Низкая теплопроводность: Страница не найдена – Все об электронике

Содержание

Значение, Определение, Предложения . Что такое низкая теплопроводность

Его УФ-защита, звуко-и теплоизоляция, низкая теплопроводность и антистатические свойства делают его разумным выбором в домашнем декоре.
Пробковые цементные композиты имеют ряд преимуществ перед стандартными бетонами, таких как более низкая теплопроводность, более низкая плотность и хорошие характеристики поглощения энергии.
Другими словами, слишком высокая или слишком низкая теплопроводность все еще возможна через стенки тепловой трубы, но при значительно сниженной скорости теплопередачи.
Другие результаты
Эти преимущества достигаются благодаря значительно повышенной стойкости к истиранию, низкой теплопроводности, сниженной абсорбции масла и улучшенной стойкости к удару.
Это задание выполняется путем создания корпуса футляра и его крышки из материала, который имеет низкий коэффициент теплопроводности.
Силоксаны являются искусственными и имеют много коммерческих и промышленных применений из-за гидрофобности соединений, низкой теплопроводности и высокой гибкости.
Объекты строго следуют этому закону только в том случае, если скорость теплопроводности внутри них намного больше, чем тепловой поток в них или из них.
Традиционным методом численного решения уравнения теплопроводности является метод крэнка–Николсона.
Из-за своей низкой теплопроводности, слой бетона часто используется для придания огнестойкости стальным конструкциям.
Этот состав приводит к низкой теплопроводности и электропроводности.
На приведенных ниже рисунках представлены решения, полученные вышеуказанными методами для аппроксимации уравнения теплопроводности .
В конвекционном нагревателе нагревательный элемент нагревает воздух, находящийся в контакте с ним, за счет теплопроводности.
Изоляция из силикатного аэрогеля имеет самую низкую теплопроводность из всех серийно выпускаемых изоляционных материалов.
Другие преимущества включают низкое тепловое расширение, высокую теплопроводность и высокую температуру плавления.
Теплопроводность диоксида урана очень низка по сравнению с теплопроводностью металлического циркония, и она снижается с повышением температуры.
Низкий коэффициент теплового расширения, высокая твердость, жесткость и теплопроводность делают карбид кремния желательным зеркальным материалом для астрономических телескопов.
Аэрогели могут иметь теплопроводность меньшую, чем у содержащегося в них газа.
Титановые поршни экономят массу,а также обладают низкой теплопроводностью, снижая тепловой поток в тормозную жидкость.
Изоляция здания-это материал с низкой теплопроводностью, используемый для уменьшения потерь тепла и усиления здания и уменьшения передачи шума.
Воздух обладает низкой теплопроводностью, а вовлеченные в него воздушные тела очень велики, поэтому передача тепла по проводимости ничтожно мала.
В результате получается твердое тело с чрезвычайно низкой плотностью и чрезвычайно низкой теплопроводностью.

Низкая теплопроводность – полимер – Большая Энциклопедия Нефти и Газа, статья, страница 2

Низкая теплопроводность – полимер

Cтраница 2

При нагревании их выше допустимой температуры часто происходит деполимеризация, разложение или даже обугливание. Этому способствует и низкая теплопроводность полимеров: при местном, пусть даже кратковременном перегреве они претерпевают деформацию или даже термоокислительнуто деструкцию, поскольку тепло рассеивается очень медленно.  [16]

Среди всех этих методов нагрева передача тепла за счет теплопроводности является наиболее распространенным и наиболее важным способом повышения температуры и плавления твердого полимера. Факторами, регулирующими скорость плавления при подводе тепла, являются теплопроводность, достигнутый температурный градиент и действительная площадь контакта между тепловым источником и расплавляемым материалом, которые отражают соответственно свойства материала, условия теплопередачи и форму поверхности теплоотдачи.

Низкая теплопроводность полимеров и их чувствительность к температуре ( которая ограничивает достижимые на практике температурные градиенты) обусловливает использование других, более перспективных способов плавления. Однако до настоящего времени ни ультразвуковой нагрев, вызываемый высокочастотной циклической деформацией твердого материала, ни диэлектрический нагрев, связанный с диссипативным членом уравнения энергии, не нашли широкого применения.  [17]

Более того, тепловые эффекты характеризуются небольшими величинами. Для того чтобы получить точные результаты, выделяющееся тепло должно передаваться полностью и быстро к измерительной аппаратуре.

Низкая теплопроводность полимеров затрудняет использование для этих целей образцов значительных размеров. Кроме того, образцы одного и того же полимера, но различных размеров ведут себя по-разному при одинаковом механическом напряжении. Так, например, стержень из полиамида, диаметр которого больше 5 мм, при растяжении будет скорее разрываться, чем вытягиваться, в то время как тонкое волокно или нить значительно легче подвергаются холодной вытяжке. Отсюда следует, что образцы полимера, используемые для термического анализа, должны быть небольших размеров и весить 50 – 200 мг.  [18]

Под влиянием высоких темп-р ( 500 С) полимерные материалы подвергаются термич. Вследствие низкой теплопроводности полимеров деструкция протекает, как правило, лишь в поверхностном слое, особенно при непродолжительном контакте полимера с источником тепла. Однако при возгорании продуктов распада может воспламениться и сам полимерный материал.  [19]

В процессе механической деформации многих материалов, в том числе полимеров, имеют место тепловые эффекты, изучение которых представляет как теоретический, так и практический интерес. Изучение тепловых эффектов помогает установить природу молекулярных процессов, происходящих при деформации. Более того, вследствие низкой теплопроводности полимеров тепловые эффекты оказывают влияние на изменение свойств деформированных образцов.  [20]

Огромное значение имеет теплоемкость полимеров, которая выше, чем у металлов. С этим связан большой расход тепла в процессе формования. Наконец, необходимо учитывать низкую теплопроводность полимеров, что очень неблагоприятно для их переработки, так как приводит к неоднородности изделия вследствие неравномерного разогрева материала.  [21]

Абляция играет очень важную роль во время запуска космических ракет и кораблей, когда температура выхлопных газов двигателя достигает 10000 – 15 000 С, и при движении в плотных слоях атмосферы, когда поверхность ракеты в результате трения о воздух накаляется до нескольких тысяч градусов. В таких условиях любой металл просто испарился бы, поэтому наружные части металлической конструкции покрываются термоизоляцией, изготовленной из наполненных полимерных материалов. При этом решающее значение имеют высокая теплоемкость и низкая теплопроводность полимера, поглощение и расход тепловой энергии на его пиролиз, а также образование предохранительной газовой прослойки на его поверхности. В результате полимер, сам разрушаясь слой за слоем, защищает металлические стенки ракеты в течение необходимого времени.  [22]

К особенностям полимерной упаковки и тары, производимой литьем под давлением и прессованием, относится точное выполнение в форме как внешних поверхностей изделия, так и внутренних полостей. Однако формуемость большинства полимеров, особенности заполнения формы перерабатываемой массой, анизотропия свойств материала и остаточные напряжения в изделии затрудняют получение литьевой упаковки с толщиной стенки менее 1 мм, а прессованной – менее 2 мм, что приводит к повышенному расходу сырья. Толстые стенки и большая масса отливок и выпрессовок вследствие

низкой теплопроводности полимеров увеличивают продолжительность отверждения изделий в форме. Эти причины, а также высокая стоимость оборудования и оснастки обусловливают повышенную стоимость литьевой и прессованной упаковки по сравнению со стоимостью упаковки, производимой другими способами. Кроме этого, размеры литьевой и прессованной упаковки существенно ограничиваются параметрами действующих прессов и литьевых машин.  [23]

Осаждение порошка происходит вследствие передачи тепла от нагретого, изделия к полимеру. Наиболее сильно нагревается слой полимера, непосредственно соприкасающийся с деталью. Дальнейшая теплопередача осуществляется через образовавшийся слой, толщина которого увеличивается с увеличением времени пребывания детали в ванне псевдоожиженного слоя. Низкая теплопроводность полимеров [ например, 0 001 кал / ( сек – г см3 град) для полиэтилена ] пре – 600 пятствует распространению тепла от s нагретой детали. Благодаря этому нарастание слоя полимера происходит во времени ( рис. 116) и осуществляется преимущественно в результате налипания полимерных частиц на предварительно сплавившийся нижележащий слой.  [25]

