相變材料工程的案例
材料性能例如：彈性模量，隨坐標或時間或空間變化系列1-相變、潛熱、材料成分變化 ￥299
<p>材料的彈性模量有時候隨坐標是變化的，例如梯度涂層等，這個時候就需要借助子程序來實現了，下面是成功的模型結果</p><p><img src="https://img.jishulink.com/upload/201805/1526905570330_blob.png" alt="blob.png" height="266" width="673"></p><p><img src="https://img.jishulink.com/upload/201805/1526905796063_blob.png" alt="blob.png" height="336" width="335">模量隨y坐標變化的模型的狀態變量</p><p>無梯度代表著均勻模量模型，有梯度代表模量從下到上隨y坐標變化（如果想讓它隨x坐標也變化，可以修改程序，很簡單）</p><p><img src="https://img.jishulink.com/upload/201805/1526905703702_blob.png" alt="blob.png"></p><p>模量隨y坐標成拋物線變化，底端固定，上面施加拉伸載荷</p><p>結果分析：</p><p>1 狀態變量值的大小代表了模量的大小（程序中設置E與狀態變量是線性關系），從狀態變量的云圖結果可以看出，底端模量最小，SDV2值最小，隨著y增加，開始增加很慢，然后增加速率增大，頂端的SDV2值最大，由此可知，模量隨y拋物線變化程序是沒有問題的；</p><p>2 從y反向的彈性應變也可以看出：對于均勻的彈性模量模型，因為總體模量都是200GPa，所以相同的拉伸載荷之后，y方向的彈性應變更大，這也印證了程序的正確性；</p><p>以下打包文件中包含源程序和例子：</p><p><img src="https://img.jishulink.com/upload
展開 材料性能例如：彈性模量，隨坐標或時間或空間變化系列2-相變、潛熱、材料成分變化
<p><img src="https://img.jishulink.com/upload/201805/1526958274444_blob.png" alt="blob.png"></p><p>本文是緊接上個帖子的內容，對usdfld子程序采用了另外一種編寫方法，并且對應力和應變的結果進行了對</p><p>比，兩者結果完全一致，這表明兩種不同的編寫方法都是正確的，而且達到了非常一致的結果，本貼的內容將為模量隨坐標的模擬提供另一種新的思路，具有很重要的指導意義。</p><p>ABAQUS斷裂模擬收徒 ，保證快速學會各種ABAQUS斷裂模擬方法 1200/人（將享有各種插件以及程序，價值3000+、專門定制視頻、全程親自教學、各種模型調試及解答問題等等，傾囊相教）</p>
展開 abaqus模擬材料相變的方法及代碼
奧氏體向馬氏體轉變會產生相變應力，如何在abaqus中實現相變應力的模擬的，現在主要有兩種方法：1 umat，2 usdfld+uexpan，對于第一種方法必須是理論功底很深厚的abaqus資深玩家才可能在較短的時間內搞定，否則還是放棄吧，對于第二種模擬方法，也必須有理論功底，并且熟悉abaqus的二次開發才可以，由于設計到程序開發這塊，不是一兩句能描述的清楚，所以如果大家還有什么更多疑問可以站內私信咨詢，我做過奧氏體向馬氏體的二次開發程序，而且還做過同時包含反向的相變程序，以及一種材料向另一種材料轉變的程序，希望可以幫到大家
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展開 相變過程材料的熱導率
