導(dǎo)熱性能優(yōu)化的案例
導(dǎo)熱硅膠墊選型和性能探究
１ 導(dǎo)熱硅膠墊的選型
導(dǎo)熱硅膠墊是新能源汽車行業(yè)較成熟的產(chǎn)品，在選用時(shí)需要考慮導(dǎo)熱硅膠附加的加強(qiáng)材料，導(dǎo)熱效果即導(dǎo)熱系數(shù)，還有在實(shí)際工況下的絕緣性能。
1.1 加強(qiáng)材料選用
實(shí)際使用中，導(dǎo)熱硅膠墊上表面直接貼在液冷板上，然后再放置在模組上，即與電芯的極耳緊密貼合。由于導(dǎo)熱硅膠本身硬度較低、強(qiáng)度很小，在動(dòng)力電池的生產(chǎn)或者使用中，導(dǎo)熱硅膠墊可能存在破損或者被液冷板的毛刺等刺穿，從而引發(fā)絕緣失效的現(xiàn)象。所以，實(shí)際使用中的導(dǎo)熱硅膠墊都增加一層強(qiáng)化材料，即導(dǎo)熱硅膠墊以PI膜或矽膠布為基材，以導(dǎo)熱硅膠為主體填充材料。
目前常用的加強(qiáng)材料主要有PI（聚酰亞胺）膜、矽膠布（含玻纖），其作用主要是加強(qiáng)材料操作性、強(qiáng)度、絕緣等性能。
導(dǎo)熱硅膠墊的結(jié)構(gòu)如圖１所示。
理論上：
絕緣性：PI膜＞矽膠布，影響絕緣，絕緣性越高，電氣性越好；
熱阻：PI膜＞矽膠布，影響導(dǎo)熱性，熱阻越高導(dǎo)熱性越低；
強(qiáng)度：PI膜＞矽膠布，影響耐磨損，強(qiáng)度越高，耐磨損、耐拉扯、耐刺穿性能越好。
現(xiàn)選用同等厚度不同類型的導(dǎo)熱硅膠墊，即PI膜膜導(dǎo)熱硅膠墊和矽膠布導(dǎo)熱硅膠墊，分別進(jìn)行強(qiáng)度、絕緣性能、導(dǎo)熱性能的測(cè)試，通過測(cè)試結(jié)果比較兩種類型導(dǎo)熱硅膠墊的差異。同等厚度兩種類型導(dǎo)熱硅膠墊強(qiáng)度、絕緣性能、導(dǎo)熱性能測(cè)試結(jié)果見表 １。
以上測(cè)試結(jié)果表明：PI膜導(dǎo)熱硅膠墊的強(qiáng)度和絕緣性能明顯優(yōu)于矽膠布導(dǎo)熱硅膠墊，導(dǎo)熱性能相差不大，可以接受。綜合導(dǎo)熱性能、絕緣性能與高機(jī)械強(qiáng)度要求，PI膜更適用于PACK電池包、水冷散熱應(yīng)用等環(huán)境。
展開 一種具有優(yōu)異導(dǎo)熱性能的石墨烯/氮化硼復(fù)合薄膜
然而，室溫下導(dǎo)熱系數(shù)在0.1 ~ 0.5 W/(m K)之間的純聚合物無(wú)法滿足要求。到目前為止，與結(jié)構(gòu)復(fù)雜、合成工藝復(fù)雜的導(dǎo)電聚合物相比，高導(dǎo)熱填料復(fù)合材料因其簡(jiǎn)單有效而得到了廣泛的應(yīng)用。采用氧化鋁、石墨烯(G)、碳化硅和六方氮化硼(h-BN)等多種導(dǎo)電填料增強(qiáng)聚合物基體的導(dǎo)熱系數(shù)。其中，氮化硼納米片(BNNSs, 導(dǎo)熱系數(shù)為400.0 W/(m K)，楊氏模量為865 (GPa)是典型的二維材料，因其低滲透閾值和高縱橫比而備受關(guān)注。然而，由于隨機(jī)分散的BNNSs或部分定向的BNNSs無(wú)法將其各向異性的優(yōu)勢(shì)發(fā)揮到最高水平，復(fù)合膜通常表現(xiàn)出中等的導(dǎo)熱系數(shù)，與理論預(yù)測(cè)相差甚遠(yuǎn)。因此，高導(dǎo)熱系數(shù)的氮化硼基柔性聚合物薄膜的制備仍是一個(gè)巨大的挑戰(zhàn)。
02
成果掠影
近期，中國(guó)科學(xué)院寧波材料技術(shù)與工程研究所的虞錦洪教授、香港理工大學(xué)徐林麗教授和中國(guó)科學(xué)院大連化學(xué)物理研究所李勇教授取得新進(jìn)展。本文提出了一種基于燃燒合成技術(shù)的快速高產(chǎn)方法，將BNNSs與石墨烯(G)緊密結(jié)合作為雜化填料，將G原位生長(zhǎng)在BNNSs的表面和層間，形成特殊的G@BNNS異質(zhì)結(jié)結(jié)構(gòu)。由G@BNNS填料和纖維素納米纖維(CNF)基質(zhì)經(jīng)過濾制成的可折疊導(dǎo)熱復(fù)合薄膜，其面內(nèi)和面外導(dǎo)熱系數(shù)分別為125.0和2.1 W/(mK)。如此高的導(dǎo)熱系數(shù)是由于G與BNNSs的作用降低了界面熱阻。利用該復(fù)合薄膜作為散熱片，可以在大功率LED器件中有效地進(jìn)行高功率條件下的多次循環(huán)散熱，并且可以在平面方向上均勻散熱。研究結(jié)果表明，G@BNNS/CNF薄膜既能滿足現(xiàn)代電子器件的維護(hù)性能，又能滿足熱管理的散熱要求。