С, кристаллизация не успевает достигнуть сердцевины изделия. Этот процесс принято называть закалкой. Закаленные изделия имеют большую прочность и эластичность, но меньший удельный вес. Однако вследствие

низкой теплопроводности полимера закалка крупногабаритных изделий сопряжена с большими трудностями. При погружении в воду происходит в первую очередь охлаждение верхних слоев изделия, а в глубине его продолжает совершаться процесс кристаллизации. Таким образом, создаются внутренние напряжения, которые в сердцевине крупногабаритных изделий образуют трещины. Поэтому рекомендуют подвергать закалке изделия толщиной до 3 мм. Обычно незакаленные изделия получают охлаждением вместе с печью. При этом материал имеет возможность перейти из аморфного состояния в кристаллическое равномерно по всей глубине.  [26]

Непосредственное использование некоторых методов плавления сталкивается с серьезными трудностями. Рассмотрим это на примере плавления с перемешиванием. Попытка расплавить в нагреваемом сосуде загруженные в него полимерные гранулы приведет, вероятно, к частичному разложению полимера и получению неоднородного расплава с многочисленными включениями газовых пузырьков, Кроме того, эта безуспешная попытка требует еще и много времени. Причины неудачи заключены в физических свойствах полимеров. Особенно большую роль играет

низкая теплопроводность полимеров. Кроме того, термическая нестабильность, как видно из рис. 9.1, сильно снижает значения максимальных температур, при которых полимеры еще могут существовать, и допустимую продолжительность воздействия повышенных температур.  [28]

Для этого после достижения давления 15 – 19 ати температуру поднимают с определенной скоростью, не менее 12 град / час. Соблюдение этих условий диктуется особенностями реакции поликонденсации соли АГ, протекающей со значительной скоростью уже при сравнительно низких температурах. Следовательно, до 260 температуру нужно поднимать с такой скоростью, чтобы вода, применявшаяся в качестве реакционной среды, не была отогнана раньше, чем будет достигнута температура плавления полимера. В этом случае вся масса образующегося полимера находится в водной среде и при достижении температуры плавления переходит в расплавленное состояние. Если скорость разогрева реакционной массы недостаточна, то при поддержании давления на уровне 15 – 19 ати вся вода из автоклава удаляется раньше, чем температура реакционной массы достигнет температуры плавления полимера, и в этом случае неизбежно образование в автоклаве твердого блока полимера. Опасность образования твердого блока полимера связана с трудностью расплавления его вследствие низкой теплопроводности полимера и недостаточной термостабильности его, не допускающей перегрева полимера.  [29]

Страницы:      1    2

Ученые открыли материал с самой низкой теплопроводностью

https://ria.ru/20210715/teploprovodnost-1741391973.html

Ученые открыли материал с самой низкой теплопроводностью

Ученые открыли материал с самой низкой теплопроводностью – РИА Новости, 15.07.2021

Ученые открыли материал с самой низкой теплопроводностью

Британские и французские ученые синтезировали новый неорганический материал с самой низкой на сегодняшний день теплопроводностью. По мнению авторов, это… РИА Новости, 15.07.2021

2021-07-15T21:00

2021-07-15T21:00

2021-07-15T21:00

наука

технологии

великобритания

химия

физика

/html/head/meta[@name=’og:title’]/@content

/html/head/meta[@name=’og:description’]/@content

https://cdnn21.img.ria.ru/images/07e5/07/0f/1741376784_0:401:1392:1184_1920x0_80_0_0_e989180d69619a141bcde475f93aa833.jpg

МОСКВА, 15 июл — РИА Новости. Британские и французские ученые синтезировали новый неорганический материал с самой низкой на сегодняшний день теплопроводностью. По мнению авторов, это открытие будет иметь решающее значение для разработки термоэлектрических материалов нового поколения. Результаты исследования опубликованы в журнале Science.Примерно семьдесят процентов всей энергии, производимой в мире, расходуется в виде тепла. Для сокращения этих потерь необходимы материалы с низкой теплопроводностью. Разработка новых и более эффективных термоэлектрических материалов, которые могут преобразовывать тепло в электричество, считается ключевым вопросом перехода на источники чистой энергии.Исследователи из Ливерпульского университета вместе с коллегами из Университетского колледжа Лондона, британской национальной лаборатории Резерфорда — Эплтона и французской лаборатории кристаллографии и материаловедения CRISMAT путем дизайна на атомном масштабе создали новый материал, обладающий уникально низкой теплопроводностью.Материал объединяет две разные атомные структуры, каждая из которых замедляет скорость передачи тепла сквозь твердое тело. Самой сложной задачей было соединить обе структуры в одном материале, так как для этого нужно точно контролировать расположение каждого атома.Подбирая экспериментальным путем химические варианты различных атомных расположений, ученые интуитивно ожидали получить среднее значение физических свойств двух компонентов, но синергетический эффект превзошел их ожидания.”Обнаруженный нами материал имеет самую низкую теплопроводность среди всех неорганических твердых тел и проводит тепло почти так же плохо, как воздух”, — приводятся в пресс-релизе Ливерпульского университета слова руководителя исследования профессора Мэтта Россейнски (Matt Rosseinsky).Если принять теплопроводность стали за единицу, то показатель титанового стержня составит 0,1; вода и строительного кирпича — 0,01; воздуха — 0,0005; а нового материала — 0,001.Сначала авторы определили механизмы, ответственные за снижение теплопередачи в каждой из двух структур, а потом создали комбинированную компоновку атомов, имеющую имеет гораздо более низкую теплопроводность, чем любой из двух исходных материалов.”Захватывающий вывод этого исследования состоит в том, что можно улучшить свойства материала, используя атомистические взаимодействия, — говорит еще один из авторов статьи доктор Джон Алария (Jon Alaria), научный сотрудник химического факультетаЛиверпульского университета и Института возобновляемых источников энергии Стивенсона. — Помимо переноса тепла, эта стратегия может быть применена к другим важным фундаментальным физическим свойствам, таким как магнетизм и сверхпроводимость, обеспечивающим меньшее энергопотребление и более эффективную передачу электричества”.По мнению авторов, их открытие представляет собой прорыв в управлении тепловым потоком на атомном масштабе и имеет большое значение как для фундаментального понимания свойств материалов, так и для практического применения в термоэлектрических устройствах, например, для разработки термоизолирующих покрытий.

https://ria.ru/20201224/ekran-1590713308.html

https://ria.ru/20210616/sverkhprovodnik-1737244365.html

великобритания

РИА Новости

[email protected]

7 495 645-6601

ФГУП МИА «Россия сегодня»

https://xn--c1acbl2abdlkab1og.xn--p1ai/awards/

2021

РИА Новости

[email protected]

7 495 645-6601

ФГУП МИА «Россия сегодня»

https://xn--c1acbl2abdlkab1og.xn--p1ai/awards/

Новости

ru-RU

https://ria.ru/docs/about/copyright.html

https://xn--c1acbl2abdlkab1og.xn--p1ai/

РИА Новости

[email protected]

7 495 645-6601

ФГУП МИА «Россия сегодня»

https://xn--c1acbl2abdlkab1og.xn--p1ai/awards/

https://cdnn21.img.ria.ru/images/07e5/07/0f/1741376784_0:270:1392:1314_1920x0_80_0_0_2ff0d6390b219f4514dab73413f22c0b.jpg

РИА Новости

[email protected]

7 495 645-6601

ФГУП МИА «Россия сегодня»

https://xn--c1acbl2abdlkab1og.xn--p1ai/awards/

РИА Новости

[email protected]

7 495 645-6601

ФГУП МИА «Россия сегодня»

https://xn--c1acbl2abdlkab1og.xn--p1ai/awards/

технологии, великобритания, химия, физика

МОСКВА, 15 июл — РИА Новости. Британские и французские ученые синтезировали новый неорганический материал с самой низкой на сегодняшний день теплопроводностью. По мнению авторов, это открытие будет иметь решающее значение для разработки термоэлектрических материалов нового поколения. Результаты исследования опубликованы в журнале Science.

Примерно семьдесят процентов всей энергии, производимой в мире, расходуется в виде тепла. Для сокращения этих потерь необходимы материалы с низкой теплопроводностью. Разработка новых и более эффективных термоэлектрических материалов, которые могут преобразовывать тепло в электричество, считается ключевым вопросом перехода на источники чистой энергии.

