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.pdf

1、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?PCM)填充入碳納米管（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)

2、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、3.6

3、1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

4、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