發(fā)布時間：2017-03-30 22:05

  本文關(guān)鍵詞：有機相變材料填充碳納米管的實驗與分子動力學(xué)模擬，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

【摘要】：隨著科技的不斷進(jìn)步,功能性、復(fù)雜性以及集成性逐漸增長的微電子、光電子、放射類等精密設(shè)備和計算機設(shè)備都在不斷小型化。這些設(shè)備中溫度的穩(wěn)定控制和管理對其性能和精密度的維持有很關(guān)鍵的作用,微電子設(shè)備中一半以上的失效事件都是因為熱量的原因。由相變材料(Phase change material,PCM)填充入碳納米管(Carbon nanotubes,CNTs)管內(nèi)形成的復(fù)合材料,有望作為一種散熱填充物緩解這一問題。本論文采用實驗與模擬相結(jié)合的方法,對有機相變材料在CNTs管內(nèi)的結(jié)構(gòu)和性質(zhì)進(jìn)行了研究。在實驗上進(jìn)行了有機相變材料填充CNTs的制備及相關(guān)性質(zhì)的測試;在模擬上,從微觀角度分析了石蠟類PCM在CNTs管內(nèi)的結(jié)構(gòu)分布、相變和擴散性質(zhì),在驗證了實驗結(jié)果的同時,進(jìn)一步分析了CNTs螺旋性和烷烴分子填充量對體系擴散性質(zhì)的影響。主要研究內(nèi)容和結(jié)論如下:1、成功將石蠟、月桂酸和硬脂酸三種有機相變材料填充到CNTs管內(nèi),制備了具有儲熱功能的復(fù)合相變材料。由于CNTs的納米受限空間作用,其熔化溫度均低于純相變材料,分別降低了5.01、3.61和2.85 oC。根據(jù)測試得到的相變焓,計算管內(nèi)石蠟、月桂酸和硬脂酸的體積填充度分別為:26.27%、10.02%和31.9%。2、設(shè)計了一個簡易的熱界面裝置,對石蠟填充CNTs材料在電子設(shè)備熱管理中的應(yīng)用能力進(jìn)行了測試。發(fā)現(xiàn)在傳熱界面涂抹導(dǎo)熱界面材料可以達(dá)到降低兩側(cè)溫差的目的。未涂抹導(dǎo)熱界面材料二甲基硅油時,兩側(cè)溫差為4.7 oC,而分別涂抹二甲基硅油、未經(jīng)酸處理的CNTs/二甲基硅油、酸處理的CNTs/二甲基硅油、石蠟填充的CNTs/二甲基硅油時,其兩側(cè)溫差分別為3.8、3.1、3.1、2.2 oC,說明將石蠟填充的CNTs作為二甲基硅油中的散熱填充物具有更好的散熱效果。3、采用分子動力學(xué)方法,對比研究了正二十六烷烴體系在自由態(tài)和受限條件下的結(jié)構(gòu)和擴散特性。發(fā)現(xiàn)烷烴分子在CNTs管內(nèi)呈現(xiàn)有序的環(huán)狀分布,管內(nèi)烷烴分子的有序度高于自由態(tài),且管內(nèi)填充體系的熔點較純烷烴體系降低了4.1 oC,驗證了實驗結(jié)果。高有序性、CNTs對烷烴分子的空間受限作用是導(dǎo)致其熔點降低的重要原因。4、分析了CNTs螺旋性和正二十六烷烴填充量對體系結(jié)構(gòu)和擴散性質(zhì)的影響。CNTs的螺旋性對管內(nèi)烷烴分子的分布、結(jié)構(gòu)和有序度影響不大,但扶手椅型CNTs對烷烴分子的束縛相對更強。填充量會影響烷烴分子在管內(nèi)的結(jié)構(gòu)、有序度和擴散性質(zhì),填充數(shù)目增加會在管內(nèi)形成多層環(huán)狀結(jié)構(gòu)。
【關(guān)鍵詞】：有機相變材料 碳納米管 填充 分子動力學(xué)
【學(xué)位授予單位】：湘潭大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號】：TB34;TQ127.11
【目錄】：