Исследователи из Ливерпульского университета вместе с коллегами из Университетского колледжа Лондона, британской национальной лаборатории Резерфорда — Эплтона и французской лаборатории кристаллографии и материаловедения CRISMAT путем дизайна на атомном масштабе создали новый материал, обладающий уникально низкой теплопроводностью.

Материал объединяет две разные атомные структуры, каждая из которых замедляет скорость передачи тепла сквозь твердое тело. Самой сложной задачей было соединить обе структуры в одном материале, так как для этого нужно точно контролировать расположение каждого атома.

Подбирая экспериментальным путем химические варианты различных атомных расположений, ученые интуитивно ожидали получить среднее значение физических свойств двух компонентов, но синергетический эффект превзошел их ожидания.

24 декабря 2020, 12:27НаукаУченые создали материал для смартфонов, который умеет регенерироваться

“Обнаруженный нами материал имеет самую низкую теплопроводность среди всех неорганических твердых тел и проводит тепло почти так же плохо, как воздух”, — приводятся в пресс-релизе Ливерпульского университета слова руководителя исследования профессора Мэтта Россейнски (Matt Rosseinsky).

Если принять теплопроводность стали за единицу, то показатель титанового стержня составит 0,1; вода и строительного кирпича — 0,01; воздуха — 0,0005; а нового материала — 0,001.

Сначала авторы определили механизмы, ответственные за снижение теплопередачи в каждой из двух структур, а потом создали комбинированную компоновку атомов, имеющую имеет гораздо более низкую теплопроводность, чем любой из двух исходных материалов.

“Захватывающий вывод этого исследования состоит в том, что можно улучшить свойства материала, используя атомистические взаимодействия, — говорит еще один из авторов статьи доктор Джон Алария (Jon Alaria), научный сотрудник химического факультета

Ливерпульского университета и Института возобновляемых источников энергии Стивенсона. — Помимо переноса тепла, эта стратегия может быть применена к другим важным фундаментальным физическим свойствам, таким как магнетизм и сверхпроводимость, обеспечивающим меньшее энергопотребление и более эффективную передачу электричества”.

По мнению авторов, их открытие представляет собой прорыв в управлении тепловым потоком на атомном масштабе и имеет большое значение как для фундаментального понимания свойств материалов, так и для практического применения в термоэлектрических устройствах, например, для разработки термоизолирующих покрытий.

16 июня 2021, 15:41НаукаОткрыт новый топологический сверхпроводник

Теплопроводность керамзитобетонных блоков: почему это свойство важно

16.03.2017 ООО «Алексинский керамзитовый завод» ООО «Алексинский керамзитовый завод»

301362, Тульская обл., г. Алексин,

ул. Набережная, дом 40а

+7 (920) 7-555-555

Малая теплопроводность – характеристика керамзитобетонных блоков, благодаря которой этот материал является оптимальным решением при возведении жилых и коммерческих построек.

Из множества замечательных характеристик керамзитобетонных блоков низкая теплопроводность – не единственная, но одна из самых значимых. Несложно вспомнить определение этого понятия. Теплопроводность – это способность тел к взаимному теплообмену, или свойство предмета/вещества передавать тепло от одних (теплых) частей – другим (холодным).

Этот показатель обязательно учитывают при выборе материала для строительства. Чем ниже показатели теплопроводности стройматериала, тем более теплым и экономным для обогрева будет дом.

При этом в летнее время года в нем также легко будет поддерживать оптимальный микроклимат. Чтобы рассчитать правильную толщину стен d (дельта) при строительстве, необходимо знать коэффициент теплопроводности керамзитобетонных блоков (количественное выражение теплопроводности).

Обозначается буквой греческого алфавита Y (лямбда). Равняется количеству тепла, проходящего через определенную единицу площади материала определенной единицы толщины в определенную единицу времени при единичной разнице температур (минимум 1 Со).

В соответствии со СНиП от 23.02.2003 «Тепловая защита зданий» показатели сопротивления теплопередаче зависят от типа возводимого здания, а также особенностей климата территории. Например, для столицы это Rreg= 3-3,1. Для того, чтобы рассчитать толщину стены, нужно следовать формуле: d = Rreg x Y.

От чего зависит теплопроводность керамзитобетонных блоков

Теплопроводность керамзитобетонных блоков зависит от состава стройматериала. Один из его компонентов, бетон, является материалом с высокими показателями теплопроводности. Поэтому второй компонент, керамзит, благодаря пористой структуре полностью «отвечает» за низкую теплопроводность. Гранулы керамзита легки и прочны. Чем больше их в составе блоков, тем ниже показатели теплопроводности и плотности (но это влияет и на прочность материала).

Грамотный выбор керамзитобетонных блоков позволяет соблюдать нормальный температурный режим в здании круглогодично. В дом не проникнет ни жара, ни стужа!

Заказать наши блоки Вы можете связавшись с нашими менеджером по телефону +7 (920) 7-555-555 или заполнив форму ниже.


Что нужно знать о хлопке

Что такое хлопок 

Человечество выращивает хлопок более 5000 лет. В естественных условиях хлопчатник — многолетнее растение, которое может достигать десяти метров в высоту и расти более 10 лет. Специально выращенные хлопковые деревья немного отличаются от диких. Они растут только один год, а сам кустарник имеет высоту всего один метр, чтобы облегчить сбор коробочек. Каждая коробочка содержит около тридцати семян, распределенных по 4-5 отделениям. Каждое волокно – это одна растительная клетка из кожуры семени толщиной 15—25 мм в виде полой трубочки, закрученной вокруг своей оси. Этим, кстати, и объясняется плохая теплопроводность хлопка. По мере созревания волокно крепнет, содержание целлюлозы в нем увеличивается до 95%. Именно волокно, увеличиваясь в объеме, “взрывает” хлопковые коробочки, после чего начинается сбор урожая.

В зависимости от длины волокна изготовленную из него пряжу подразделяют на коротковолокнистую (до 27 мм), средневолокнистую (30-34 мм) и длинноволокнистую (до 60 мм).
С XIX века благодаря промышленной революции хлопок стал текстильным волокном номер один в мире.

Качество хлопка 

При оценке качества хлопка на заводе учитываются три критерия.

  1. Длина волокна: она колеблется от 10 до 60 мм в зависимости от вида. Чем длиннее хлопковые волокна, тем лучше их свойства, а значит и нити. Длинные волокна у хлопка из Египта, они достигают более 32 мм. А у австралийского хлопка Pima Supima волокна от 34 мм.
  2. Цвет хлопка варьируется от белого до желтоватого. Чем он белее, тем легче его полностью отбелить для окрашивания или печати. Поэтому более белый хлопок больше востребован.
  3. Чистота волокна также критерий качества.

Преимущества хлопка по сравнению с другими тканями 

Хлопок обладает отличными гигроскопическими свойствами. Хлопковое волокно может впитывать до 20% влаги от своего веса, но оставаться сухим на ощупь, удерживать до 65% воды, не отдавая ее в виде капель. Именно благодаря этому свойству хлопок часто используется для изготовления банного текстиля. Обратите внимание, что практически на всех этикетках по уходу у ваших банных полотенец и халатов указано, что они из хлопка. Заметим также, что при намокании прочность хлопкового волокна не уменьшается, а наоборот, увеличивается на 15%.

Благодаря строению волокон хлопок обладает изоляционными свойствами. Поэтому он может удерживать нагретый от контакта с телом воздух и сохранять тепло в холодное время года и, наоборот, изолировать, когда жарко.

Хлопок нам нравится и потому, что он способен выдерживать высокие температуры: глажку горячим утюгом и даже кипячение.

Хлопок не накапливает статическое электричество.

К недостаткам следует отнести его относительно невысокую износостойкость и возможную усадку или деформацию.

Хлопок и полиэстер 

Чтобы уменьшить недостатки хлопка, в него добавляют полиэстер. В зависимости от процента хлопка и полиэстера в текстиле, немного изменяются его характеристики: уменьшаются не только недостатки, но и самые главные достоинства – впитывающие свойства и ощущение комфорта от материала. Поэтому в изделиях марки Tkano мы используем только 100% высококачественный хлопок. Стараемся уменьшить недостатки натурального хлопка за счет самого лучшего исходного сырья, а не за счет добавления синтетики. Именно благодаря высокому качеству изначального материала текстиль Tkano выдерживает множество стирок и не деформируется, не линяет и отличается долговечностью.

