本文關(guān)鍵詞：彈性導(dǎo)熱仿生功能表面制備及流體控制機(jī)制研究

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【摘要】：研究表明,海豚柔彈性皮膚和體表溫度可協(xié)同穩(wěn)定湍流、減小邊界層流體粘性從而實(shí)現(xiàn)流體阻力的降低。受上述現(xiàn)象啟發(fā),本文提出構(gòu)建一種彈性與導(dǎo)熱兼?zhèn)涞膹椥詫?dǎo)熱仿生功能表面,該表面以具有較好柔彈性的硅橡膠(SR)為基料,以具有高導(dǎo)熱性能的石墨烯片層材料(GPL)為填料,采用共混法制備出3種不同石墨烯含量(含量分別為0.18wt%,0.36wt%,0.72wt%)的彈性導(dǎo)熱仿生功能表面,簡稱GPL/SR彈性導(dǎo)熱仿生功能表面,并對上述三種不同石墨烯含量的GPL/SR仿生功能表面進(jìn)行了TEM、SEM、DSC、DTG表征,結(jié)果表明不同石墨烯含量下的GPL/SR與硅橡膠(SR)的DSC曲線相似,都只有一個(gè)玻璃化轉(zhuǎn)變溫度(Tg),一個(gè)結(jié)晶熔點(diǎn)(Tm),并且其特征峰十分尖銳明顯;含量為0.18wt%的GPL/SR其玻璃化轉(zhuǎn)變溫度得到降低,并且隨著石墨烯添加量的增加玻璃化轉(zhuǎn)變溫度又出現(xiàn)升高,可以說明,在本試驗(yàn)制備的方法下,少量石墨烯的添加和分散性較好的情況下,石墨烯改善了硅橡膠(SR)基料的彈性。石墨烯的添加改善了硅橡膠基料的耐高溫老化性,3種含量GPL/SR的初始分解溫度相比硅橡膠(SR)的初始分解溫度均得到了提高,尤其是石墨烯含量為0.36wt%的GPL/SR提高最為明顯,較SR兩次初始分解溫度分別提高了38℃和59℃。此后,對GPL/SR仿生功能表面與硅橡膠(SR)表面的硬度及抗拉性能進(jìn)行了對比性研究,研究結(jié)果表明:GPL/SR仿生功能表面的硬度及彈性隨著石墨烯含量的增加而增大;石墨烯含量為0.18wt%的GPL/SR,由于其良好的分散性能及與硅橡膠基材良好的結(jié)合性,使得硅橡膠(SR)彈性變形能力增強(qiáng),其彈性模量相比硅橡膠(SR)得到降低;GPL/SR仿生功能表面的拉伸強(qiáng)度、抗撕裂強(qiáng)度及斷裂伸長率較SR均有提高,且石墨烯含量為0.36wt%的GPL/SR仿生功能表面的抗拉伸和撕裂強(qiáng)度達(dá)到了最大值。GPL/SR仿生功能表面與硅橡膠(SR)表面導(dǎo)熱性能試驗(yàn)表明,3種GPL/SR仿生功能表面導(dǎo)熱性能均得到提高,這是由于導(dǎo)熱填料改變硅橡膠(SR)依靠聲子傳遞熱量的導(dǎo)熱機(jī)理,使得GPL/SR仿生功能表面依靠導(dǎo)熱填料在其內(nèi)部形成的導(dǎo)熱網(wǎng)鏈實(shí)現(xiàn)熱量的傳遞。石墨烯含量為0.72wt%的GPL/SR仿生功能表面,其導(dǎo)熱系數(shù)較硅橡膠(SR)提高50%。GPL/SR仿生功能表面存在導(dǎo)熱填料添加量的閾值,可通過該閾值獲得制備彈性導(dǎo)熱仿生功能表面所需石墨烯添加量的最優(yōu)值。通過本文試驗(yàn)分析,導(dǎo)熱性最優(yōu)GPL/SR仿生功能表面的石墨烯添加量為0.36wt%。通過搭建實(shí)驗(yàn)臺(tái),測試GPL/SR表面溫度-液滴在試樣表面流速關(guān)系,獲得彈性導(dǎo)熱仿生功能表面對流體的控制機(jī)制。GPL/SR仿生功能表面通過其導(dǎo)熱性能,改變流體介質(zhì)的運(yùn)動(dòng)粘性,通過試驗(yàn)結(jié)果及分析得出液滴運(yùn)動(dòng)速度(阻力)的變化存在一個(gè)轉(zhuǎn)折平衡溫度臨界點(diǎn);在轉(zhuǎn)折平衡溫度臨界內(nèi),隨著加熱溫度的升高彈性導(dǎo)熱仿生功能表面可通過導(dǎo)熱性控制液滴粘性降低液滴內(nèi)部的粘性剪切阻力?b,從而獲得液滴運(yùn)動(dòng)總阻力F的下降,運(yùn)動(dòng)速度增加。超過這個(gè)臨界平衡轉(zhuǎn)折溫度點(diǎn),隨著加熱溫度的繼續(xù)升高,液滴表面張力下降,液滴在壁面呈現(xiàn)平鋪狀,與壁面的接觸阻力?a急劇增加,當(dāng)接觸阻力?a的增大值高于粘性降低帶來的剪切阻力?b的減小值時(shí),總阻力F為增大,其運(yùn)動(dòng)速度減小。
【關(guān)鍵詞】：彈性導(dǎo)熱仿生功能表面 石墨烯 硅橡膠 減阻
【學(xué)位授予單位】：吉林大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號(hào)】：TB306
【目錄】：