展開 具有優(yōu)異的電絕緣、高導(dǎo)熱性能的聚合物復(fù)合材料
來(lái)源 | Composites Science and Technology
01
背景介紹
熱管理在現(xiàn)代工業(yè)和技術(shù)中發(fā)揮著越來(lái)越重要的作用，導(dǎo)熱材料已成為眾多電子產(chǎn)品和大型設(shè)備(包括能源設(shè)備、航天飛行器等)不可或缺的一部分。大多數(shù)金屬和陶瓷一般都是理想的導(dǎo)熱體，這可以分別歸因于電子熱傳導(dǎo)和相對(duì)完美的晶格振動(dòng)。聚合物良好的可加工性和電絕緣性能使其在熱管理中不可或缺，但其隨機(jī)盤繞的共價(jià)分子鏈會(huì)產(chǎn)生強(qiáng)烈的聲子散射，由此產(chǎn)生的低導(dǎo)熱系數(shù)極大地限制了其在散熱中的應(yīng)用。
通過提高分子鏈的結(jié)晶度和有序度，聚乙烯纖維、聚乙烯薄膜、聚乙烯氧化物纖維和聚苯并二惡唑纖維獲得了優(yōu)異的導(dǎo)熱系數(shù)。這為輕質(zhì)、可加工和絕緣導(dǎo)熱材料開辟了兩個(gè)新思路。超高分子量聚乙烯(UHMWPE)以其優(yōu)異的力學(xué)性能、低密度、良好的耐化學(xué)性、高耐磨性等特點(diǎn)而備受關(guān)注。最近的研究已經(jīng)擴(kuò)大了在熱管理中使用聚乙烯的可能性。
超高分子量聚乙烯纖維具有較高的導(dǎo)熱系數(shù)和優(yōu)良的絕緣性能，非常適合在電絕緣領(lǐng)域發(fā)展為導(dǎo)熱材料。目前，絕緣導(dǎo)熱材料主要是填充導(dǎo)熱填料，然而在高填充量下面臨導(dǎo)熱系數(shù)惡化、密度高、可加工性差等棘手問題。利用超高分子量聚乙烯纖維開發(fā)全聚合物復(fù)合材料有望解決上述問題。但目前很少有研究對(duì)超高分子量聚乙烯纖維復(fù)合材料的導(dǎo)熱系數(shù)進(jìn)行研究，導(dǎo)熱系數(shù)大于10 W/mK的超高分子量聚乙烯復(fù)合材料更是罕見。
02
成果掠影
近期，北京大學(xué)白樹林教授在開發(fā)具有高導(dǎo)熱和電絕緣性能的聚合物復(fù)合材料取得新成果。
針對(duì)開發(fā)具有優(yōu)異機(jī)械性能、電絕緣、高導(dǎo)熱的全聚合物復(fù)合材料，通過熱壓法制備了種具有（0°/90°、±45°）兩種取向結(jié)構(gòu)的超高分子量聚乙烯(UHMWPE)纖維/環(huán)氧樹脂復(fù)合材料。
展開 研究 \\ 氮化硼高度垂直排列取向的橡膠基高性能導(dǎo)熱復(fù)合材料
為了保證電子設(shè)備的穩(wěn)定運(yùn)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(yīng)用于電子元件與散熱器之間的間隙。對(duì)于電子元件產(chǎn)生的熱量向散熱器的正傳遞，TIM應(yīng)該具有高的面外導(dǎo)熱系數(shù)(λ⊥)。
六方氮化硼(BN)作為導(dǎo)熱填料在TIM中得到了廣泛的關(guān)注，因?yàn)樗哂泻芨叩?em>導(dǎo)熱性和電絕緣性，特別是單個(gè)BN微板的400 W/mK面內(nèi)導(dǎo)熱系數(shù)(λ∥)為了充分利用BN的優(yōu)秀面內(nèi)導(dǎo)熱系數(shù)，二維填料的垂直排列方法得到人們的關(guān)注，但與平行取向片狀填料相比，通常需要更復(fù)雜的工藝或特殊的設(shè)備。
