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關注創建者:匿名 創建時間:2026-01-04
高導熱材料設計的視頻教程
CATIA一次性成功地設計由復合材料制成的高性能、已經過結構驗證的車輛零件
1、同時完成復合材料零件結構行為的設計和驗證,以發布高性能T&M 結構 2、將復合材料概念階段與高級結構仿真相集成,以實現高效的建模仿真工程方法 3、在整個 3D 注解中提供完整的復合材料產品定義
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高導熱材料設計的實例教程
研究主要包括微納材料結構設計、導熱納米粒子的定向控制、高導熱智能材料設計、高新熱管理應用技術、芯片智能導熱材料設計及應用等,為智能導熱材料的突破和發展奠定了基礎。
天津大學封偉教授帶領的功能有機碳復合材料研究團隊,10多年來圍繞碳納米材料和功能高分子的制備、結構調控、多尺度復合及力學和導熱性能開展創新研究,近年來在智能導熱復合材料的前沿創新領域,掌握了導熱結構設計、碳納米材料的可控制備、界面結構修飾及多尺度可控復合等多項關鍵技術。
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展開 圖片來源詳見論文(A部分:Chemical Engineering Journal, 2020, 383, 123072(高被引論文); B部分: ACS Sustainable Chemistry &Engineering, 2020, 8, 4427; C部分:Journal of Materials Chemistry A, 2020, 8, 14506.)
為了提高聚合物導熱性能,謝蘭教授團隊前期利用強剪切流動場與層層自組裝技術,從多維填料協同、多元異質結構設計(圖1B/C)及填料多尺度構建(圖1C)等方面搭建有序層狀網絡結構,研究了生物質基復合材料“結構-界面熱阻-導熱性能”的關系(圖1),最終實現生物質基復合材料的強韌性及其高導熱性能。
圖2. 高導熱的NFC/Fe3O4&CNT/PEO薄膜的電磁屏蔽效果展示及其機理示意圖。
基于前期研究工作,謝蘭教授團隊進一步采用“交替多層”設計思路構建了包含納米纖維素/四氧化三鐵(NFC/Fe3O4)層和碳納米管/聚環氧乙烷(CNT/PEO)層的交替多層薄膜。其復合膜展現了優異的電導率、導熱系數以及出色的電磁屏蔽效能(EMI SE)。NFC/Fe3O4&CNT/PEO柔性薄膜同時具有出色的EMI SE和導熱系數,在通信行業,便攜式電子設備和機器人關節中具有潛在的應用前景。
圖3.復合材料的導熱與電磁屏蔽性能。
本研究成果第一作者為貴州大學材料與冶金學院2018級碩士研究生李毅,通訊作者是薛白博士和謝蘭教授。
展開 1、背景描述
導熱系數是表征材料導熱性能的一個重要參數,它不僅是評價材料熱學特性的依據,也是材料在設計應用時的一個依據。目前,測量導熱系數的實驗多以固體為測試樣品。對于液體,由于導熱系數較小,基本屬于不良導熱體,而且液體具有流動性,特別是在加熱時,液體內因溫差而形成的對流將使其導熱系數的準確性降低。而隨著近年來納米流體具有優異的傳熱性能,成為了一種新型的導熱介質,滿足了熱系統高負荷的傳熱冷卻要求和微尺度狀態下的強化傳熱要求,在殼管式、雙管式、平板式等不同類型換熱器中的傳熱研究需求也不斷增大,廣泛應用于汽車、化工、太陽能集熱等不同領域。這也對液體的導熱性能測試提出了需求,現目前已有導熱性能的測試手段有6種,根據傳熱的特點和原理進行劃分。文獻調研統計發現,液體導熱系數測試多以穩態平板法為主,但在重復穩態測量時,即使設定加熱盤和環境溫度不變,穩態所對應的樣品上下表面的電壓也有起伏,由于其差值比較小,其值的微小變化會對結果造成比較大的影響,而且需要通過其他軟件進行相關結果的擬合。而非穩態中激光閃射法具有適用性強,測試結果精確等特點,而且本身帶有測試液體的樣品支架和軟件擬合模型,如圖1所示。
