文档介绍：现代热物理测试与传热传质实验室
北京科技大学
二氧化硅有序介孔复合材料的热导率
冯妍卉, 张欣欣, 黄丛亮
中国工程热物理学会
传热传质学术会议 -26 东莞
国家自然科学基金重点项目()
提纲
1
介孔二氧化硅热导率(基材)
纳米线、纳米颗粒的热导率(填充物)
3
介孔异质复合材料的热导率
4
2
课题背景
5
结论
热物理领域的挑战
电子器件的微型化和集成化
微机械电子器件冷却
航空航天器材温控
微型芯片、集成电路
能源枯竭
航空航天事业的发展
1. 课题背景
微尺度热扩散
强化传热
保温、隔热
介孔异质复合材料
通过一定的物理、化学手段,将异质纳米颗粒/团簇组装到孔隙率大于50%的介孔基材中(孔径D =2nm-50nm)。
基材(介孔材料,有序/无序孔) MCM-41, SBA-15
介孔异质复合体
分散相:
Cu 纳米颗粒, Ag 纳米线,
聚合物, 碳纳米管
材料制备
1. 课题背景
有序介孔二氧化硅及其复合材料
可调控的孔径尺寸(D=2-30 nm)
强化学稳定性
大比表面积
高孔隙率
介孔二氧化硅
MCM-41, SBA-15
制备介孔复合材料
的理想基材
催化剂, 吸附剂,分子筛…
MCM-41 : position of Matters
(first synthesized in 1992 by Beck et al.)
SBA-15 : Santa Barbara USA
[Dorcheh, A. al., Journal of Materials Processing Technology, 2008, 199:10.]
……….
潜在应用
热材料?
均匀的孔道结构
主要应用
1. 课题背景
孔道截面方向(b) 孔道轴向
MCM-41微结构的扫描电镜图(SEM)
MCM-41和SBA-15 孔道高度有序,具有一维线性特性和规则六方截面结构。
(a)
填充Ag纳米线的复合材料
高分辨透射电镜图(HRTEM)
1. 课题背景
有序介孔二氧化硅及其复合材料
不同尺度下的材料结构
絮状颗粒堆积
一个微球颗粒
填充Ag 纳米线的复合材料
基材
填充物
模拟
介孔异质复合材料
块体材料
(粉末, 压片)
模拟
微孔道阵列
热导率的求解
2μm
100nm
+ 填充物
微观
宏观
MCM-41 基材
复合材料
实验
1. 课题背景
汇报内容
1
介孔二氧化硅热导率(基材)
纳米线、纳米颗粒的热导率(填充物)
3
介孔异质复合材料的热导率
4
2
课题背景
5
结论
EMD (分子平衡动力学) 方法
FB 势函数的参数值
a-b
Aab (eV)
Bab (Å)
Cab (Å6 eV)
Si–O
O–O
Si–Si
MCM-41小角度XRD的模拟和实验值
小角度XRD (X射线衍射) 方法 验证结构模型
孔壁的晶格热导率(LTC) 模型
2. 介孔二氧化硅热导率---MCM-41
FB 势函数(Flikkema et al.)
模拟结构的XRD 模拟值
XRD实验值(Cu Kα)
有效热导率(ETC) 模型
孔隙率Φ≥ %: (a)单元体, (b) 计算域
孔隙率Φ≤%: (a) 单元体, (b) 计算域
基于一维传热分析
Z 方向:
X 方向:
Y 方向:
有效热导率的计算与X方向类似
孔壁+ 孔道内受限气体
2. 介孔二氧化硅热导率---MCM-41