列的一维孔道结构和较高的有序度,所合成的MCM-41平均粒径为11nm,孔径约为2.7nm.     

纳米多孔氩薄膜热导率的分子动力学模拟

利用经典的Lennard-Jones势能模型,采用分子动力学模拟方法研究纳米多孔氩薄膜热导率.结果表明,纳米多孔氩薄膜热导率明显小于同温度下纯纳米氩薄膜热导率,并且孔隙率越大热导率减小越多.借助基于并联方法的有效热导率模型,对纳米多孔氩薄膜的热导率随孔隙率的变化进行解释.模拟结果还发现,薄膜内的多孔分布对薄膜的热导率有影响.     

罗丹明6G/MCM-41纳米复合物的发光蓝移

介孔分子筛MCM-41具有规则排列的纳米量级的孔道，可以作为宿主封装其他材料。利用这一性质，将激光染料罗丹明6G分子封装在介孔分子筛MCM-41中形成了纳米复合物。用透射电镜、小角度X射线衍射和荧光光谱等方法对纳米复合物的性质进行了分析。用波长为480nm的光对纳米复合物进行激发，得到的发光峰为531nm。与无限稀罗丹明6G乙醇溶液的发光峰相比，这一发光峰有15nm的蓝移和明显的宽化。我们认为当罗丹明6G分子封装在MCM-41的介孔中时，罗丹明6G分子与介孔分子筛孔道表面分子之间存在较强的相互作用(包括氢键、静电吸引等)，导致电子云被局域在具有较强吸引力的分子筛表面原子周围。引起激发态能量升高，发光峰蓝移。     

MCM-41水分吸附特性的调控研究

本文以介孔分子筛MCM-41为研究对象,通过合成与后改性法,调控其孔径、表面性质以及平衡阳离子种类。通过X射线衍射、液氮吸附对介孔材料结构进行结构分析,采用动态水分吸附仪研究其水分吸附特性,并结合吸附等温线热力学模型进行分析。研究结果表明:铝嫁接有效提高MCM-41在低湿度下吸附量,并且随着嫁接浓度的增大而增加;通过阳离子置换强化了低湿度环境下MCM-41的吸附量,不同阳离子置换后的强化效果:Mg~(2+)+Li~+Na~+。热力学模型分析表明阳离子置换后的吸附剂表面均一,且具有较好的亲水性。     

Thermal conductivity of a kind of mesoporous silica SBA-15

Mesoporous silica SBA-15 consists of uniform hexagonal, unconnected cylindrical channels with diameters that can be tuned within a range of 1.5 nm-30 nm, and is thought to have a special thermal conductivity. The theoretical investigation of the shell thermal conductivity of the mesoporous silica is performed in the relaxation time approximation in this paper and an available one-dimensional heat transfer model is used to predict the effective thermal conductivity （ETC） of the mesoporous silica. The experimental result of the ETC is also presented for comparison. The shell thermal conductivity of the mesoporous silica decreases with mesochannel radius increasing or wall thickness decreasing, but does not strictly decrease with porosity increasing. The thermal radiation possibly plays a primary role in heat transfer at the large porosity scale. The predicted ETC of SBA-15 with only conduction considered is quite low at the large porosity, even lower than the thermal conductivity of the silica aerogels. To realize it, doping carbon or other matters which can strongly absorb infrared light into SBA-15 is a possible way.     

考虑接触热阻的纳米颗粒堆积热导率的分析

本文首先使用Callaway热导率模型对SiO₂纳米颗粒的热导率进行了近似计算,然后耦合堆积纳米孔隙内的导热和辐射、颗粒接触热阻,基于颗粒堆积单元结构模型的一维传热分析,最终推导得到了颗粒堆积有效热导率关于颗粒直径和温度、堆积孔隙率、颗粒热导率、气相热导率、辐射传热和接触热阻的关系式,并用该式进行了相关讨论。研究结果表明,对于纳米颗粒堆积,界面接触热阻不容忽略;在低孔隙率和颗粒不参与辐射的条件下,由于受到接触热阻的影响,存在最佳孔隙率（或密度）使得堆积热导率存在最大值。     

二维多孔热密封材料的有效导热系数模拟

本文对于二维多孔热密封材料的有效导热系数模拟提出一种简单有效的方法,它可以模拟介于固相连续和固相不连续之间的任何形式的孔隙分布结构,通过类比多孔渗流模型得出一种相关系数,再根据热阻串并联的关系计算四种可计算模型的有效导热系数,通过相关系数得到具体模型的有效导热系数。本文的模拟方法可以控制孔隙率、孔径、孔隙分布、温度等影响有效导热系数的重要参数,考虑了辐射的影响,而且模拟简单,计算快速,模拟结果与文献中实验的结果相比较能很好的吻合,验证了本文方法的正确性。     