Некоторые виды тканей из хлопка 

Нет ничего удивительного в том, что за несколько тысячелетий использования хлопка человечество придумало множество тканей из этого материала. Чтобы разговор о видах тканей был более предметным, надо упомянуть Thread counts (TC) – мировой стандарт вычисления плотности ткани. Это отношение количества нитей к 2.54 см (1 дюйму). Например, для ткани плотностью переплетения в 300 нитей ТС будет 118. У каждого вида тканей своя величина TC.

Ситец очень доступный и дешевый, но деформируется уже после первых стирок, быстро выцветает, изнашивается и теряет свой простой внешний вид.

Бязь (70-110 ТС) один из самых распространенных и демократичных материалов, с простым внешним видом, слегка шероховатый на ощупь и не очень долговечный.

Поплин (120-130 ТС) приятнее на вид и на ощупь, его легко гладить и он доступен по цене, хотя он и довольно тонкий, выдерживает до 200 стирок.

Перкаль (180-200 ТС) – красивая, плотная, приятная ощупь ткань, выдерживает до 400 стирок, хорошо держит форму, хорошо смотрится на не заправленной постели и подходит для тех, кто потеет во сне. Отличается высокой ценой.

Сатин (от 200 ТС) можно назвать сейчас роллс-ройсом в мире хлопковых тканей. Он прочен и гладок, долговечен, почти не нуждается в глажке и очень красив! Единственным его недостатком можно считать высокую цену.

Уход за хлопком 

Одним из главных преимуществ хлопка является неприхотливость в стирке. Если для хлопковой одежды уходовые бирки обычно рекомендуют 30-40°C, то для полотенец и постельного белья может подниматься до 60°C. Но не для всех изделий, поэтому перед тем как отправить белье в стиральную машину, прочтите, что указано на бирке.

Данный материал является натуральным, что влияет на возможную усадку изделия после стирки (в пределах 3-6%). Чтобы этого избежать, рекомендуется первую стирку осуществлять в ручном режиме при температуре не более 30°C.

Если же все-таки небольшая усадка произошла, то это можно исправить. Для этого изделие необходимо прогладить утюгом, применив функцию отпаривания или сбрызнув его водой, при этом слегка растягивая волокна в стороны.

Выводы 

Замечательные качества хлопка, за которые мы так ценим изделия из него, объясняются самим строением волокна. Высокая гигроскопичность и низкая теплопроводность материала связана с тем, что каждое волокно представляет собой тончайшую полую трубочку из целлюлозы, закрученную вокруг своей оси. Именно поэтому хлопковые ткани идеальны для столового, постельного, нижнего и детского белья, а также полотенец самого разного назначения.

Использование сырья максимально высокого качества и тщательная его обработка позволяют создавать долговечные хлопковые ткани, такие как поплин, перкаль и сатин. Чтобы точно определить, какого вида ткань перед вами, обратите внимание на показатель ТС.

Коэффициент теплопроводности металлов при низких температура

    Коэффициент теплопроводности металлов. Количественной теории теплопроводности на сегодня не существует. Это связано со сложными, не поддающимися аналитическому описанию механизмами рассеяния фононов и электронов на примесях и атомах, внедренных в решетку, на вакансиях и дислокациях. Справочные данные могут служить лишь для весьма приближенных оценок, поскольку не представляется возможным простым способом и с необходимой точностью определить физическую и химическую чистоту образца, коэффициент теплопроводности которого очень чувствителен при низких температурах к содержанию примесей и характеру их распределения в металле. На рис. 3.11 приведены температурные зависимости теплопроводности для различных образцов меди, отличающихся химической чистотой. Как следует из рис. [c.232]
    Следует отметить, что для очень чистых металлов при низких температурах наблюдается максимум коэффициента теплопроводности, зачастую превышающий его значение при комнатной температуре во много раз. При температурах, близких к комнатной, коэффициент теплопроводности чистых металлов почти не зависит от температуры. Величина (или даже само существование) [c.149]

    На фиг. 9.7 приведены кривые зависимости от температуры коэффициентов теплопроводности для некоторых металлов, обычно считающихся хорошими проводниками тепла. Следует отметить, что для очень чистых металлов при низких температурах наблюдается максимум коэффициента теплопроводности, причем максимальная величина зачастую во много раз превышает коэффициент теплопроводности при комнатной температуре. При температурах, близких к комнатной, коэффициент теплопроводности чистых металлов почти не зависит от температуры. Величина (или лаже само существование максимума) сильно зависит от наличия [c.381]

    Если теплопроводность не зависит от температуры, то, как видно из рис. 1-1, температура внутри стенки убывает по линейному закону от до 1 ,2- Теплошроводность различных веществ дается в приложении. Как видно из таблиц, среди твердых тел металлы обладают наилучшей теплопроводностью. Например, коэффициент теплопроводности чугуна равняется приблизительно А5 ккал/м – ч – град, меди— приблизительно 300 ккал/м-ч-град. Металлические сплавы имеют значительно более низкую теплопроводность, чем чистые металлы. Например, величины теплопроводности нержавеющей стали около 13,3 ккал/м-ч-град. Величины теплопроводности неметаллических веществ составляют приблизительно от 0,05 до 3 ккал/м-ч-град. [c.27]

    Из приведенных данных видно, что величина Я для различных материалов изменяется в широких пределах это в значительной мере определяет их назначение. Низкая теплопроводность теплоизоляционных материалов объясняется их пористой структурой, в ячейках которой заключен воздух, плохо проводящий тепло. Для большинства металле коэффициенты теплопроводности с возрастанием температуры уменьшаются, тогда как для газов они возрастают. [c.113]

    С наличием металлической проводимости тесно связаны высокая теплопроводность и оптические свойства металлических веществ. Так, электроны могут вследствие их высокой подвижности осуществлять отвод тепла путем переноса энергии из областей с более высокой температурой в области с более низкой температурой. Высокие коэффициенты поглощения и отражения излучения у металлов объясняются наличием в энергетических зонах очень тесно расположенных чередующихся занятых и свободных состояний. Этим обусловлены металлический блеск и непрозрачность. В тонкодисперсном состоянии все металлы имеют черный цвет. [c.360]


    Деление элементов и простых веществ на металлы и неметаллы в известной степени неоднозначно, С одной стороны, металлы и неметаллы различают по их физическим свойствам, которые проявляются у соответствующих простых веществ. Так, для металлов характерны высокая теплопроводность и электрическая проводимость, отрицательный температурный коэффициент проводимости, специфический металлический блеск, ковкость, пластичность и т.п. Физические свойства неметаллов существенно иные они хрупки, обладают низкой теплопроводностью и электрической проводимостью с положительным температурным коэффициентом (возрастание с температурой) и т.п. С другой стороны, различие между металлами и неметаллами проявляется в их химических свойствах для первых характерны основные свойства оксидов и гидроксидов и восстановительное действие, для вторых — кислотный характер оксидов и гидроксидов и окислительная активность. Ориентируясь на физические свойства, к типичным металлам следует отнести, например, медь, серебро и золото, обладающие наиболее высокой электрической проводимостью и пластичностью. Однако по химическим свойствам эти вещества вовсе не относятся к типичным металлам, поскольку стоят в ряду стандартных электродных потенциалов (ряд напряжений) после водорода. В то же время для элементов IА-группы, являющихся по химическим свойствам самыми активными металлами, некоторые физические характеристики (например, электрическая проводимость) выражены не так ярко. Таким образом, подразделяя элементы на металлы и неметаллы, всегда следует иметь в виду, по каким свойствам это деление осуществляется по химическим или по физическим. [c.244]

    Значения коэффициентов теплопроводности газов приведены в табл. 2.1, 2.19 и 2.20, жидкостей — в табл. 2.2, 2.18, 2.22, жидких металлов — в табл. 2.21, воды вблизи критической и сверхкритической областей— на рис. 2.21, твердых тел—в табл. 2.3—2.6. Расчетный метод определения коэффициента теплопроводности бинарной смеси газов с известными X см. в п. 2.16.1 значения X полимеров — в [1], окислов—[2, 3], карбидов—[4], газов и жидкостей — [5—7], смесей и композиционных материалов—[7, 8], различных веществ при низких температурах — [9, 11], теплоизоляционных и огнеупорных материалов — в кн. 3, разд. 1. [c.116]

