本文關(guān)鍵詞：有機(jī)相變材料填充碳納米管的實(shí)驗(yàn)與分子動(dòng)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(zhǎng)的微電子、光電子、放射類等精密設(shè)備和計(jì)算機(jī)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(duì)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?yàn)闊崃康脑�。由相變材�?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(wèn)題。本論文采用實(shí)驗(yàn)與模擬相結(jié)合的方法,對(duì)有機(jī)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(shí)驗(yàn)上進(jìn)行了有機(jī)相變材料填充CNTs的制備及相關(guān)性質(zhì)的測(cè)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(kuò)散性質(zhì),在驗(yàn)證了實(shí)驗(yàn)結(jié)果的同時(shí),進(jìn)一步分析了CNTs螺旋性和烷烴分子填充量對(duì)體系擴(kuò)散性質(zhì)的影響。主要研究?jī)?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(jī)相變材料填充到CNTs管內(nèi),制備了具有儲(chǔ)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(cè)試得到的相變焓,計(jì)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(jì)了一個(gè)簡(jiǎn)易的熱界面裝置,對(duì)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(cè)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(shí),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(shí),其兩側(cè)溫差分別為3.8、3.1、3.1、2.2 oC,說(shuō)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(dòng)力學(xué)方法,對(duì)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(kuò)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(diǎn)較純烷烴體系降低了4.1 oC,驗(yàn)證了實(shí)驗(yàn)結(jié)果。高有序性、CNTs對(duì)烷烴分子的空間受限作用是導(dǎo)致其熔點(diǎn)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(duì)體系結(jié)構(gòu)和擴(kuò)散性質(zhì)的影響。CNTs的螺旋性對(duì)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(duì)烷烴分子的束縛相對(duì)更強(qiáng)。填充量會(huì)影響烷烴分子在管內(nèi)的結(jié)構(gòu)、有序度和擴(kuò)散性質(zhì),填充數(shù)目增加會(huì)在管內(nèi)形成多層環(huán)狀結(jié)構(gòu)。
【關(guān)鍵詞】：有機(jī)相變材料 碳納米管 填充 分子動(dòng)力學(xué)
【學(xué)位授予單位】：湘潭大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號(hào)】：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(dòng)力學(xué)模擬20-21
• 1.4.1 分子動(dòng)力學(xué)模擬簡(jiǎn)述20
• 1.4.2 分子動(dòng)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?jī)?nèi)容21-22
• 第二章 分子動(dòng)力學(xué)模擬理論基礎(chǔ)22-30
• 2.1 分子動(dòng)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(chǎng)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(kuò)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(jī)相變材料填充碳納米管的制備與性能表征30-41
• 3.1 有機(jī)相變材料填充碳納米管的制備30-31
• 3.1.1 實(shí)驗(yàn)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(cè)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(cè)試32
• 3.2.4 熱界面性能測(cè)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(jī)相變材料填充碳納米管擴(kuò)散行為的分子動(dòng)力學(xué)模擬41-53
• 4.1 正二十六烷烴體系升降溫過(guò)程的分子動(dòng)力學(xué)模擬41-46
• 4.1.1 模型和方法41-43
• 4.1.2 升降溫過(guò)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(kuò)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(guò)程的分子動(dòng)力學(xué)模擬46-51
• 4.2.1 模型和方法46-48
• 4.2.2 升降溫過(guò)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(kuò)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(duì)體系擴(kuò)散的影響53-66
• 5.1 碳納米管螺旋性對(duì)體系擴(kuò)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(duì)微觀結(jié)構(gòu)的影響54-56
• 5.1.3 螺旋性對(duì)于全局取向有序度參數(shù)的影響56-57
• 5.1.4 螺旋性對(duì)擴(kuò)散性能的影響57
• 5.2 烷烴分子填充量對(duì)體系擴(kuò)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(duì)微觀結(jié)構(gòu)的影響60-62
• 5.2.3 烷烴分子填充量對(duì)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(duì)自擴(kuò)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(jī)相變材料填充碳納米管的實(shí)驗(yàn)與分子動(dòng)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(hào)：278175