目前，制造垂直取向的主流方法是冷凍鑄造和在填料表面植入磁性納米顆粒后進(jìn)行垂直磁感應(yīng)。最近，文獻(xiàn)報(bào)道了一種新的堆焊方法，具有操作簡(jiǎn)單的優(yōu)點(diǎn)，可以以類似于“放置積木”的方式有效地構(gòu)建所需的微觀結(jié)構(gòu)。得益于這種簡(jiǎn)單的方法，一些有效的平行定向技術(shù)已開始用于制造片狀填料的垂直排列，如雙輥剪切和帶式鑄造。在所有的取向技術(shù)中，熱壓工藝是操作最簡(jiǎn)單，應(yīng)用最廣泛，成型規(guī)模最大，尤其是取向效果最好的。但是，這種定向技術(shù)尚未報(bào)道用于建造垂直排列結(jié)構(gòu)。
為了利用BN中高效的面內(nèi)熱傳導(dǎo)，實(shí)現(xiàn)TIMs的高面外導(dǎo)熱系數(shù)，BN填充材料中的熱壓工藝和堆疊焊接方法的合作對(duì)于垂直排列的納米模擬結(jié)構(gòu)可能是可行的。堆焊過程中，對(duì)熱壓薄膜的性能要求是具有較高的可焊性和高溫下的形狀穩(wěn)定性。然而，熱壓薄膜同時(shí)具有這兩種特性是具有挑戰(zhàn)性的。將動(dòng)態(tài)共價(jià)鍵集成到化學(xué)交聯(lián)網(wǎng)絡(luò)中以制造聚合物基體，提供了一種在高溫下苛刻的可焊性和形狀穩(wěn)定性之間取得平衡的方法。
02
成果掠影
近期，北京化工大學(xué)先進(jìn)彈性體中心盧詠來(lái)教授和李京超老師在TIMs的設(shè)計(jì)和制備取得了一種新的進(jìn)展。
展開 
研究 \\ 一種具有優(yōu)異的導(dǎo)熱性能的石墨烯基熱界面材料
圖4.GFR的力學(xué)性能。
圖5.GFR的導(dǎo)熱系數(shù)和TIM性能。
圖6.GFR-TIM的熱管理應(yīng)用。
END
★ 平臺(tái)聲明
部分素材源自網(wǎng)絡(luò)，版權(quán)歸原作者所有。分享目的僅為行業(yè)信息傳遞與交流，不代表本公眾號(hào)立場(chǎng)和證實(shí)其真實(shí)性與否。如有不適，請(qǐng)聯(lián)系我們及時(shí)處理。歡迎參與投稿分享！
研究 \\ 一種具有優(yōu)異電磁屏蔽和導(dǎo)熱性能的PEEK復(fù)合材料
來(lái)源 | Composites Part A: Applied Science and Manufacturing
01
背景介紹
由于5G在電子、能源、航空航天等行業(yè)的廣泛和智能化發(fā)展，對(duì)具有高功率密度和集成度的功能化高性能聚合物基復(fù)合材料的需求很大。例如，電子封裝和能源設(shè)備必須有效地散熱，以確保所需的安全系數(shù)和壽命，在某些情況下，需要有效的散熱和保護(hù)設(shè)備免受電磁干擾。
聚醚醚酮PEEK具有優(yōu)異的熱穩(wěn)定性、重量輕、優(yōu)異的機(jī)械性能和良好的耐化學(xué)性，在航空航天、軍事和機(jī)械等復(fù)雜應(yīng)用中得到廣泛應(yīng)用。然而，PEEK分子鏈的無(wú)序簡(jiǎn)諧振動(dòng)與低速聲子擴(kuò)散導(dǎo)致低導(dǎo)熱系數(shù)限制了改材料的應(yīng)用。此外，由于其剛性分子結(jié)構(gòu)導(dǎo)致的較差的溶解性和界面相容性給PEEK復(fù)合材料的導(dǎo)熱系數(shù)增強(qiáng)帶來(lái)了挑戰(zhàn)。
界面結(jié)合強(qiáng)度低，填料團(tuán)聚，使得常規(guī)混合物理復(fù)合材料難以達(dá)到預(yù)期的熱傳導(dǎo)效果。然而，一些復(fù)雜的合成過程不可避免地涉及到填料的部分結(jié)構(gòu)損傷，從而導(dǎo)致導(dǎo)熱系數(shù)的減小。因此，填料的無(wú)損改性被認(rèn)為是一種有效的方法。其中靜電紡絲和冷凍干燥是有效的填料排列技術(shù)。而且填料的大長(zhǎng)寬比可以在外場(chǎng)作用下大幅度提高面內(nèi)或面外導(dǎo)熱系數(shù)，制備出PEEK復(fù)合材料具有優(yōu)異的導(dǎo)熱系數(shù)是非常具有挑戰(zhàn)性。
02
成果掠影
近期，吉林大學(xué)牟建新教授團(tuán)隊(duì)在開發(fā)高導(dǎo)熱工程塑料方面取得新進(jìn)展。受三維導(dǎo)熱網(wǎng)絡(luò)的啟發(fā)，將兩種具有定向填料的復(fù)合材料組合在一起，形成三維傳輸網(wǎng)絡(luò)的三明治結(jié)構(gòu)。氨基-石墨烯(NH2-GnPs)與聚苯并惡嗪(PBZ)共價(jià)鍵能降低界面熱阻(ITR)。