熱導率是材料的基本物理屬性之一，在很多領域起著重要甚至決定性的作用。具有高熱導率的材料常在散熱方面用途廣泛，而具有低熱導率的材料則主要應用于隔熱領域。熱導率的定義以及測量均需要絕熱條件，即材料和環境之間無能量交換，熱量只能沿著材料從高溫傳導至低溫。目前材料熱導率的測試技術已相當成熟，特別針對塊體材料，熱導率相關參數的測量均已有國際和國家標準，以及成熟的商用儀器。
相變是很多材料具有的一項特性。相變材料在固態存儲、光電開關、能量轉換等領域具有廣泛的應用。眾所周知，發生相變時，材料和環境之間存在顯著的能量交換，會與熱量的傳遞強烈耦合。因此，材料相變過程中熱導率的理解和測量顯然不同于絕熱條件下的情形，是一個未知而又非?；A和重要的科學問題。對該問題的研究有望帶給人們新的認識并推動相關的應用。
特別在現階段，針對材料相變過程中的熱導率，出現了很多不一致甚至完全相對立的理解和實驗數據。例如，Cu2S、Ag2S等具有一級相變，其電性能在相變時不存在拐點，很平滑地從低溫相變化至高溫相，但它們的熱導率卻出現了反常的拐點，在相變時低于低溫相和高溫相的數值；即使對具有二級相變的Cu2Se，采用直接測量的熱容值和杜隆珀替Dulong-Petit理論熱容值分別計算得到的熱導率，在相變區域具有截然相反的變化趨勢。
展開 
用于電池熱管理的高導熱柔性復合相變材料
根據傳輸介質的不同，目前已深入研究了空氣冷卻、液體冷卻和相變材料（PCM）冷卻三種冷卻方法。在這些方法中，空氣和液體冷卻作為主動冷卻方法通常需要額外的設備、大空間、高消耗并且增加電動汽車的重量。相比之下，PCM作為被動冷卻方法，具有潛熱高、無需額外動力設備、成本低等優點，近年來備受關注。復合相變材料（CPCM）作為被動電池熱管理系統（BTMS）仍然面臨著易泄漏、高剛性和低導熱率等諸多挑戰。
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成果掠影
近期，廣東工業大學材料與能源學院李新喜老師團隊提出了一種具有高抗滲漏和導熱性能的多功能柔性CPCM，利用聚乙二醇和六亞甲基二異氰酸酯的聚合和交聯反應從本質上解決了CPCM的滲漏問題。結果表明，CPCM表現出優異的抗滲漏和彈性性能。
特別是在3wt%氮化鋁和 2 wt% 碳納米管的協同作用下，CPCM的導熱系數明顯提高了2.8倍。此外，采用多功能柔性CPCM的電池模塊即使在1.5C放電倍率下最高溫度也能控制在45℃以下，相應溫差保持在4.3℃以內。憑借這些優異的性能，多功能柔性PEAC可以為提高應用中電池組的熱安全性提供有效的解決方案，這將顯著促進電動汽車的發展。
研究成果以“Multifunctional flexible composite phase change material with high anti-leakage and thermal conductivity performances for battery thermal management”為題發表于《Journal of Energy Storage》。
展開 一種用于芯片散熱的復合相變熱界面材料
需要注意的是，熱界面材料(TIMs)被廣泛用于填補電子元件與散熱器接觸界面處的氣隙，因此在電子元件的散熱中起著至關重要的作用。電子技術的進步需要開發高性能的TIM。增強導熱系數是提高TIMs散熱性能的一種非常有效的方法，這可以通過添加導熱填料來實現。對于粘結厚度（BLT）和接觸熱阻（TCR），它們與硬度密切相關。有報道稱，采用固-液相變材料(PCMs)作為TIMs，即相變TIMs (PCTIMs)，其在吸收電子元件產生的熱量后由固態變為液態，硬度顯著降低，從而降低熱阻。此外，PCTIMs在吸熱前為固態，具有易于安裝的優點。然而，目前的PCTIMs通常存在兩個缺點，液體PCM泄漏和導熱系數低。因此，開發高導熱、形狀穩定的PCTIMs對于實現高效散熱具有重要意義。
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成果掠影