    Для определения излучательной и поглощательной способностей металлов при низких температурах широко применяется калориметрический метод, аналогичный стационарному методу определения коэффициента теплопроводности. Калориметр представляет собой шаровой или цилиндрический сосуд из стекла или металла, подвешенный на горловине в кожухе такой же формы. Внутренний сосуд заполняется сжиженным газом, например жидким азотом количество тепла, притекающее к внутреннему сосуду, определяется по скорости испарения жидкости. Побочный приток тепла по горловине должен быть сравнительно небольшим, что обеспечивают соответствующим выбором ее размеров и материала или установкой на горловине охранной камеры. В межстенном пространстве поддерживают высокий вакуум. Калориметр помещают в термостат, в котором поддерживается температура 293—300° К- [c.171]

    ТЕПЛОПРОВОДНОСТЬ МЕТАЛЛОВ И СПЛАВОВ ПРИ НИЗКИХ ТЕМПЕРАТУРАХ (коэффициент теплопроводности X, ккал/м-ч-град [Л. 395]) [c.610]

    Фторопласт-4 (другие названия фторлон-4, политетрафторэтилен) содержит наполнители, имеет белый или серый цвет, плотность 2,1 — 2,3 г/сл , предел прочности 160—250 кгс/см , твердость 3—4 единицы по Бринеллю он гибок, пластичен. Допустимая рабочая температура от — 270 до+250 °С. Фторопласт обладает текучестью на холоду, поэтому для работы при низких температурах прокладки из него следует укладывать в паз, препятствующий вытеканию фторопласта. Характеризуется высокой химической стойкостью и низкими коэффициентами трения и теплопроводности, малым водопоглощением, диэлектрическими свойствами. К недостаткам его можно отнести высокий коэффициент линейного расширения (в 8—15 раз выше, чем у металлов), низкую прочность и хладотекучесть прн нагрузках свыше 30 кгс/см . Плавится при 600 °К, разлагается при 688 °К. При разложении токсичен. [c.291]

    Для большинства сплавов алюминия механические свойства с понижением температуры улучшаются. Наиболее интенсивно при понижении температуры возрастают прочность и твердость сплавов, несколько слабее повышаются пределы текучести и относительное удлинение. Поэтому алюминиевые сплавы широко используют при изготовлении емкостей для хранения жидкого водорода, тем более, что алюминиевые сплавы (как и медные) при 20 К имеют более низкий коэффициент теплопроводности, чем чистый металл. При пайке деталей оборудования для жидкого водорода применяют мягкие (оловянно-свинцовые) припои. При понижении температуры прочность этих припоев возрастает, однако значительно уменьшается их пластичность. [c.496]

    Композиция из кислотостойкого асбеста и лака этиноль. Материал обладает хорошей адгезией к металлу, бетону, дереву, керамике, возможностью нанесения футеровочного слоя шпателем или кистью, высокими пределами рабочих температур, при которых сохраняются антикоррозионные свойства материала, доступностью и дешевизной исходного сырья. Асбовинил устойчив к резким колебаниям температуры, обладает низким коэффициентом теплопроводности и высокой устойчивостью к воздействию большинства кислот, щелочей и других агрессивных сред. Мате )иал токсичен и огнеопасен [c.177]


    ТЬОа не растворяется в воде, щелочах и разбавленных кислотах. С повышением температуры прокаливания двуокись тория становится весьма устойчивой по отношению к концентрированным кислотам и в раствор ее можно перевести лишь путем нагревания с концентрированной серной кислотой или сплавлением с бисульфатом калия. Двуокись тория является наиболее химически стойким соединением по отношению к металлам. Изделия из нее отличаются сравнительно высоким коэффициентом термического расширения, низкой теплопроводностью и плохой термостойкостью. [c.309]

    Теплопроводность жидких и аморфных тел с понижением температуры уменьшается подобно теплоемкости. У кристаллических тел теплопроводность с понижением температуры сначала растет, достигая максимума, затем уменьшается и стремится к нулю. При низких температурах, близких к абсолютному нулю, коэффициент теплопроводности утрачивает свое значение, так как зависит от размера образца. Теплопроводность металлов в значительной степени определяется наличием электронов проводимости подобно электропроводности. Сходство механизмов теплопроводности и электропроводности для металлов находит отражение в [c.24]

    Реакция образования двуокиси тиомочевины является эк-зотермичной реакцией, в то же время для правильного ведения процесса необходимо поддерживать достаточно низкую температуру (от О до +5°). Это и побудило нас искать материал, обладающий большим коэффициентом теплопроводности. Лабораторные реакторы, изготовленные из стекла, органического стекла или пластмассы, оказались непригодными вследствие незначительной теплопередачи, что ие давало возможности быстро снимать тепло, выделяющееся в процессе реакции. Выбор был остановлен на металле. [c.351]

    Низкая теплопроводность теплоизоляционных и многих строительных материалов объясняется тем, что они имеют пористую структуру, причем в их ячейках заключен воздух, плохо проводящий тепло. Коэффициенты теплопроводности газов возрастают с повышением температуры и незначительно изменяются с изменением давления. Для большинства жидкостей значения Я, наоборот, уменьшаются при увеличении температуры. Исключение составляет вода, коэффициент теплопроводности которой несколько возрастает с повышением температуры до 130 С и при дальнейшем ее увеличении начинает снижаться. Для большинства металлов коэффициенты теплопроводности уменьшаются с возрастанием температуры. Значения Я резко снижаются при наличии в металлах примесей. [c.279]

    Графитовая пряжа обладает всеми свойствами текстильной пряжи в сочетании со свойствами, характерными для графитовых материалов высокой электропроводностью и теплопроводностью, инертностью практически ко всем коррозионным средам в широком температурном интервале, отсутствием деформаций при высоких температурах (не плавится), низким коэффициентом линейного термического расширения, увеличением прочности с температурой, низкой плотностью, термостойкостью, высокой чистотой, отсутствием смачиваемости большинством расплавленных металлов. [c.329]

    Теплопроводность сильно зависит от чистоты металлов. Теплопроводность сплавов, как правило, ниже, чем у чистых металлов. На величине коэффициента теплопроводности сказывается способ предварительной обработки сплава. Так, установлено, что теплопроводность деформируемых сплавов несколько выше, чем литейных. В области низких температур для некоторых чистых металлов наблюдается резкое увеличение теплопроводности. Однако при температурах, близких к температуре жидкого гелия, тепло-гароводность снижается еще более резко до весьма малых значений. [c.505]

    Использование этих материалов в разнообразных областях техники и промышленности обусловлено их уникальными свойствами. Угольные и графитовые материалы обладают высокой огнеупорностью, инертностью ко многим металлам, шлакам выше температуры их плавления и другим коррозионным средам. Они имеют высокую механическую прочность, которая сохраняется, а у графита даже растет с повышением температуры. Отношение прочности к удельному весу при комнатных температурах у пиролитического графита составляет 10, что превышает аналогичную величину для вольфрама и нержавеющей стали. Низкий коэффициент линейного расширения позволяет получать конструкционные изделия из углеграфитовых материалов, отличающиеся постоянством размеров при повышенных температурах. Они обладают довольно хорошей тепло- и электропроводностью. Теплопроводность пиролитического графита, например, вдоль слоев выше, чем у меди, а в направлении, перпендикулярном слоям, — ниже, чем у керамики. Высокая теплопроводность графита в сочетании с низкими модулем упругости и коэффициентом линейного расширения обеспечивают ему высокую термическую стойкость и снижают до минимума возможность растрескивания изделий из графита при тепловых ударах. [c.3]