展開 本征導(dǎo)熱聚合物研究：機(jī)理、結(jié)構(gòu)與性能及應(yīng)用
本文綜述了當(dāng)前本征導(dǎo)熱聚合物研究進(jìn)展，分析和討論了影響聚合物導(dǎo)熱的結(jié)構(gòu)及其他因素，闡述了導(dǎo)熱聚合物的制備方法及策略，提出了未來(lái)在傳熱機(jī)制、結(jié)構(gòu)與性能及宏量制備等方面面臨的挑戰(zhàn)。
當(dāng)前研究中仍存在如下幾個(gè)關(guān)鍵問題待解決：1）聚合物熱傳輸?shù)纳顚哟挝锢頇C(jī)制，2）本征導(dǎo)熱模型構(gòu)建，3）多尺度分子鏈結(jié)構(gòu)對(duì)聲子熱傳遞的協(xié)同影響機(jī)制，4）聚合物分子鏈的拓?fù)鋷缀谓Y(jié)構(gòu)變化對(duì)導(dǎo)熱的定量調(diào)控機(jī)制，5）本征導(dǎo)熱聚合物的低成本宏量制備新技術(shù)研究，未來(lái)研究主要圍繞上述問題展開。
借助分子模擬、分子傳熱理論和機(jī)器學(xué)習(xí)工具，首先從原子及分子水平闡明聚合物的熱傳遞物理機(jī)制及多尺度分子鏈結(jié)構(gòu)對(duì)聲子導(dǎo)熱的影響機(jī)理，系統(tǒng)構(gòu)建出聚集態(tài)結(jié)構(gòu)與聚合物導(dǎo)熱關(guān)系的理論框架。
面向宏量制備及工業(yè)應(yīng)用，熱固性導(dǎo)熱聚合物的制備重點(diǎn)聚焦于設(shè)計(jì)不同結(jié)構(gòu)形態(tài)的致晶基元，基于調(diào)控自組裝液晶疇在交聯(lián)網(wǎng)絡(luò)內(nèi)的空間拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)來(lái)同步提升導(dǎo)熱及電絕緣性能。熱塑性導(dǎo)熱聚合物應(yīng)聚焦借助取向和鏈間非共價(jià)作用協(xié)同構(gòu)筑從分子?介觀?宏觀的多尺度有序結(jié)構(gòu)，同步實(shí)現(xiàn)高絕緣導(dǎo)熱性能，最終實(shí)現(xiàn)工業(yè)化應(yīng)用。
本征導(dǎo)熱聚合物同步集成了高導(dǎo)熱、卓越電絕緣、優(yōu)良力學(xué)強(qiáng)度及柔韌性、光學(xué)透明等綜合優(yōu)勢(shì)，隨科技發(fā)展，兼具優(yōu)異輻射制冷性能、疏水、透氣性、智能等新型功能的導(dǎo)熱聚合物將為可穿戴冷卻微電子產(chǎn)品提供新機(jī)遇。
隨著對(duì)聚合物熱傳輸機(jī)理的深刻理解及制備新方法的不斷突破，在不遠(yuǎn)的將來(lái)，導(dǎo)熱高分子憑借其綜合的獨(dú)特性能將在許多現(xiàn)有的和新興的領(lǐng)域發(fā)揮越來(lái)越重要的作用。
展開 基于超彈性雙連續(xù)網(wǎng)絡(luò)靈活調(diào)控復(fù)合材料導(dǎo)熱性能
圖(a)石墨烯@聚合物雙連續(xù)導(dǎo)熱網(wǎng)絡(luò)增強(qiáng)高分子復(fù)合材料制備流程；圖(b)導(dǎo)熱網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)調(diào)控示意圖；圖(c-e)分別為密胺網(wǎng)絡(luò)、氧化石墨烯@密胺網(wǎng)絡(luò)及石墨烯@密胺網(wǎng)絡(luò)的微觀結(jié)構(gòu)照片
結(jié)合實(shí)驗(yàn)結(jié)果及有限元模型分析可知，三維連續(xù)網(wǎng)絡(luò)增強(qiáng)高分子復(fù)合材料中的導(dǎo)熱過程可分為兩個(gè)階段，分別是熱流在高分子基體的緩慢傳輸和在導(dǎo)熱網(wǎng)絡(luò)的快速傳導(dǎo)。當(dāng)導(dǎo)熱網(wǎng)絡(luò)的密度較小時(shí)，高分子基體中遠(yuǎn)離導(dǎo)熱網(wǎng)絡(luò)的區(qū)域會(huì)出現(xiàn)熱量集中，熱量難以快速擴(kuò)散至導(dǎo)熱網(wǎng)絡(luò)，導(dǎo)熱網(wǎng)絡(luò)對(duì)復(fù)合材料導(dǎo)熱性能的提升有限。