相變熱界面材料(PCTIMs)受到越來越多的關注，但其導熱系數低，難以顯著改進。近期，華南理工大學傳熱強化與過程節能教育部重點實驗室方曉明研究員取得新成果。該團隊使用垂直排列的短切碳纖維(VASCFs)用于開發具有高導熱性的PCTIMs，這是首次采用該方法開發PCTIMs。由于提供了完整的傳熱路徑，VASCFs獲得了最有效的導熱增強效果，這一點在有限元模擬中得到了進一步驗證。因此，將VASCFs摻入硅橡膠(SR)和石蠟(PA)的材料中，以制造形狀穩定的相變材料。VASCFs/PA/SR材料的導熱系數高達7.00 W/(m·K)，遠高于之前報道的PCTIMs。更重要的是，PA相變引起的熱阻降低導致VASCFs/PA/SR的散熱性能更好，從而使VASCFs/PA/SR相變熱墊具有實際應用潛力。
展開 材料性能例如：彈性模量，隨坐標或時間或空間變化系列3（圓柱坐標系）-相變、潛熱、材料成分變化
<p>有的時候我們需要材料模量隨坐標變化來形成梯度變化的材料，前面已經介紹了材料的模量在總體坐標系（直角坐標系）下隨xy坐標的變化，但是在某些特殊情況下，我們需要材料環向均勻，徑向漸變，這在很多工程研究中都是常見的，下面我們仍然借助之前的子程序，改變編寫過程，實現模量在圓柱坐標系下的改變，下面給出例子。</p><div contenteditable="false" width="100%"><img src="https://img.jishulink.com/upload/201806/1528006192252_1.jpg" title="1.jpg" alt="1.jpg" style="max-width:760px;" data-mobile-src="https://img.jishulink.com/upload/201806/1528006192252_1.jpg?image_process=/format,webp" data-pc-src="https://img.jishulink.com/upload/201806/1528006192252_1.jpg?
展開 有機相變材料（PCM）應用于海水淡化的數值仿真模型 ￥1500
有機相變材料（PCM）的低熔點使其成為存儲太陽能的理想選擇。然而，有機PCM弱光熱、導熱性能嚴重阻礙了其實際應用。研究表明，向有機PCM中添加納米顆?？梢杂行Ц纳破涔鉄嵝阅埽S多納米顆粒成本高昂，難以合成，且加入納米顆粒后，有機PCM潛熱下降顯著。由于NTP最初是在海水淡化中提出的，尚未引入PCM，本案例將有機相變材料PCM應用于海水淡化中，建立了一二維幾何模型，如圖1所示。
圖1 幾何模型
模擬得到PCM作用下的海水淡化過程中的溫度場、速度場、相對濕度場以及PCM材料中的液相率的變化，仿真結果如下圖所示。
圖2 溫度場變化
圖3 速度場變化
圖4 相對濕度場變化
圖5 PCM液相率變化
感興趣的朋友，歡迎交流模型！
展開 一種用于熱管理的柔性相變薄膜材料
相變材料(PCMs)可以通過改變自身的物理狀態來儲存或釋放熱能，并在一定時間內保持溫度恒定，它們已被用作電池熱管理或熱失控抑制的有效工具。然而，PCM熱管理不可避免的問題是它的泄漏問題。
為了解決這一問題，提出了多種制備形狀穩定的復合相變材料的方法。然而，這些復合PCM在固態下通常是剛性的，不能很好地貼合在熱器件表面，增加了界面熱阻和安裝難度。然而，目前使用的PCM在實際應用中，由于其固有的剛性、易脆性破壞和不可回收性，導致其相互接觸不良、熱接觸電阻高、使用壽命短。為了克服這些問題是目前研究的重點方向之一。
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成果掠影