基于分形理论的多孔介质导热系数研究

本文根据分形理论,对多孔介质几何结构进行了描述,计算出了不同孔隙率多孔介质简化模型的剖面面积分布分形维数d,并利用分形维数结合土壤导热模型推出了土壤的有效导热系数表达式,计算结果表明,该方法是符合客观实际的．     

使用条件生成对抗网络生成预定导热率多孔介质

多孔介质在工程领域中的应用非常广泛,其中有效导热率和孔隙率为多孔介质材料非常重要的性质,得到一个符合需要的有效导热率和孔隙率的多孔介质材料具有重要意义.本文使用四参数随机生成方法制作了训练数据集,搭建了一个条件生成对抗网络(CGAN),使用预定的有效导热率和孔隙率作为输入,生成一个满足输入条件的多孔介质结构.特别地,由于多孔介质的孔隙结构分布对材料的有效导热率影响巨大,提出局部结构损失函数参与网络训练,使得网络更好地学习到孔隙分布与导热率之前的关系.通过使用格子Boltzmann方法验证神经网络生成的多孔介质结构的有效导热率,结果表明该方法能够快速且准确地生成预定参数的多孔介质结构.     

热管吸液芯的研究进展

文中对热管内吸液芯的研究进展进行了阐述,着重从对热管传热性能起主要影响作用的比表面积、孔隙率、渗透率、有效毛细半径、密度、有效导热系数等结构参数方面进行了分析,最后介绍了多孔泡沫金属这一新型的热管吸液芯,并指出了今后的研究方向.     

Tuning Thermal Conductivity in Si Nanowires with Patterned Structures

Tuning the thermal conductivity of silicon nanowires(Si-NWs)is essential for realization of future thermoelectric devices.The corresponding management of thermal transport is strongly related to the scattering of phonons,which are the primary heat carriers in Si-NWs.Using the molecular dynamics method,we find that the scattering of phonons from internal body defects is stronger than that from surface structures in the low-porosity range.Based on our simulations,we propose the concept of an exponential decay in thermal conductivity with porosity,specifically in the low-porosity range.In contrast,the thermal conductivity of Si-NWs with a higher porosity approaches the amorphous limit,and is insensitive to specific phonon scattering processes.Our findings contribute to a better understanding of the tuning of thermal conductivity in Si-NWs by means of patterned nanostructures,and may provide valuable insights into the optimal design of one-dimensional thermoelectric materials.     

Mesoporous silica (MCM-41) effect on (PEO + LiAsF6) solid polymer electrolyte

Composite polymer electrolyte films consisting of polyethylene oxide (PEO), LiAsF₆ and mesoporous silica (MCM-41) with fixed PEO/LiAsF₆ = 90/10 but different weight percent ratios of MCM-41 were prepared using the solution casting method. The polymer electrolyte films were characterized using XRD, DSC, SEM and electrical impedance spectroscopy. In corporation of MCM-41 in a (PEO + LiAsF₆) polymer electrolyte facilitates salt dissociation, enhances ion conductivity, and improves miscibility between organic and inorganic moieties. The scanning electron microscopy (SEM) photographs indicates the electrolytes are miscible and homogeneous up to 10 wt.% of MCM-41, and an optimized conductivity is found at this composition (10 wt.%). However, at higher weight ratios (>10 wt.%), the Li/MCM-41-rich domain developed, and the conductivity decreased with increasing mesoporous material. The electrochemical performance of fabricated electrochemical cells of configuration Li/(PEO + LiAsF₆ + MCM-41)/(MoO₃ + C + PTFE) were investigated.     

温室中岩床蓄热性的分析

本文针对被动式太阳温室岩床蓄热系统,分析了岩床孔隙率、粒径和材料对岩床蓄热的影响。岩床应分层铺设, 岩床上部孔隙率、粒径相对较大;超过一定深度后,铺设孔隙率、粒径小的岩石;热容量(pc)和导热系数影响岩床平均温 度日变幅和热惯性。     

A Fractal Model for Effective Thermal Conductivity of Isotropic Porous Silica Low-k Materials

We establish a new model based on fractal theory and cubic spline interpolation to study the effective thermal conductivity of isotropic porous silica low-k materials. A 3D fractal model is introduced to describe the structure of the silica xerogel and silica hybrid materials （such as methylsilsesquioxane, MSQ）. Combined with fractal structure, a more suitable medium approximation is developed to study the isotropic porous silica xerogel and MSQ materials. Cubic spline interpolation for fitting discrete predictions from the fractal model is used to obtain the continuous function of the effective thermal conductivity versus porosity. Compared with other common models, the effective thermal conductivity predicted by our model presents better agreement with the experimental data for all porosity. These results indicate that the proposed model is valid.