文档介绍：定向碳纳米管阵列热输运特性的实验研究
1
内容提要
1. 研究背景
2. 实验方法和测试系统
3. 结果和分析
4. 结论
2
分子动力学模拟: (10, 10) 管,室温下~ 6600 W m-1 K-1
(S. Berber, Phys. Rev. Lett., 2000)
实验测量,室温下:
多壁碳纳米管, ~ 3000 W m-1 K-1
(P. Kim, Phys. Rev. Lett., 2001)
单壁碳纳米管, ~ 3500 W m-1 K-1
(E. Pop, Nano Lett., 2006)
3
碳纳米管首先被日本科学家Iijima发现
(S. Iijima, Nature, 1991)
1 研究背景
单根碳纳米管具有高热导率
碳纳米管添加在硅油中
1% (vol.)—
(S. U. S. Choi, Appl. Phys. Lett., 2001)
单壁碳纳米管添加在环氧树脂中
1% (wt.)—
(M. J. Biercuk, Appl. Phys. Lett., 2002)
单壁碳管添加在聚甲基丙烯酸甲酯中
9% (vol.)—
(C. Guthy, ASME J. Heat Transfer, 2007)
4
碳纳米管在增强基体材料热导率中的广泛应用
随机分布,无定向性
高定向性
高导热性
良好的机械顺从性
相同高度,表面平整
热界面材料(TIM)
5
碳纳米管阵列
碳纳米管团簇
定向碳纳米管阵列
2 实验方法和测试系统
6
面向
法向
脉冲激光闪光法
激光脉冲
石英基底
铂薄膜
红外探测器
t
T
碳管阵列
7
物理模型
假设光脉冲时间远小于温度在试样内传播的特征时间
一维导热;没有热损失、光辐照均匀,且在表面极薄一层内吸收转化为热量
求解得到碳纳米管阵列的背面温度为:
脉冲激光闪光法
8
测试系统
物理模型纳秒激光器,激光脉宽8ns,扩散时间~ms
真空炉温度:240 K-450 K
同步触发,标定时间
3 结果和分析
测量信号
9
热扩散率
(W. Yi, Phys. Rev. B, 1999)
10-5 m2 s-1= cm2 s-1
热导率
10
(C. Masarapu, Nanotechnology, 2005)
(W. Yi, Phys. Rev. B, 1999)
ρ= g cm-3
(M. Shaffer, Carbon, 1998)