近期，中國科學院大連物理化學研究所史全教授在開發具有柔性的熱管理相變材料取得新的成果。該團隊開發了一種具有高轉變焓的柔性自愈相變膜，該相變膜具有較高的儲能密度、良好的柔韌性和自愈能力。實驗結果表明在98.7℃的相變溫度下，相變膜具有優異的彈性，相變焓高達191.5 J/g。值得注意的是，由于氫鍵的可逆性，柔性相變膜具有良好的自修復能力，其自修復效率高達91.1%。此外，還將相變膜附著在加熱平臺表面，以評估其在熱管理方面的潛力。該柔性自愈相變膜在不同升溫速率下均能保持高效的熱管理能力，具有發展先進熱管理技術的巨大潛力。研究成果以“Flexible self-healing phase change film with high transition enthalpy for thermal management ”為題發表于《Journal of Energy Storage》。
展開 一種用于鋰離子電池熱管理的相變材料
相變材料 (PCM) 是 TES 的重要候選材料，因為它在相變過程中具有高潛熱和窄的溫度波動。然而，導熱系數低和形狀穩定性差嚴重阻礙了相變材料的大規模應用。將多孔碳質材料和相變材料集成形成形狀穩定的復合相變材料（ss-CPCM），為這一挑戰提供了一種適用、簡便且簡單的解決方案，這歸因于碳的優異性能，包括高導熱性，比表面積大，與各種相變材料具有良好的化學相容性。因此，CPCM 在 TES 以及熱管理方面顯示出巨大的潛力，例如電子設備和電化學儲能系統。對于電化學儲能的熱管理系統，研究人員進行了大量的探索，并通過實驗和模擬提出了各種解決方案。
碳納米管（CNT）作為碳的重要同素異形體，具有長圓柱形結構，直徑為一至數十納米，長度為幾微米至幾厘米。在過去的幾十年里，碳納米管在相變材料領域展現出了巨大的潛力，為相變材料所面臨的各種挑戰提供了有效的解決方案，例如導熱系數低、形狀穩定性差、光穩定性差等。為了進一步提高CPCM的性能，人們提出并不斷探索改性碳納米管。
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成果掠影
近期，西安交通大學王秋旺教授團隊基于金屬有機框架（MOF）制備了高度取向的含氮碳納米管（N-CNT）。然后以所合成的N-CNT為支撐材料、二十二烷為功能材料制備了N-CNT/二十二烷復合PCM（CPCM）。結果表明，通過與 N-CNT 結合，二十二烷的形狀穩定性顯著增強。CPCM 擁有導熱系數達到0.5286 W·m
-1·k
-1。此外，CPCM在20次熔化-冷凍循環后表現出優異的循環性能，具有超高的潛熱保留率（熔化過程為99.95％，冷凍過程為99.94％）。在充放電循環性能測試中，采用CPCM薄膜后，鋰離子電池的最高溫度降低了約2℃。
展開 氣凝膠相變隱身復合材料！
量子阱、電致變色染料、相變材料等能夠動態調控紅外輻射，然而，在調諧過程中通常需要持續耗電，且響應速度慢、可調范圍窄、柔韌性差。此外，通過調控溫度可實現紅外隱身，然而隔熱毯等材料一般都比較厚重，易導致熱量積聚?？梢姡行У仉[藏目標，使其對熱紅外探測器不可見仍然面臨巨大挑戰。
中國科學院蘇州納米技術與納米仿生研究所張學同研究員領導的氣凝膠團隊制備了一種具有高孔隙率（ 98% ）和高比表面積（ 365.99 m 2 /g ）的柔性氣凝膠薄膜，通過溶解杜邦 TM 的 Kevlar 獲得納米纖維溶膠，再經刮刀涂布、溶膠 - 凝膠及后續的冷凍干燥過程獲得 Kevlar 氣凝膠薄膜。該氣凝膠具有優異的隔熱性能，室溫環境下，熱導率約為 0.036 W/m K ， 200μm 厚的氣凝膠薄膜覆蓋在 300°C 的熱源上，氣凝膠表面溫度僅為 220°C ，溫差達到了 80°C 。 與 相變材料聚乙二醇復合并進行疏水化處理，制備出氣凝膠 / 相變復合薄膜，該相變復合薄膜：（ 1 ）相變焓高達 179.1 J/g ；（ 2 ）紅外發射率與多數環境背景匹配；（ 3 ）在 3μm-15 μm 紅外波段具有超低紅外透過率。在室外環境（如光照）下，用該復合薄膜覆蓋無發熱物體，可實現紅外隱身。對持續發熱物體（比如發動機），提出了氣凝膠隔熱層與相變復合薄膜疊加的組合結構： Kevlar 氣凝膠薄膜具有優異的隔熱性能，根據目標與環境之間的溫度差異，選擇合適層數或者厚度的氣凝膠層，可將溫度降低至與環境溫度匹配；相變復合薄膜具有低紅外透過率，高溫目標發射的紅外光無法透過。因而覆蓋這種組合結構的高溫目標在紅外照片中也能實現紅外隱身。