當(dāng)導(dǎo)熱網(wǎng)絡(luò)的密度提高時(shí)，導(dǎo)熱網(wǎng)絡(luò)能夠?qū)?fù)合材料的導(dǎo)熱性能發(fā)揮較大作用。因此，在導(dǎo)熱填料含量一定的情況下，保障導(dǎo)熱填料的連續(xù)性的同時(shí)提高填料的分布密度對(duì)復(fù)合材料導(dǎo)熱性能的提升至關(guān)重要。柔性密胺網(wǎng)絡(luò)為石墨烯提供三維連續(xù)模板，石墨烯賦予密胺網(wǎng)絡(luò)高導(dǎo)熱性能，這種雙連續(xù)網(wǎng)絡(luò)能夠在保證導(dǎo)熱網(wǎng)絡(luò)連續(xù)性的基礎(chǔ)上可控調(diào)節(jié)其網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，進(jìn)而能夠靈活調(diào)控復(fù)合材料的導(dǎo)熱性能。將導(dǎo)熱復(fù)合材料薄片內(nèi)嵌溫度傳感器，并集成于機(jī)器人手指，其對(duì)冷熱交替具有良好的感知能力。
該成果發(fā)表于Advanced Functional Materials期刊。論文第一作者為天津理工大學(xué)青年學(xué)者秦盟盟。
論文鏈接：
https://doi.org/10.1002/adfm.201805053
展開 貴州大學(xué)謝蘭教授團(tuán)隊(duì)：高導(dǎo)熱的高性能電磁屏蔽材料
為了提高聚合物導(dǎo)熱性能，謝蘭教授團(tuán)隊(duì)前期利用強(qiáng)剪切流動(dòng)場(chǎng)與層層自組裝技術(shù)，從多維填料協(xié)同、多元異質(zhì)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)（圖1B/C）及填料多尺度構(gòu)建（圖1C）等方面搭建有序?qū)訝罹W(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，研究了生物質(zhì)基復(fù)合材料“結(jié)構(gòu)-界面熱阻-導(dǎo)熱性能”的關(guān)系（圖1），最終實(shí)現(xiàn)生物質(zhì)基復(fù)合材料的強(qiáng)韌性及其高導(dǎo)熱性能。
圖2. 高導(dǎo)熱的NFC/Fe3O4＆CNT/PEO薄膜的電磁屏蔽效果展示及其機(jī)理示意圖。
基于前期研究工作，謝蘭教授團(tuán)隊(duì)進(jìn)一步采用“交替多層”設(shè)計(jì)思路構(gòu)建了包含納米纖維素/四氧化三鐵（NFC/Fe3O4）層和碳納米管/聚環(huán)氧乙烷（CNT/PEO）層的交替多層薄膜。其復(fù)合膜展現(xiàn)了優(yōu)異的電導(dǎo)率、導(dǎo)熱系數(shù)以及出色的電磁屏蔽效能（EMI SE）。NFC/Fe3O4＆CNT/PEO柔性薄膜同時(shí)具有出色的EMI SE和導(dǎo)熱系數(shù)，在通信行業(yè)，便攜式電子設(shè)備和機(jī)器人關(guān)節(jié)中具有潛在的應(yīng)用前景。
圖3.復(fù)合材料的導(dǎo)熱與電磁屏蔽性能。
本研究成果第一作者為貴州大學(xué)材料與冶金學(xué)院2018級(jí)碩士研究生李毅，通訊作者是薛白博士和謝蘭教授。
展開 寧波材料所在短切碳纖維增強(qiáng)聚合物材料導(dǎo)熱性能方面取得進(jìn)展
短切碳纖維不僅具有超高的機(jī)械強(qiáng)度、較低的密度及良好的熱穩(wěn)定性，而且是一種性能優(yōu)異的導(dǎo)熱材料，是提高聚合物材料導(dǎo)熱性能的理想導(dǎo)熱填料。但是，一維材料存在嚴(yán)重的導(dǎo)熱各向異性，如何充分控制短切碳纖維在聚合物基體材料中呈豎直取向，從而充分利用碳纖維的軸向高導(dǎo)熱性能得到具有優(yōu)異縱向熱導(dǎo)率的復(fù)合材料是研究的關(guān)鍵。常用的方法是通過對(duì)短切碳纖維施加外電場(chǎng)，使碳纖維沿豎直方向取向。但是這種方法需要較強(qiáng)的電場(chǎng)強(qiáng)度且工藝較為復(fù)雜，另外復(fù)合材料厚度受限于纖維的長(zhǎng)度，較難得到厚度適宜的導(dǎo)熱復(fù)合材料。
