纳米流体及相变开关复合材料
纳米流体自被发现以来就因其优异的热传导性能,受到了工程及相关领域的广泛关注。与传统的毫米、微米流体换热工质相比,纳米流体具有很多优点,例如:更高的热导率,更好的稳定性,输送过程中的更低的能耗和对管道更小的磨损。但是纳米流体也存在着传热机理存在争议,热导率数据不统一等一些问题。
与导电特性不同,复合材料通常没有明显的热逾渗门槛。本课题组与MIT陈刚教授合作,研究了石墨片层纳米流体的传热特性。我们在石墨片/乙二醇和石墨片/矿物油纳米流体中首次发现了明显的热逾渗门槛。通过对显微结构和交流阻抗谱的研究,我们认为这种热逾渗门槛的出现是由于石墨片层由孤立团簇向逾渗网络转变过程中,石墨片层之间相互作用力的变化导致的。这个结果对于阐明纳米流体的导热机理有着重要的意义。
室温热敏相变开关材料
热敏开关材料在温度调控,储热,传感等方面都有广泛的应用。将具有高热导率、电导率的碳纳米管与十六烷液体相复合,将会产生一种新型热敏开关材料。对这种复合材料的微观结构观察和传输性能测量表明:碳纳米管在十六烷中可以自组装成为松散的渗逾结构,使其具备一定的导电能力。在液-固相变过程中,纳米颗粒受到晶粒生长的挤压形成紧密接触逾渗网络,电、热传输能力显著上升。而在固-液相变过程中,由于晶体的消融、碳纳米管的弹性恢复、碳纳米管之间的空间位阻和碳管的迁移,使得纳米碳管之间的紧密接触遭到破坏,复合材料的电、热传输能力大大下降,表现出一种明显的PTC效应。在其相变温度(18℃)附近±1℃的范围内,该复合材料电导率陡变100000倍,热导率变化三倍左右,如图所示。可以看出这种新型PTC复合材料具有精确的开关温度和较高的温度敏感性。
参考文献
1. Room Temperature Electrical and Thermal Switching CNT-Hexadecane Composites, P. C. Sun, Y. L. Wu, J. W. Gao, G. A. Cheng, G. Chen, and R. T. Zheng, Adv. Mater. (2013) 25, 4938–4943
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