    Коэффициент теплопроводности данного материала зависит от многих факторов. Небольшое количество примесей в чистом металле приводит к значительным иотерям теплопроводности. Облучение быстрыми нейтронами может вдвое и даже больше уменьшить теплопроводность металлов или керамических материалов. Как видно из рис. З.Ь температура существенно влияет на коэффициент теплопроводности. Давление оказывает слабое влияние на теплопроводность газа, содержащегося в пористых материалах, до тех пор, пока межзерен-иые промежутки не станут меньше среднего пути свободного пробега молекул газа. Как показано на рис. 3.2, влияние давления становится существенным при давлениях ниже примерно 10 мм рт. ст. 6]. При низких температурах, когда тепловые потоки излучения малы, молено обеспечить надежную теплоизоляцию путем откачивания газа из пространства между двумя полированными поверхностями до давления 0,01 мм рт. ап. или менее. Еще лучшие термоизоляционные свойства можно получить, заполнив вакуумированный промежуток между поверх юстями отражающим изоляционным мате ) налом. Исключительно хорошими теплоизоляционными свойствами обладает многослойная теплоизоляция, применяемая для криогенного оборудования. Она состоит из нескольких тысяч перемежающихся слоев алюминиевой фольги и пластиковой пленки или стеклянной ткани толщиной в сотые доли миллиметра. Откачивая пространство между слоями, можно получить коэффициент теплопроводности при криогенных температурах до 1,73-10″ вт1 м-град). [c.40]

    Наиболее премлемыми теплоносителями этого типа являются щелочные и тяжелые металлы и их сплавы. Физические свойства жидких металлов существенно отличаются от свойств обычных теплоносителей- воды, масла и др. У металлов больше удельный вес и коэффициент теплопроводности значение же теплоемкости ниже, особенно мало значение числа Прандтля (Prs 0,005-r-0,05). Низкие значения числа Рг объясняются более высоким коэффициентом теплопроводности например, при температурах 100—700 °С коэффициент теилопро-водности натрия Х 86-ь59 Вт/(м-К) для калия Яг=46-ь28 Вт/(м-К). [c.242]

    При выводе формул предполагалось, что отдельные слои тесно прилегают друг к другу и поэтому обладают в плоскостях соприкосновения одинаковой температурой. Однако, если поверхности соприкосновения являются шероховатыми, то полное соприкосновение по всей плоскости соприкасания невозможно между отдельными слоями имеются воздушные прослойки. Наличие воздушных прослоек из-за низкого значения коэффициента теплопроводности воздуха (Я = 0,02) в значительной степени уменьшает теплопроводность многослойной стенки. Такое же действие производят окислы металлов. Поэтому при измерении теплопроводности многослойной стеики следует учитывать тшательность выполнения контакта между отдельными слоями. [c.25]

    При измерении температуры до 200° С улучшение теплоотдачи от гильзы к термометру достигается заполнением зазора менкомпрессорным маслом, а при более высоких температурах — бронзовыми или меднйми опилками. Для уменьшения погрешности, связанной с теплоотводом через гильзу, ее следует изготовлять из металла с низким коэффициентом теплопроводности (например, из нержавеющей стали), а толщину стенки и внутреннш диаметр гильзы выбирать минимально возможными. [c.67]

    Для получения долговечных скользящих слоев самосмазывающиеся детали могут быть изготовлены из твердых смазочных материалов, металлов или пластмасс путем спекания, пропитки в вакууме, экструзии или прессования под высоким давлением при высоких или низких температурах. Таким пластмассам, как найлон, фенольные смолы, поликарбонаты, полипропилен, поли-ацетали, полиимиды, политетрафторэтилен и графит может быть придана форма корпуса или ленты для сферических радиальных подшипников или сепаратора для подшипников качения. Для упрочения и термической стойкости к этим соединениям добавляют стеклянные, углеродистые и керамические волокна, а в качестве твердого смазочного материала вводят MoSg, графит, Си, РЬ, Ni и Со. Эти материалы имеют высокую химическую и термическую стабильности и диэлектрические свойства. К недостаткам их относят плохую теплопроводность, высокий коэффициент термического расширения и недостаточную прочность. [c.177]

    Жидкости, кроме расплавленных металлов, имеют низкие коэффициенты теплопроводности [А,Расплавленные металлы имеют Ж100 Вт/(м-К). Для большинства материалов зависимость коэффициента теплопроводности от температуры носит линейный характер  [c.118]

    Стеклопласты на основе полимерных материалов, в отличие от металлов, обладают малой теплопроводностью. Коэффициент теплопроводности у стеклопластов при 20° составляет 0,02 кал/см-град-сек в то вр ля, как у стали он равен 0,07—0,10, а у алюминия и его сплавов — 0,4—0,5. Низкая теплопроводность стеклопластов в ряде случаев является их преимуществом перед металлами. Так, благодаря низкой теплопроводности детали из стеклопластмасс, подвергающиеся неоднократному кратковременному воздействию очень высоких температур (примерно 2500°), оказываются более стойкими и прочными, чем детали из стали. Кратковременное действие высокой температуры на стеклопласт приводит только к разрушению поверхностных слоев детали, в то время как деталь из металла сгорает или теряет прочность. В настоящее время установлено, что некоторые стеклопласты, благодаря низкой теплопроводности, при воздействии температур 200—300° теряют прочность меньше, чем алюминий, магний и их сплавы. Поэтому при длительной работе при температурах свыше 200° С рекомендуется применять специальные жаропрочные стеклопластмассы, например, стеклопласты на основе кремнийорганических и меланиновых смол. Из сопоставления характеристик механической прочности стеклопластов и металлов следует, что стеклопласты могут быть использо- [c.133]

    Свинец относится к группе легкоплавких металлов, так как температура плавления его 327° С. Он характеризуется низкой прочностью и высокой пластичностью. Чистый свинец имеет предел прочности при растяжении 1,4 кГ1мм , модуль упругости 1500—1700 кГ1мм . Коэффициент теплопроводности свинца составляет 29—30 тал (м-ч- град). Большой удельный вес свинца (11,34 Г/см ) и низкая прочность затрудняют его применение в качестве конструкционного материала. [c.114]

    Знак минус В уравнении (ИМ) отражает передачу тепла в направлении уменьшения температуры. Градиент температуры dtldn означает изменение температуры на единицу длины в направлении нормали к рассматриваемой изотермической поверхности, имеющей температуру /. Соседняя изотермическая поверхность имеет температуру t+di. Из уравнения (111-1) следует, что коэффициент теплопроводности л численно равен количеству тепла, которое проходит через единицу поверхности в единицу времени при градиенте температур, равном единице. Наибольшее значение величины к наблюдается для металлов [500>Я>-]0 Вт/(м-К)], наименьшее для газов [Ж устройства тепловой изоляции. [c.118]

    Анализ данных о теплопроводности металлов показывает, что большую теплопроводность имеют те из них, которые известны как лучшие проводники электричества. Первое сообш ение об этом сделано Видеманом и Францем в 1853 г., когда они обнаружили, что при данной температуре отношение коэффициентов теплопроводности и электропроводности примерно одинаково для всех металлов. То, что это соотношение не применимо к неметаллическим телам, привело к заключению о двойственности механизма теплопроводности в твердых телах. Один механизм, свойственный только проводникам электричества, предусматривает, что тепло, как и электричество, проводится свободными электронами, которые движутся через решетку металла наподобие молекул газа. Эта теория, являющаяся основой закона Видемана — Франца, подтверждается тем фактом, что тщательно выращенные кристаллы очень чистых металлов имеют обычно высокую теплопроводность. Например, для меди измерения коэффициента теплопроводности при очень низких температурах дали значения от 7500 до 10 500 ккал1ч М-град. [c.253]

    Весьма перспективно для химической технологии теплообмен ное устройство, называемое теплопроводом. Оно пред ставляет собой полностью закрытую металлическую трубу с лю быми профилями сечения, футерованную каким-либо пористо капиллярным материалом (фитилем), например, шерстяной тканью, стекловолокном, сетками, пористыми металлами, полимерами, керамикой и т. п. В полость трубы подается теплоноситель в количестве, достаточном для полной пропитки фитиля. Температура кипения теплоносителя должна обеспечивать отвод тепла (путем испарения) из охлаждаемого рабочего пространства химического реактора или другого аппарата интервал зон температуры — от какой угодно низкой до 2000 °С. В качестве теплоносителя используют металлы (Сз, К, На, Ы, РЬ, А и др.), высоко кипящие органические жидкости, расплавы солей, воду, аммиак, жидкий азот и др.). Предпочтительны жидкости с высокой скрытой теплотой испарения, большим поверхностным натяжением, низкими плотностью и вязкостью. Трубка одной своей частью располагается в зоне отвода тепла, а остальной частью — в зоне конденсации паров. Пары теплоносителя, образовавшиеся в первой зоне, конденсируются во второй зоне, а конденсат возвращается в первую зону под действием капиллярных сил фитиля. Благодаря большому количеству центров парообразования резко падает перегрев жидкости при ее кипении и значительно возрастает коэффициент теплоотдачи при испарении (в 5—10 раз). Особенностью теплопровода является очень высокая эффективная теплопроводность вдоль потока пара (на 3—4 порядка больше, чем у серебра, меди и алю.миния), что обусловлено низким температурным градиентом вдоль трубы. Мощность теплопровода определяется капиллярным давлением, компенсирующим потери напора парового и жидкостного потоков. [c.336]