圖1 樣品框圖(左圖為樣品和支架圖,右圖為實體樣品支架)
圖2 儀器結構示意圖
其測試原理為:當進行樣品Z軸方向上測試,一定的設定溫度 T(恒溫條件)下,由激光源(或閃光氙燈)在瞬間發射一束光脈沖,均勻照射在樣品下表面,使其表層吸收光能后溫度瞬時升高,并作為熱端將能量以一維熱傳導方式向冷端(上表面)傳播,使用紅外檢測器連續測量上表面中心部位的相應溫升過程,如圖2所示。因此,需要對激光閃射導熱儀的液體測試方法進行開發。
展開 來源 | Chemical Engineering Journal
01
背景介紹
微納電子器件的爆炸式增長刺激了對高性能熱界面材料(TIM)的需求,以解決其過熱問題。考慮到電絕緣性和柔韌性,采用高導熱填料的聚合物基復合材料(包括金屬、碳和陶瓷材料)受到了廣泛的關注。然而,金屬或碳填充復合材料的導電性不可避免的限制了其在電子器件中的應用。因此,氮化硼、氧化鋁或氧化鎂等具有高導熱性和電子絕緣性的陶瓷填料是高性能TIM的候選填料。
其中,六方氮化硼(h-BN)由于其高平面內導熱系數(理論上高達2000 W/(mK))和優異的電子絕緣而引起了特別的關注。為了有效地將熱源產生的多余熱量傳遞到散熱器,理想的TIM最好具有高的垂直導熱系數。到目前為止,聚合物/BN復合膜即使在高填料含量(~60 wt%)下的導熱系數一般小于10 W/(mK)。然而,這種聚合物膠合填料骨架,由于簡單的物理接觸,相鄰填料之間的界面相互作用相對較弱,這在結處造成強烈的聲子散射,極大地限制了所得復合材料的導熱性增強。
聚合物-六方氮化硼(BN)復合材料因其高導熱性和優異的電子絕緣性而成為電子器件理想的熱界面材料(TIM)。然而,由于BN填料的二維形狀和化學惰性,BN的垂直排列和巨大的熱阻是當前面臨的挑戰,阻礙了聚合物/BN復合材料的高效傳熱。因此開發新型的材料制備策略調控填料的排列方式是非常重要的研究方向之一。
02成果掠影
近期,復旦大學陳敏教授團隊在開發高導熱系數的硅基橡膠復合材料取得新的進展。該團隊提出通過結合一種新型的非溶劑誘導相分離工藝“原位焊接”策略。
展開 來源 | Nano-Micro Letters
00
背景介紹
導熱聚合物基復合紙由于具有高強度、高導熱性和優異的可設計性等優點,在鋰電池、電容器、集成電路等領域受到了廣泛關注。隨著小型化和集成化的快速發展,以及功率密度的不斷提高,電子器件和電氣設備內部的熱量積聚問題日益嚴重,這就對導熱聚合物基復合紙的導熱性和耐熱性提出了更高的要求。此外,為了避免微電子元件之間形成短路電流和信號相互干擾,聚合物基復合紙應具有優異的電絕緣性,以滿足實際電子工程中的應用。雖然導熱聚合物基體(聚四氟乙烯、聚酰亞胺、芳綸和纖維素納米纖維等)復合紙由于其成本低、加工工藝簡單,但其本身耐熱性差或機械性能差,在工業上得到了廣泛的應用。或者低導熱率限制了它們的應用,不再保證高端電子電器熱管理領域的穩定性和可靠性。
在已知的有機纖維中,PBO纖維具有最高的熱分解溫度(650℃)、最佳的拉伸強度(5.8 GPa)和拉伸模量(280 GPa),被譽為21世紀的超級纖維。最近的研究表明,通過有機酸剝離得到的PBO納米纖維(PNF)可以保留PBO纖維優異的力學性能和耐熱性。此外,它們的內部含有高度定向的分子鏈和原始結晶度,具有比普通聚合物基體更好的導熱性,在導熱聚合物基復合紙領域具有廣闊的應用前景
02
成果掠影
近期,西北工業大學顧軍渭/重慶師范大學Tang Yusheng團隊通過“溶膠-凝膠”薄膜轉化工藝將表面功能化的氮化硼(m-BN)與聚對苯撐苯并二噁唑納米纖維(PNF)均勻復合,制備出仿貝殼珍珠層結構的m-BN/PNF納米復合紙。本文采用“高溫固相&重氮鹽分解”法制備了聯苯胺功能化氮化硼(m-BN)。