鳳凰供應(yīng)環(huán)氧樹脂https://m.hongyantu.com/goodlist/sz/48338.html
基于上述問題，中國(guó)科學(xué)院寧波材料技術(shù)與工程研究所表面事業(yè)部功能碳素材料團(tuán)隊(duì)通過利用單軸溫度場(chǎng)下冰晶的定向引導(dǎo)作用，使得短切碳纖維沿豎直方向取向，得到了具有“微蘆葦叢”結(jié)構(gòu)的碳纖維多孔泡沫，其制備流程和微觀結(jié)構(gòu)如圖1所示。“微蘆葦叢”結(jié)構(gòu)充分利用碳纖維的軸向高導(dǎo)熱增強(qiáng)聚合物材料的導(dǎo)熱性能。該方法制備的復(fù)合材料的熱導(dǎo)率高達(dá)6.04 Wm-1.K-1，并且得到的復(fù)合材料具有良好的柔順性，有望代替?zhèn)鹘y(tǒng)的聚合物材料解決電子電氣設(shè)備的散熱問題。
相關(guān)工作已發(fā)表在化工領(lǐng)域的核心期刊（Chem. Eng. J., 2019, 375, 121921），并獲得國(guó)家自然科學(xué)基金（51573201和U1709205）、浙江省公益技術(shù)應(yīng)用研究計(jì)劃（2016C31026）和3315創(chuàng)新團(tuán)隊(duì)等項(xiàng)目資助。
展開 ：具有優(yōu)異機(jī)械性能和室溫自修復(fù)能力的導(dǎo)熱軟物質(zhì)
日前，四川大學(xué)吳凱副研究員和南京理工大學(xué)傅佳駿教授聯(lián)合報(bào)道了一種基于精細(xì)填料和聚合物結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的導(dǎo)熱自修復(fù)軟材料。研究團(tuán)隊(duì)巧妙地設(shè)計(jì)了基于氮化硼納米片(BNNS)和液態(tài)金屬(LM)的雜化功能填料，并將其嵌入具有自修復(fù)功能的聚（脲-氨基甲酸酯）彈性體（PUUE）中，平衡了傳統(tǒng)功能復(fù)合材料中導(dǎo)熱性能、機(jī)械柔軟以及自修復(fù)性能之間的矛盾。這種先進(jìn)的導(dǎo)熱復(fù)合材料在熱界面材料、電子封裝材料和柔性電子產(chǎn)品中有廣闊的應(yīng)用前景。相關(guān)工作發(fā)表在RSC材料旗艦期刊 Materials Horizons上。
圖1 具有優(yōu)異機(jī)械性能的高導(dǎo)熱\自修復(fù)\柔性軟物質(zhì)材料的結(jié)構(gòu)示意圖
柔性電子產(chǎn)品在下一代消費(fèi)電子市場(chǎng)中占據(jù)重要的地位，相關(guān)領(lǐng)域的發(fā)展有望在下一次工業(yè)革命中發(fā)揮關(guān)鍵作用。未來(lái)柔性電子設(shè)備朝著高功率密度、小型化和多功能集成的方向發(fā)展，有效耗散運(yùn)行過程中產(chǎn)生的熱量對(duì)于避免電子元件的永久性損壞、提高可靠性和延長(zhǎng)使用壽命具有重要意義。理想柔性散熱材料應(yīng)同時(shí)滿足以下四個(gè)標(biāo)準(zhǔn)：(1)具有合適的機(jī)械性能：柔軟而堅(jiān)韌，可變形且可恢復(fù)；(2)在正常狀態(tài)和變形狀態(tài)下均具有高導(dǎo)熱性；(3)具有穩(wěn)定的電絕緣性能；(4)具有高效的室溫自愈能力，可恢復(fù)受損區(qū)域的機(jī)械損傷、導(dǎo)熱及絕緣功能。然而，對(duì)于絕緣材料，受限于其中基于聲子傳遞的導(dǎo)熱機(jī)制，柔性(低模量)和導(dǎo)熱性能通常難以同時(shí)實(shí)現(xiàn)；高比例剛性填料阻礙聚合物鏈運(yùn)動(dòng)，損害材料室溫下自愈能力與回復(fù)能力，難以平衡自修復(fù)和高填料比間的矛盾。
展開 
結(jié)構(gòu)優(yōu)化在車身剛度性能優(yōu)化中的應(yīng)用