根據使用場景，選用匹配的氣凝膠 / 相變復合薄膜，或者組合結構，即可實現紅外隱身，如圖 1 所示。
展開 
一種用于電子器件熱管理的柔性相變材料
因此，開發提高散熱效率的熱管理材料具有重要的意義。
相變材料(Phase change materials, PCMs)作為一種高效的熱管理材料，可以通過固-液相變過程吸收和釋放熱量。然而，PCMs存在漏液、導熱系數低、剛性強等固有缺陷，嚴重制約了其進一步的實際應用。大多數PCMs都表現出脆性和易碎性。當用作散熱器和加熱元件之間的熱界面材料(TIMs)時，這種現象會產生不可忽略的熱阻，從而對電子器件的熱管理效率產生不利影響。
柔性PCMs被認為是與物體接觸且能夠承受某些變形(例如，彎曲，拉伸和壓縮)的材料。雖然目前的PCMs具有優異的形狀穩定性和柔韌性，但由于難以加入導熱填料，其導熱性仍然有限。因此，當PCMs用作TIMs時，對靈活性和增強導熱性的要求仍然具有挑戰性。
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成果掠影
近期，西南交通大學王勇和祁曉東團隊針對開發用于電子器件熱管理的柔性導熱相變材料取得最新進展。本文制備了聚二甲基硅氧烷/石蠟/氮化硼(PDMS/PW/BN)相變復合材料。首先通過刮削獲得BN沿平面(x-y方向)的排列，然后通過熱壓縮和滾切誘導BN沿平面(z方向)排列。因此，PW被交聯的PDMS/BN網絡包裹，從而形成與天然木材相似的年輪結構。年輪結構有效地避免了PW的液體泄漏，從而顯示出高達98%的高尺寸保留率。BN網絡的垂直取向使PCM在BN負載為13.0 wt%時的通平面導熱系數提高到2.16 W/mK，與PDMS/PW相比，顯著提高了943%。通過觸發PW的熔融結晶轉變，pcm表現出可調諧的導熱性。原位x射線衍射表明，BN網絡重排發生在相變過程中。在實際工作芯片上和有限元仿真中，驗證了PCMs具有良好的熱管理能力。
展開 一種用于電子器件熱管理的相變復合材料
因為電子產品主要由堅硬的材料制成，由于堅硬和粗糙的界面之間的點接觸，不能與散熱器產生完美的接觸。因此，需要低壓應力、耐久性好、高垂直導熱系數的熱界面材料（TIM）來填充粗糙表面之間的空隙。
石墨烯、碳納米管和碳纖維等微米級或納米級碳材料的引入是提高 TIM 導熱系數的最常用方法之一，因為它們具有超高的固有熱導率。熱導率增強主要取決于填料填充量、界面熱阻和填料形態，包括尺寸、厚度、縱橫比和排列方向。通常，具有高縱橫比、納米級厚度和超過滲透閾值的填充物會促進熱導率的增強。
然而，隨機分散的填料會導致有限的熱導率，由于不連續的導熱通路導致強烈的聲子散射，無法滿足一般操作要求。為了克服這一缺陷并充分利用高熱導率的碳基填料，它們通常通過電場/磁場輔助定向、剪切誘導排列等構建有序的導熱網絡。然而，由于填料之間的離散接觸，熱阻仍然過高。
相變材料（PCM）多年來一直用于許多領域，包括電子和建筑中的儲能和熱管理。通常，基于 PCM 的 TIM 由基質和熱填料組成。在相變溫度下，PCM基體會從固態轉變為液態，吸收熱能并充分潤濕粗糙表面以減少接觸熱阻，因此，開發出具有優異的熱導率以及柔性的導熱復合相變材料對于電子器件的進一步發展有著重要作用。
02
成果掠影