    Принцип работы вакууметров Пирани и термопарного основан на изменении теплопроводности с давлением. При низких давлениях теплопроводность линейно возрастает с увеличением давления. Эти вакууметры работают таким образом, чю в них поддерживается постоянная подача энергии к нагреваемому элементу. Элемент состоит из нити или пластинки, изготовленной из некоторых металлов (таких, как вольфрам, никель или платина), имеющих большой температурный коэффициент сопротивления и не подвергающихся воздействию газов или паров, давление которых измеряется, при температурах нити. Когда давление возрастает или уменьшается, потеря тепла от нагретого элемента будет происходить с разной скоростью и тем самым приводить к изменению температуры. Поэтому такого рода вакууметры сводятся к устройству для измерения температуры нагретого элемента. [c.487]


Теплопроводность полимерных материалов – Энциклопедия по машиностроению XXL

При замене металлических корпусов пластмассовыми необходимо установить, насколько следует увеличить поверхность пластмассового корпуса из-за меньшей теплопроводности полимерных материалов, чтобы сохранить температурный режим.  [c.248]

В общем, полимерные материалы являются плохими проводниками тепла. Следовательно, их особенно хорошо применять для тепловой изоляции. Изолирующие свойства можно значительно улучшить, придав материалу пенистую структуру. Наоборот, применение металлического наполнителя может привести к некоторому увеличению теплопроводности. Теплопроводность полимерных материалов без наполнителя сравнима с теплопроводностью дерева или керамики и вместе с тем в десятки и даже сотни раз ниже теплопроводности металлов.  [c.30]


Низкая теплопроводность полимерных материалов является причиной того, что при прикосновении к ним они производят впечатление холодных или теплых при тех температурах, когда металлы обжигают теплом или холодом.  [c.30]

Обработка искусственных материалов резанием имеет несколько важных отличительных особенностей по сравнению с резанием металлов. К ним относится относительно быстрое затупление режущих инструментов, что объясняется различной стойкостью материала режущего инструмента к резанию смол и наполнителей, а также малой теплопроводностью полимерных материалов (в несколько сот раз меньшей, чем у металлов), вызывающей повышение температуры резца.  [c.69]

Стекло имеет низкую теплопроводность. Полимерные материалы плохо проводят теплоту, теплопроводность большинства термопластов не превышает 1,5 Вт/(м-К).  [c.66]

Низкая теплопроводность полимерных материалов вызывает перегрев режущего инструмента и быстрое его затупление, что может служить  [c.168]

Свариваемые изделия (а при сварке с присадочным материалом и сварочный пруток) нагревают подогретыми газами (например, воздухом, азотом, аргоном) или непосредственно продуктами сгорания горючего газа (ацетилен, водород) в воздухе (до температуры перехода полимера в вязкотекучее состояние). Вследствие малой теплопроводности полимерных материалов до этой температуры нагревается лишь поверхностный слой, что достигается небольшими затратами тепла и времени.  [c.43]

Обладая низкой теплопроводностью, полимерные материалы имеют одностороннюю применимость в технике повышенных и высоких температур. К тому же они немагнитны, плохо работают на кручение, значительно теряют прочность при повышенных температурах, имеют повышенную склонность к ползучести при длительных нагрузках и т. д.  [c.93]

Прогресс современной техники при эксплуатации энергомеханического и технологического оборудования в авиационной, газовой и других отраслях промышленности связан с интенсификацией рабочих процессов узлов трения и соответствующим повышением их тепловой напряженности. Проблема снижения тепловой напряженности особенно остро ощущается в металлополимерных сопряжениях. Это обусловлено тем, что интенсификация режимов работы узлов трения, а также низкая теплопроводность полимерных материалов предопределяют возникновение в них значительного температурного градиента.  [c.52]

Во всех отраслях народного хозяйства широко используются пластмассы. Однако, обладая хорошей коррозионной устойчивостью, износостойкостью, великолепными диэлектрическими характеристиками, они уступают металлам в отношении механической прочности, теплопроводности, что затрудняет их использование в чистом виде. Вместе с тем применение пластмасс для тонкослойных покрытий металлов позволяет получать изделия и конструкции с двойным эффектом. В настоящее время в машиностроении для покрытия деталей и узлов машин расходуется 25—30 % полимерных материалов. В немалой степени этому способствуют технологические удобства, которые щедро предоставляет кипящий слой.  [c.88]


Все полимерные материалы обладают малой теплопроводностью и низким модулем упругости, что снижает эксплуатационные возможности этих материалов. Однако применительно к узлам трения низкий модуль упругости имеет и положительное значение, так как способствует увеличению площади фактического контакта в паре сталь — пластмасса и снижению действительных контактных напряжений. Трение двух поверхностей с различной жесткостью создает оптимальные условия для их взаимодействия [8]. Приработка полимерных материалов (в особенности термопластичных) при трении по стали осуществляется в основном за счет пластических деформаций их рабочих поверхностей. Низкий модуль упругости термопластов предопределяет малую чувствительность подщипников из этих материалов к перекосам вала [24, 50]. Металлические и, в частности, бронзовые подшипники чувствительны к неточностям сборки, которые приводят к резкому увеличению фактических контактных нагрузок.  [c.8]

Ввиду малой теплопроводности и сравнительно высоких значений температурного коэффициента линейного расширения полимерных материалов следует ожидать определенные затруднения в отводе тепла через подшипник и значительные изменения сборочных зазоров при эксплуатации ТПС. По этим причинам а также вследствие малой жесткости термопластов к конструкции ТПС предъявляют специфические требования, изложенные в следующих разделах, где также приведены результаты оценки свойств отобранных типов материалов, необходимые для расчетов.  [c.34]

Приведенные данные могут быть использованы конструкторами для выбора ТПС из других полимерных материалов, обладающих такой же теплопроводностью.  [c.144]

Практическое значение имеют следующие тепловые свойства полимерных материалов удельная теплоемкость, теплопроводность, тепловое расширение, а также стойкость к действию повышенных температур, а в некоторых случаях — низких температур.  [c.30]

Нарезание резьбы в отверстиях, просверленных в полимерных материалах, является трудной операцией из-за плохой теплопроводности и сложности отведения из отверстия стружки, которая забивает канавки метчика и при обработке термопластических материалов может привариваться к обрабатываемому материалу. Метчики должны быть изготовлены из спеченного карбида или стали с последующим азотированием или хромированием.  [c.72]

К достоинствам пружин из полимерных материалов относится высокая удельная прочность (большая, чем у металлических пружин), химическая стойкость, низкая теплопроводность (что  [c.175]

Недостатки полимерных материалов как подшипниковых 1) незначительная теплопроводность 2) большая гигроскопичность и способность впитывать жидкости, что связано с изменением размеров.  [c.229]

Незначительная теплопроводность является большим недостатком полимерных материалов, применяемых для изготовления подшипников, в частности потому, что теплостойкость многих из них незначительна (см. табл. XI. 1), и при высокой температуре наступает быстрый износ элементов подшипника. В связи с этим, среди вопросов, связанных с изготовлением подшипников из полимерных материалов, вопрос отведения выделяющегося тепла занимает одно из первых мест. Конструктор должен заботиться о создании как можно более интенсивного охлаждения (водяного или воздушного).  [c.234]

Максимальной теплопроводностью среди подшипниковых полимерных материалов обладают графитопласты, превосходящие по теплопроводности некоторые металлы. Прим. ред.)  [c.234]

Возможность смазки подшипников из полимерных материалов водой ставит при их изготовлении ряд новых проблем В целом, стоимость смазки снижается, причем полностью исключается стоимость масла, но возрастает стоимость энергии, необходимой для нагнетания хладоагента через подшипник, поскольку с учетом незначительной теплопроводности охлаждение должно быть весьма интенсивным.  [c.235]