車身性能開發(fā)金字塔的最底層是消費(fèi)者最易感知的性能，即操穩(wěn)性能，而操穩(wěn)性能直接相關(guān)的就是車身的整體剛度性能。（車身扭轉(zhuǎn)剛度、區(qū)域剛度是和車身操穩(wěn)性能相關(guān)的，因此車身扭轉(zhuǎn)剛度的性能目標(biāo)應(yīng)該滿足操穩(wěn)性能要求，也應(yīng)該由操穩(wěn)性能需求來(lái)定義。）
通常更高的車身剛度性能對(duì)于操穩(wěn)、NVH、耐久性能是有益的，那是不是說為了提升上述相關(guān)性能可以過度提高剛度性能呢？當(dāng)然不是，剛度性能提升是要滿足結(jié)構(gòu)最優(yōu)化設(shè)計(jì)原則，即通過結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)來(lái)提升材料有效利用率，而不是靠粗暴地堆疊材料來(lái)提升剛度性能。在提升剛度性能時(shí)還要考慮輕量化要求，只有通過結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)才能夠在滿足剛度性能要求時(shí)，同時(shí)滿足動(dòng)力經(jīng)濟(jì)性的要求。
結(jié)構(gòu)優(yōu)化包括拓?fù)?em>優(yōu)化、形狀優(yōu)化等方法在優(yōu)化車身性能中具有非常重要的作用。拓?fù)?em>優(yōu)化可以合理優(yōu)化材料分布，識(shí)別車身結(jié)構(gòu)薄弱點(diǎn)。形狀優(yōu)化進(jìn)一步優(yōu)化零部件結(jié)構(gòu)形狀提升材料效率。
以上包括本田、雷諾、沃爾沃、標(biāo)志、尼桑、寶馬、雷克薩斯、斯柯達(dá)、歐寶等車型開發(fā)過程中拓?fù)?em>優(yōu)化在結(jié)構(gòu)性能優(yōu)化中的案例。
實(shí)際案例：
拓?fù)?em>優(yōu)化：
針對(duì)車身后端包括C、D柱、dog leg區(qū)域進(jìn)行拓?fù)?em>優(yōu)化分析，識(shí)別結(jié)構(gòu)弱區(qū)域。根據(jù)拓?fù)?em>優(yōu)化結(jié)果進(jìn)行結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)：
原方案：
方案1：重新設(shè)計(jì)C環(huán)結(jié)構(gòu)
方案2：增加bulk head
這里就不在贅述其他方案，根據(jù)拓?fù)浣Y(jié)果可以識(shí)別的方案一般包括增加加強(qiáng)件、增加Bulk head、增加焊點(diǎn)、修改形狀特征、結(jié)構(gòu)形狀優(yōu)化等。通過以上方案驗(yàn)證，可以提升扭轉(zhuǎn)剛度性能12%左右，同時(shí)減重0.8Kg。驗(yàn)證扭轉(zhuǎn)模態(tài)性能提升2.3Hz。
展開 優(yōu)化小型家電的齒輪性能
推薦材料選擇
Stanyl? 是業(yè)內(nèi)性能卓越的一種聚酰胺（尼龍）46，能適用于低溫和高溫的復(fù)雜應(yīng)用工況。它提供了優(yōu)異的摩擦學(xué)性能，擁有比聚鄰苯二甲酰胺 (PPA) 和其他高溫尼龍高出 50% 的耐磨性，并且能在干燥、平滑的環(huán)境下保持相同的性能。這些優(yōu)異的性能主要取決于其特殊的分子結(jié)構(gòu)，使得其結(jié)晶率高達(dá) 70%。
Stanyl? 的高結(jié)晶性和大量氫鍵分子成就了它極佳的耐摩擦磨損性和極好的、甚至高過玻璃化溫度的機(jī)械性能。它還為注射成型工藝提供了比多數(shù)聚酰胺都好的高流動(dòng)性特質(zhì)。此外，Stanyl? 成功的模制過程不需要借助特殊模具、溫度、鋼鐵或是其他高溫尼龍聚合物所需的特殊輔助工具。
Stanyl? 的高耐力性、耐用性和優(yōu)異的摩擦磨耗性能，讓它成為了生產(chǎn)齒輪和其他對(duì)空間及耐用性有要求之小型家電部件的極佳選擇。