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氫氣因其零排放特性而被認為是能源的終極形式,氫燃料電池汽車也以其零排放的特點成為未來汽車的發展趨勢,用于存儲高壓氫氣的儲氫氣瓶是燃料電池汽車必不可少的關鍵零部件之一。根據儲氫罐的結構,它可以分為四種類型。I型儲氫罐是一種金屬氣缸,其重量大、儲存壓力低。II型的特點是在金屬襯套外部增加了環箍繞組,與I型相比,重量減輕,壓力增加。III型在金屬襯套周圍完全包裹碳纖維,并進一步加強圓頂部分,減輕重量,從而獲得更大的承壓能力
來源 | Nano-Micro Letters
00
背景介紹
導熱聚合物基復合紙由于具有高強度、高導熱性和優異的可設計性等優點,在鋰電池、電容器、集成電路等領域受到了廣泛關注。隨著小型化和集成化的快速發展,以及功率密度的不斷提高,電子器件和電氣設備內部的熱量積聚問題日益嚴重,這就對導熱聚合物基復合紙的導熱性和耐熱性提出了更高的要求。此外,為了避免微電子元件之間形成短路電流和信號相互干擾
研究主要包括微納材料結構設計、導熱納米粒子的定向控制、高導熱智能材料設計、高新熱管理應用技術、芯片智能導熱材料設計及應用等,為智能導熱材料的突破和發展奠定了基礎。
來源 | Composites Part B
01
背景介紹
隨著電子產品逐漸向輕量化和多功能化的方向發展,要求更高的集成度導致設備功率密度的增加。因此電子產品在工作中會產生過多熱量大大降低了相應設備的性能和壽命,所以散熱成為制約電子器件進一步發展的瓶頸。散熱的主要挑戰之一是由表面粗糙度引起的電子器件和散熱器配合表面的微觀間隙所引起的界面熱阻
來源 | Nano-Micro Letters
01
背景介紹
具有層狀結構的碳纖維復合材料以其特殊的各向異性、高強度在工程相關領域受到了廣泛關注。特別是在散熱方面,層狀結構促進了聲子沿徑向的良好運輸,使熱在平面內快速傳播。與其他熱導體相比,這種獨特的結構特征在水平散熱方面具有壓倒性的優勢,使其非常適合小型化
具有高焓值的有機相變材料(PCM)是理想的儲熱和放熱材料,有望促進熱能利用,緩解能源短缺問題。然而,普通有機相變材料固有的吸光性差、導熱性差、形狀穩定性弱等缺點嚴重制約了太陽能的吸收、轉化和利用。近日,北京化工大學李曉鋒教授、于中振教授團隊通過在 2800 °C 下進行單向冷凍、凍干、碳化和石墨化,首次設計出了由預氧化聚丙烯腈(OPAN)/氧化石墨烯(GO
來源 | ACS Applied Materials Interfaces
01
背景介紹
隨著現代智能電子和通信技術的迅猛發展,開發具有高功率密度和小型化的新型電子器件成為人們研究的熱點。聚合物基復合材料具有易于加工、良好的電絕緣性和良好的化學穩定性,是新型設備中應用最多的材料。然而,聚合物基復合材料的低導熱性和高溫穩定性差限制了其應用范圍為了獲得更高的散熱能力
來源 | Chemistry of Materials
01
背景介紹
隨著電子設備的集成化和大功率化,散熱問題成為制約其發展的瓶頸。為了保證電子設備的穩定運行,迫切需要一種高性能的熱界面材料(TIM),其通用厚度約為0.05 ~ 5.00 mm,廣泛應用于電子元件與散熱器之間的間隙。對于電子元件產生的熱量向散熱器的正傳遞,TIM
來源 | Composites Science and Technology
01
背景介紹
全球可穿戴電子產品市場增長迅速,成為智能設備發展最快的領域。微電子、機器人、可拉伸傳感器、生物醫學器件、儲能儀器等方面的突破使得越來越多的大功率電子器件集成到柔性系統中,這使得柔性電子器件的散熱問題越來越突出。共晶鎵銦合金
來源 | Journal of Energy Storage
01
背景介紹
隨著電動汽車(EV)和混合動力電動汽車(HEV)的發展,鋰離子電池因其高容量、高電壓、高能量密度和低自放電率而受到廣泛關注。然而,動力鋰電池組在行駛過程中總會產生不同程度的熱量。如果鋰離子電池產生的熱量沒有及時散發