• 摘要4-6
• Abstract6-13
• 第一章 緒論13-25
• 1.1 問題的提出13-14
• 1.2 仿生柔壁材料及其制備研究綜述14-16
• 1.3 彈性材料導(dǎo)熱的研究綜述16-20
• 1.3.1 金屬類導(dǎo)熱填料填充制備導(dǎo)熱復(fù)合材料17-18
• 1.3.2 無機(jī)非金屬類導(dǎo)熱填料填充制備導(dǎo)熱復(fù)合材料18-19
• 1.3.3 新型導(dǎo)熱填料填充制備導(dǎo)熱復(fù)合材料19-20
• 1.4 影響彈性復(fù)合材料導(dǎo)熱性的因素20-23
• 1.4.1 導(dǎo)熱填料形狀及粒徑因素20-21
• 1.4.2 填料與彈性體分散工藝因素21-22
• 1.4.3 基體與導(dǎo)熱填料界面結(jié)合因素22-23
• 1.5 本論文主要的研究內(nèi)容23-25
• 第二章 彈性導(dǎo)熱仿生功能表面的制備及表征25-39
• 2.1 彈性導(dǎo)熱仿生功能表面基料及填料的選擇原則25-26
• 2.2 彈性導(dǎo)熱仿生功能表面的制備26-28
• 2.2.1 試驗(yàn)材料26-27
• 2.2.2 基材/導(dǎo)熱填料配比原則27-28
• 2.3 彈性導(dǎo)熱仿生功能表面制備28-30
• 2.3.1 導(dǎo)熱填料預(yù)處理28
• 2.3.2 導(dǎo)熱仿生功能表面薄膜的制備28-29
• 2.3.3 彈性導(dǎo)熱仿生功能表面制備29-30
• 2.4 樣件測試與表征30-37
• 2.4.1 SEM掃面電鏡觀察30-32
• 2.4.2 DSC測試及分析32-35
• 2.4.3 DTG熱重測試35-37
• 2.5 本章小結(jié)37-39
• 第三章 GPL/SR彈性指標(biāo)測試及分析39-49
• 3.1 硬度試驗(yàn)39-41
• 3.1.1 試驗(yàn)樣件的制備、測試儀器及測試方法39-40
• 3.1.2 試驗(yàn)結(jié)果及分析40-41
• 3.2 抗拉彈性模量試驗(yàn)41-48
• 3.2.1 試驗(yàn)樣件的制備41-42
• 3.2.2 試驗(yàn)儀器及夾具42-43
• 3.2.3 試驗(yàn)條件及試驗(yàn)過程43
• 3.2.4 試驗(yàn)數(shù)據(jù)處理及試驗(yàn)結(jié)果分析43-48
• 3.3 本章小結(jié)48-49
• 第四章 GPL/SR導(dǎo)熱性能試驗(yàn)49-61
• 4.1 導(dǎo)熱系數(shù)測試方法簡介49
• 4.2 激光閃光測試法簡介49-52
• 4.2.1 激光閃光導(dǎo)熱系數(shù)測試法基本原理49-51
• 4.2.2 比熱容的測試51-52
• 4.3 GPL/SR導(dǎo)熱性能試驗(yàn)52-55
• 4.3.1 試驗(yàn)方法及目的52
• 4.3.2 實(shí)驗(yàn)設(shè)備52-53
• 4.3.3 試樣樣件準(zhǔn)備53-54
• 4.3.4 試驗(yàn)步驟及試驗(yàn)條件設(shè)置54
• 4.3.5 密度測試54-55
• 4.4 測試結(jié)果及分析55-60
• 4.4.1 不同溫度下GPL/SR熱擴(kuò)散能力分析55-57
• 4.4.2 不同溫度下對硅膠及GPL/SR導(dǎo)熱性能分析57-58
• 4.4.3 石墨烯添加量與GPL/SR仿生功能表面導(dǎo)熱能力關(guān)系58-60
• 4.5 本章小結(jié)60-61
• 第五章 GPL/SR仿生功能表面導(dǎo)熱性能對液滴粘性的控制機(jī)制61-77
• 5.1 GPL/SR仿生功能表面導(dǎo)熱性與液滴滾落速度關(guān)系試驗(yàn)研究61-64
• 5.1.1 試驗(yàn)臺(tái)的搭建61-63
• 5.1.2 試驗(yàn)待測樣件的制備及處理63
• 5.1.3 試驗(yàn)方案設(shè)計(jì)63-64
• 5.2 試驗(yàn)步驟64-66
• 5.3 試驗(yàn)結(jié)果及分析66-70
• 5.3.1 液滴滾落速度-樣件表面溫度關(guān)系測試結(jié)果及分析66-67
• 5.3.2 GPL/SR靜態(tài)接觸角-溫度關(guān)系結(jié)果及分析67-69
• 5.3.3 GPL/SR 動(dòng)態(tài)接觸角-溫度關(guān)系結(jié)果及分析69-70
• 5.4 GPL/SR對液滴控制機(jī)制70-74
• 5.5 本章小結(jié)74-77
• 第六章 結(jié)論與展望77-79
• 6.1 論文總結(jié)77-78
• 6.2 工作展望78-79
• 參考文獻(xiàn)79-85
• 攻讀學(xué)位期間發(fā)表的學(xué)術(shù)論文及取得的科研成果85-87
• 導(dǎo)師及作者簡介87-89
• 致謝89

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