和一些競(jìng)品，如聚甲醛（POM）相比，Stanyl? 表現(xiàn)出了更好的靜力強(qiáng)度、疲勞強(qiáng)度、更好的耐磨損以及耐蠕變性能。與競(jìng)品 PPA 材料相比，用 Stanyl? 生產(chǎn)和設(shè)計(jì)的塑料齒輪，在不影響產(chǎn)品性能的基礎(chǔ)上，可減少 30% 的原料使用。另外對(duì)于低溫齒輪應(yīng)用，它還表現(xiàn)出長(zhǎng)久的耐用性，其承受的極限扭矩等級(jí)遠(yuǎn)超 PPA 材料。如圖 2 所示，在保證性能的同時(shí)，使用 Stanyl? PA46材料，齒輪的厚度可以從使用 PPA 材料的 10mm 降低至 7mm，并減重約 30%。
展開 電動(dòng)汽車電池包箱體保溫性能研究與優(yōu)化
首先考慮下箱體材料的不同，鋼材的導(dǎo)熱系數(shù)為36?54W/(m·k)，鋁合金的導(dǎo)熱系數(shù)為160W/(m·k)，鋁合金比鋼材的導(dǎo)熱性能強(qiáng)，與仿真結(jié)果相反，因此材料導(dǎo)熱性能不是影響本文電池包隔熱保溫性能的主要原因。
其次考慮下箱體結(jié)構(gòu)的不同，剛制與鋁制電池包下箱體截面圖如下圖所示。鋼制電池包下箱體底板為單層高強(qiáng)鋼板，其厚度為0.8mm，鋁制電池包下箱體底板為多層中空結(jié)構(gòu)，其厚度為15mm。中空結(jié)構(gòu)內(nèi)存在空氣，空氣的導(dǎo)熱系數(shù)約為0.0267W/(m·k)遠(yuǎn)小于鋼材和鋁合金的導(dǎo)熱系數(shù)，所以即使鋁合金的導(dǎo)熱性能比鋼材的高，但是由于中空結(jié)構(gòu)中的空氣使得鋁合金下箱體整體的導(dǎo)熱性能比鋼制電池包的導(dǎo)熱性能低。因此電池包下箱體結(jié)構(gòu)是影響本文電池包隔熱保溫性能的主要原因。
3.4 箱體隔熱保溫方案優(yōu)化
3.4.1 鋼制電池包方案優(yōu)化
根據(jù)仿真的結(jié)果，目前鋼制電池包的保溫性能無(wú)法滿足冬季工況設(shè)計(jì)要求，需要對(duì)其進(jìn)行優(yōu)化。
方法一：通過增加海綿橡膠的厚度來(lái)提升電池包下箱體的保溫性能。保持上蓋保溫材料厚度不變，將下箱體保溫材料的厚度由原來(lái)的5mm增加到15mm并使用Taitherm軟件進(jìn)行仿真分析，根據(jù)結(jié)果計(jì)算出4小時(shí)內(nèi)電芯的平均溫度變化率為2.58℃/h，仍然無(wú)法滿足設(shè)計(jì)要求。由于電池包內(nèi)空間限制無(wú)法繼續(xù)增加保溫材料的厚度。
方法二：選用保溫性能更高的材料。綜合考慮保溫性能與生產(chǎn)成本選取泡沫石棉為下箱體的保溫保溫材料，材料厚度的選擇通過使用Taitherm算進(jìn)對(duì)模型多步迭代計(jì)算，最后得出當(dāng)泡沫石棉厚度為15mm時(shí)，4小時(shí)內(nèi)電芯的平均溫度變化率為1.92℃/h，電池包保溫性能滿足設(shè)計(jì)要求。
展開 車用永磁同步電機(jī)NVH 性能的優(yōu)化
車用永磁同步電機(jī)NVH 性能的優(yōu)化
摘 要：從電機(jī)噪聲的分類、產(chǎn)生機(jī)理、優(yōu)化措施三方面分析了永磁同步電機(jī)的NVH 性能，希望能對(duì)電動(dòng)汽車企業(yè)排查整改電機(jī)NVH 問題起到一定的指導(dǎo)作用
由于永磁同步電機(jī)（后文簡(jiǎn)稱為“電機(jī)”）具有體積小、質(zhì)量輕、效率高、功率因數(shù)高、起動(dòng)轉(zhuǎn)矩大等優(yōu)點(diǎn)，目前已在電動(dòng)汽車行業(yè)獲得最廣泛地應(yīng)用。故本文著重對(duì)永磁同步電機(jī)的NVH 性能優(yōu)化進(jìn)行分析。
1 電機(jī)噪聲的分類
由于電動(dòng)汽車沒有了發(fā)動(dòng)機(jī)的掩蔽效應(yīng)，電驅(qū)動(dòng)（驅(qū)動(dòng)電機(jī)+減速器）系統(tǒng)噪聲成為主要噪聲源，其中驅(qū)動(dòng)電機(jī)的高頻特性使得人們對(duì)聲品質(zhì)的關(guān)注度大幅上升。且隨著驅(qū)動(dòng)電機(jī)朝著寬調(diào)速區(qū)間、更高轉(zhuǎn)速、輕量化等方向的發(fā)展，給電機(jī)的NVH 性能開發(fā)帶來(lái)了更多的挑戰(zhàn)。
電機(jī)噪聲主要分為三大類，即：電磁噪聲、機(jī)械噪聲、空氣動(dòng)力噪聲。
展開 