【摘要】：作為一種典型的納米材料,納米顆粒在絕熱材料制備,熱-電和光-電轉(zhuǎn)換領(lǐng)域具有諸多廣泛的應(yīng)用。研究納米顆粒熱物理性質(zhì)對于解決實(shí)際應(yīng)用中的問題與挑戰(zhàn)和探索新物理現(xiàn)象與規(guī)律具有重要的意義。本文采用理論模型結(jié)合實(shí)驗(yàn)測量的方法,對納米顆粒及納米顆粒堆積床(NPB)的比熱及熱導(dǎo)率進(jìn)行了系統(tǒng)的研究,以期明晰納米顆粒及NPB微觀結(jié)構(gòu)與其熱物理性質(zhì)之間的構(gòu)效關(guān)系。關(guān)于納米顆粒比熱具有顯著的尺寸效應(yīng)已形成廣泛共識。但仍存在三個典型問題:(1)已有研究往往就納米流體的比熱容進(jìn)行了系統(tǒng)的研究,尚未對納米顆粒的比熱容進(jìn)行深入的研究;(2)已有研究主要采用實(shí)驗(yàn)方法對納米尺度材料的比熱進(jìn)行測試,但鮮有理論模型對納米材料比熱進(jìn)行有效的預(yù)測;(3)已有研究均在理想條件下進(jìn)行,并未考慮表面吸附,壓強(qiáng)及界面等因素對納米顆粒比熱的影響。在本文中,基于連續(xù)性介質(zhì)假說和Lindemann判據(jù)建立了納米顆粒,空心納米顆粒及殼/核納米顆粒的比熱模型,并采用差示掃描量熱法(DSC法)驗(yàn)證了本文中提出比熱模型的正確性。采用未通保護(hù)氣氛的DSC方法研究了表面吸附水,表面氧化等因素對納米顆粒比熱的影響。此外,還研究了壓強(qiáng),孔隙率和界面結(jié)構(gòu)對納米顆粒比熱的影響。關(guān)于納米顆粒堆積床(NPB)熱導(dǎo)率的研究已經(jīng)開展很多,仍有以下典型的問題存在爭議尚未解決:(1)由于未考慮納米顆粒界面受壓形變等因素,已有多孔材料固相熱導(dǎo)率模型并不能與NPB固相熱導(dǎo)率擬合較好;(2)已有研究主要針對NPB內(nèi)部氣-固耦合熱導(dǎo)率,但關(guān)于NPB熱導(dǎo)率與其內(nèi)部納米顆粒間的構(gòu)效關(guān)系并未深入研究;(3)已有研究在強(qiáng)磁場條件下實(shí)現(xiàn)電子和聲子熱導(dǎo)率的分離,操作復(fù)雜且對實(shí)驗(yàn)條件要求較高,尚未形成簡單且可靠的電子和聲子熱導(dǎo)率分離的方法。在本文中,首先,建立了大孔隙NPB(孔隙率≥90%)的有效熱導(dǎo)率模型,并進(jìn)行實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證。其次,基于界面彈性模量理論,提出中小孔隙率(孔隙率≤90%)NPB的納米顆粒間接觸面面積隨孔隙率變化的預(yù)測模型,并在此基礎(chǔ)之上發(fā)展了適用于NPB(孔隙率≤90%)的固相熱導(dǎo)率模型,受限氣體熱導(dǎo)率模型及輻射熱導(dǎo)率模型,并采用實(shí)驗(yàn)的方法對模型進(jìn)行了驗(yàn)證。再次,基于索末菲電子氣理論建立了室溫下的電子熱導(dǎo)率和聲子熱導(dǎo)率的分離模型,并發(fā)現(xiàn)了Wiedemann-Franz定律失效的特例;最后,研究了孔隙率,壓強(qiáng),真空燒結(jié)及第二相納米顆粒摻雜等因素對NPB熱導(dǎo)率的影響,形成了調(diào)控NPB熱導(dǎo)率的有效方法。此外,還對其熱電性能及機(jī)械性能進(jìn)行了基礎(chǔ)的表征。
【圖文】：

1 緒論多孔材料通常由納米顆粒堆積或燒結(jié)而成，在孔隙率上不料（比如二氧化硅氣凝膠）那么高，，納米顆粒之間的孔隙米顆粒間納米級的接觸界面可大量反射聲子，使得非均質(zhì)極低的導(dǎo)熱系數(shù)。對于非均質(zhì)納米多孔材料的導(dǎo)熱系數(shù)研，一是納米顆粒之間真實(shí)接觸熱阻的研究；二是接觸熱阻構(gòu)導(dǎo)熱模型的建立，綜合二者可得到非均質(zhì)納米多孔材料

作為測溫?zé)犭娕冀Y(jié)點(diǎn)的一部分。傳輸?shù)皆嚇雍蛥⒈任锱_下的鎳鉻板和康桶盤結(jié)點(diǎn)構(gòu)成熱電偶進(jìn)行監(jiān)測，示式 DSC 主要特點(diǎn)是試樣與參比物分別具有獨(dú)立的由兩個控制系統(tǒng)就進(jìn)行監(jiān)控，其中一個控制溫度，使下降溫；另一個用于補(bǔ)償試樣和參比物之間產(chǎn)生的溫參比物的溫度保持相同，則熱流率可從功率直接計(jì) = = ， 補(bǔ)償?shù)墓β剩?為試樣的熱量， 為參比物的熱量，，即熱流率。對于功率補(bǔ)償式 DSC 要求試樣和參比放熱都要處于動態(tài)平衡狀態(tài)，并通過功率補(bǔ)償使二式 DSC 與 DTA 最本質(zhì)的區(qū)別。而對于熱流式 DSC試樣和參比物間熱流量參與正比，因此其實(shí)質(zhì)還是.
【學(xué)位授予單位】：中國礦業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號】：TB383.1

【參考文獻(xiàn)】

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1 范有明;寧練;時章明;馬安君;;熱線法快速測量微粒導(dǎo)熱系數(shù)的研究[J];工業(yè)計(jì)量;2006年06期

本文編號：2635948