• 摘要4-5
• Abstract5-10
• 第一章 緒論10-22
• 1.1 研究背景及意義10
• 1.2 相變蓄熱材料10-18
• 1.2.1 相變蓄熱技術(shù)10-12
• 1.2.2 相變蓄熱材料的分類12-14
• 1.2.3 復(fù)合相變蓄熱材料14-16
• 1.2.4 相變蓄熱材料的應(yīng)用16-18
• 1.3 碳納米管管內(nèi)填充材料18-20
• 1.4 分子動力學(xué)模擬20-21
• 1.4.1 分子動力學(xué)模擬簡述20
• 1.4.2 分子動力學(xué)模擬的應(yīng)用20-21
• 1.5 研究目的及主要內(nèi)容21-22
• 1.5.1 研究目的21
• 1.5.2 研究內(nèi)容21-22
• 第二章 分子動力學(xué)模擬理論基礎(chǔ)22-30
• 2.1 分子動力學(xué)模擬理論基礎(chǔ)22-27
• 2.1.1 基本理論22-23
• 2.1.2 力場23-25
• 2.1.3 周期性邊界條件25
• 2.1.4 系綜25-26
• 2.1.5 控制溫度和壓力的方法26-27
• 2.2 涉及到的參數(shù)27-30
• 2.2.1 自擴散系數(shù)27
• 2.2.2 徑向分布函數(shù)27-28
• 2.2.3 末端距與扭轉(zhuǎn)角28
• 2.2.4 全局取向有序參數(shù)28-30
• 第三章 有機相變材料填充碳納米管的制備與性能表征30-41
• 3.1 有機相變材料填充碳納米管的制備30-31
• 3.1.1 實驗材料30
• 3.1.2 碳納米管管內(nèi)填充材料制備步驟30-31
• 3.2 性能分析表征31-33
• 3.2.1 透射電鏡測試31-32
• 3.2.2 紅外吸收光譜分析32
• 3.2.3 差示掃描量熱測試32
• 3.2.4 熱界面性能測試32-33
• 3.3 結(jié)果與討論33-40
• 3.3.1 碳納米管的酸處理33-34
• 3.3.2 石蠟填充碳納米管34-37
• 3.3.3 月桂酸和硬脂酸填充碳納米管37-38
• 3.3.4 界面?zhèn)鳠岱治?/span>38-40
• 3.4 小結(jié)40-41
• 第四章 有機相變材料填充碳納米管擴散行為的分子動力學(xué)模擬41-53
• 4.1 正二十六烷烴體系升降溫過程的分子動力學(xué)模擬41-46
• 4.1.1 模型和方法41-43
• 4.1.2 升降溫過程微觀結(jié)構(gòu)變化43-44
• 4.1.3 全局取向有序系數(shù)隨溫度的變化44-45
• 4.1.4 自擴散系數(shù)隨溫度的變化45-46
• 4.2 正二十六烷烴填充碳納米管體系升降溫過程的分子動力學(xué)模擬46-51
• 4.2.1 模型和方法46-48
• 4.2.2 升降溫過程微觀結(jié)構(gòu)的變化48-50
• 4.2.3 全局取向有序系數(shù)隨溫度的變化50-51
• 4.2.4 自擴散系數(shù)隨溫度的變化51
• 4.3 小結(jié)51-53
• 第五章 碳納米管螺旋性和烷烴分子填充量對體系擴散的影響53-66
• 5.1 碳納米管螺旋性對體系擴散性質(zhì)的影響53-57
• 5.1.1 模型和方法53-54
• 5.1.2 螺旋性對微觀結(jié)構(gòu)的影響54-56
• 5.1.3 螺旋性對于全局取向有序度參數(shù)的影響56-57
• 5.1.4 螺旋性對擴散性能的影響57
• 5.2 烷烴分子填充量對體系擴散的影響57-64
• 5.2.1 模型和方法57-60
• 5.2.2 烷烴分子填充量對微觀結(jié)構(gòu)的影響60-62
• 5.2.3 烷烴分子填充量對全局取向有序性參數(shù)的影響62-63
• 5.2.4 烷烴分子填充量對自擴散系數(shù)的影響63-64
• 5.3 小結(jié)64-66
• 結(jié)論與展望66-67
• 參考文獻(xiàn)67-73
• 致謝73-74
• 附錄A 攻讀學(xué)位期間發(fā)表論文目錄74

  本文關(guān)鍵詞：有機相變材料填充碳納米管的實驗與分子動力學(xué)模擬，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

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本文編號：278175