近期北京大學白樹林教授團隊在設計制備導熱相變復合材料方面取得新進展。在本文中提出了一種通過結合有序排列的碳纖維CF和丙烯基彈性體(POE)包裹石蠟(PA)來制備具有高潛熱和低壓縮應力的相變復合材料的策略。實驗結果表明通過高導熱碳纖維束 (CF) 和聚合物相變材料的組合制備了具有超高熱導率（高達168.4 W/(mK)）和優異柔性的熱界面材料（PCMs）。
展開 一種用于熱管理的聚乙烯/石蠟/氮化硼相變復合材料
因此，能夠提供良好的耐熱和機械性能的先進材料對于可靠的電池安全管理非常重要。
相變材料(PCM)可以為電池系統提供一個緩沖平臺，以應對熱沖擊和熱積累等熱失效問題，在電池熱管理系統中受到廣泛關注。目前的PCM通常與一些導熱絕緣的無機物混合，例如氮化硼(BN)，氧化鋁，氮化鋁，氮化硅，及其雜化物，以提高PCM的導熱性并保持其電絕緣。利用一些典型的填料工程策略，如調節各向異性填料的取向，促進三維填料網絡的形成，以及改善PCM-填料界面相互作用，在以往的研究中可以看到導熱性的顯著增強。
目前，隨著電池向高速高能量密度方向的快速發展，進一步要求導熱系數達到10 W/mK量級。然而，如果僅僅通過添加納米或微尺寸的無機物，這種熱傳導要求仍然是一個艱巨的挑戰。此外，以前的無機填充PCM在高于相變點的溫度下也表現出不足的形狀穩定性和機械性能。一旦電池系統受到突然的外部沖擊，傳統的PCM很難將電池保持在一個良好的包裝中，從而導致電池的潛在穿孔，PCM和電解液的泄漏，甚至電池爆炸。高導熱性和機械強度的PCM可以使電池應對外部沖擊和熱失效問題。
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成果掠影
近期，四川大學吳凱和南京理工大學車劍飛團隊針對用于電池熱管理的相變材料取得最新進展。該文報道了一種同時提高傳統PCM的導熱性和力學性能的新方法，該方法是通過將螺旋編織的超高分子量聚乙烯纖維織物嵌入PCM基體中。最終的PW/BN/UHMWPE PCM的面外導熱系數高達10.05 W/mK，面內導熱系數為7.92 W/mK，穿刺強度高達47.13 N，盡管溫度高于其相變點，但優于大多數報道的無機填充PCM。這種PW/BN/UHMWPE PCM用于封裝三重鋰離子電池系統，與傳統的PW/BN PCM相比，它使電池能夠更可靠地抵抗熱和機械濫用。
展開 如何看待自動化充電和超快充里面的相變材料
我個人覺得特斯拉最厲害的地方，是把之前美國人搞發明和工程原型化、日本人搞材料和中國人搞批量的模式打破了，把原有美國這邊的科創能力，嫁接到自己強大的制造能力（這也和在中國落地分不開），大大縮短了從創新到落地的路徑。
目前看起來，我們追特斯拉追得很辛苦。今天一帆跟我說，我們是摸著特斯拉過河。
在充電領域里面，我看到兩個好玩的東西：
1）ROCSYS的自動化充電技術：
這玩意解決的痛點，是把車停好以后，能直接幫你把充電頭對著接口插進去，人不用下來，是解決人性方面的問題。
▲圖1.ROCSYS的快充自動充電方案
2）福特和普渡大學做的熱相變材料的充電線纜技術：
這種技術解決的是大電流的問題，充電接口和線纜在大電流下散熱的問題。
▲圖2.相變材料用在充電線纜里面
Part 1 ROCSYS的自動化充電技術
這個比較好玩，其實這和之前特斯拉做的機械手充電有些相似，是在整體一定幅度里面做兼容。這個邏輯，也有點像蔚來做了APA以后在二代換電站里面一樣。
這個問題的痛點，應該是站點自動開地鎖配合自動倒車，同時配合自動插q，讓你感受到高科技帶來的便利，人應該下車去玩，整個車給你自動沖上，然后停到緩沖區，完全無人化作業。
▲圖3.自動化充電的動機
在這里車端一定要自動打開充電口，然后由樁端調整充電線纜和充電接口，實現兩者的配合。
▲圖4.車端自動和樁端自動
ROCSYS的這套東西是在現有的充電樁上加裝以后實現的，構思非常巧妙。
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