Полимерные материалы, несмотря на очень малое значение коэффициента теплопроводности Я. и невысокую теплостойкость, применяются для производства теплообменников, благодаря в первую очередь высокой химической стойкости и выгодному соотношению прочности этих материалов и их плотности.  [c.381]

Б этих условиях полимерные материалы проявили как будто совершенно неожиданную жаростойкость. Причина ее в основном в их низкой теплопроводности. В результате малой теплопроводности и при кратковременном действии высокой температуры у полимерных материалов происходит только обугливание поверхности, внутренние же слои остаются неповрежденными.  [c.393]


Большой интерес представляют материалы и покрытия системы металл – полимер, обладающие, комплексом свойств, присущих как металлам, так и полимерам. Известно, что металлическим материалам свойственны большая теплопроводность и высокая прочность, но они уступают по антифрикционным свойствам, коррозионной стойкости, упругости многим полимерным материалам. В свою очередь, полимеры обладают  [c.146]

Тепло- и электропроводность металлов почти на два порядка больше, чем у полимерных материалов и поэтому в случае металлов не возникает никаких проблем в отводе тепла от локального источника (например, в корпусах подшипников, плитах разъема). На практике при расчете теплопередачи к жидкостям через металлические стенки редко возникала необходимость принимать во внимание тепловое сопротивление стенки. Несколько отличная картина наблюдается в случае композиционных материалов, теплопроводность которых определяется теплопроводностью матрицы и армирующего наполнителя, причем и матрица, и наполнитель являются худшими проводниками, чем металлы, которые они могут заменять. Естественно, что с увеличением масштабов использования высокопрочных композиционных материалов появилась необходимость в получении информации об их теплофизических и электрических свойствах.  [c.285]

В дальнейшем мы ограничимся лишь рассмотрением нескольких методик, которые были использованы при изучении теплопроводности полимерных композиционных материалов и соответствующих материалов матрицы, а также основных принципов, на которых основано определение теплопроводности. Более подробную информацию о технике эксперимента можно найти в соответствующей литературе, например в работе [7].  [c.296]

Научная школа по триботехнике, возглавляемая В. А. Белым, проделала огромную работу по использованию полимерных материалов для узлов трения. Многие результаты оказались сенсационными. Полимеры обладают по сравнению с металлами более низким коэффициентом трения, меньше изнашиваются, нечувствительны к ударам и колебаниям, имеют меньшую стоимость и более технологичны в производстве деталей. Способность полимеров работать при смазке водой является важным их преимуществом перед металлами. Однако необходимо учитывать определенные трудности их использования. Известно, что пластмассы при доступе воды склонны к набуханию, имеют низкую теплопроводность, большой температурный коэффициент линейного (или объемного) расширения, невысокую теплостойкость, обладают ползучестью при нормальной температуре и низким модулем упругости. Таким образом, прямая замена металла полимерами не всегда целесообразна.  [c.25]

Высокий коэффициент теплопроводности алюминиевых сплавов часто заставляет отказываться от применения их в таких деталях, которые определяют притоки тепла к охлаждаемым элементам. Например, горловины криостатов выполняют из аустенитных сталей или полимерных материалов, хотя сам внутренний сосуд изготовляется из алюминиевого сплава.  [c.620]

Изменение теплофизических свойств. Необратимые изменения коэффициента теплопроводности К, удельной теплоемкости С, коэффициента температуропроводности а, коэффициента линейного а и (Съемного р термического расширения, плотности р полимерных материалов при облучении ионизирующими излучениями связаны, как правило, с процессами сшивания и деструкции. Для  [c.302]

В настоящее время развитие современной техники, создание машин и аппаратов высокого качества немыслимо без широкого применения полимерных Материалов. Известно, что эти материалы имеют низкие коэффициенты теплопроводности, вследствие чего использование для их нагрева внешних источников тепла не всегда целесообразно. При этом по сечению нагреваемых материалов создается неоднородное температурное поле, приводящее, как правило, к снижению качества изделия. G увеличением толщины нагреваемого материала эти явления усугубляются. Поэтому высокочастотный нагрев с его внутренними источниками тепла приобрел большую популярность. >  [c.3]

Недостаток таких зубчатых колес — значительно более низкая по сравнению с обычными металлическими несущая способность, низкая теплопроводность, разбухание при работе во влажной среде. Сопряженные зубчатые колеса могут быть изготовлены из одноименных и разноименных полимерных материалов (полимерные передачи) одно из колес может быть изготовлено из металла (металлополимерные передачи). Обычно сопряженные зубчатые колеса выполняют одно из пластмассы.  [c.158]

Нанесение порошковых полимерных материалов рекомендуется для получения декоративных покрытий. В частности, этот метод применяется для замены декоративных металлизированных покрытий на декоративное покрытие с меньшей теплопроводностью (поручни в вагонах троллейбусов и железнодорожных вагонах).  [c.249]

При проектировании колец из полимерных материалов следует учитывать их высокий коэффициент линейного расширения (на порядок выше, чем у металлов). Предпочтительной и в этом случае является установка колец в обоймы или на втулки через резиновые кольца. Учитывая низкую теплопроводность для пластмассовых колец, следует выбирать меньшие из приведенных выше значений Ь.  [c.129]

Некоторое различие в свойствах углерод-углеродных и полимерных материалов установлено и на цилиндрических образцах (табл. 6.18). Отличительной особенностью рассматриваемых материалов по сравнению с пиролитическим графитом является их низкая теплопроводность при повышенных температурах (рис. 6.14). Материал МодЗ имеет также меньшие значения коэффициентов линейного расширения, чем коэффициенты пиролитического графита (рис. 6.15).  [c.187]

Благодаря целому ряду ценных свойств, наиболее важными из которых являются высокая удельная прочность, низкая теплопроводность и отличные технологические качества, в современной технике все большее применение для изготовления ответственных деталей и агрегатов машин находят армированные полимерные материалы, составляющие особый класс композиционных материалов. К указанному классу материалов относятся угле-металлопластики, разработанные в Институте проблем материаловедения АН УССР [99].  [c.250]


Низкая теплопроводность полимеров создает значительные трудности при применении их в качестве антифрикционных материалов, особенно в тяжелонагруженных узлах трения. Ввиду низкой теплопроводности температура в узлах трения резко повышается, что влечет за собой быстрый износ полимерных материалов и выход из строя узла трения. Поэтому знание теплопроводности наполненных фторопластовых материалов является важнейшим условием их практического применения.  [c.63]

Данные табл. 65 обработаны с целью большего обобщения и представлены в табл. 66 в виде допустимой мощности трения, измеряемой произведением fpaV, которая определяет теплообразование. В этом случае допустимый режим эксплуатации определяется только теплоотводящей способностью рабочего слоя подшипника и корпуса, в котором он эксплуатируется. Приведенные данные могут быть использованы конструкторами для выбора ТПС из других полимерных материалов, обладающих таким же коэффициентом теплопроводности.  [c.100]

Теплообмен с окружаюш,ей средой можно облегчить, применяя подшипники открытой конструкции, что является допустимым в результате способности полимерных материалов к поглош,ению твердых частичек, попадаюш,их на трущиеся поверхности. Принимая во внимание необходимость интенсивного теплообмена, часто применяют вкладыши, которые охватывают только часть поверхности цапфы. Разница между показателями теплопроводности различных полимерных материалов весьма значительна.  [c.234]

Приведенный в гл. 1 обзор представлений о процессах теплопе-реноса в высокомолекулярных веществах показал, что даже для не-наполненных полимеров, которые относятся. к гомогенным системам, эти процессы выглядят достаточно сложными. Совершенно очевидно, что для наполненных полимеров, как гетерогенных систем, процессы теплопереиоса представляются еще более сложными вследствие дополнительных конформаций структурных образований на границе полимер — наполнитель. Одним из первых подтверждений такой точки зрения явились результаты исследований теплопроводности фрикционных материалов 1[Л. 80], анализ которых обнаруживает нарушение правил аддитивности при составлении композиции из дисперсного высокотсплопроводного порошка и полимера. Так, введение в полимер 10% алюминиевого и 25% графитового порошков по массе повышает теплопроводность всего до 0,58 Вт/(м-°С). В то же время по данным [Л. 81] композиция на основе полиэфирного компаунда МБК и 50% малотеплопроводного маршалита по весу имеет теплопроводность порядка 0,77 Вт/(м-°С). Такие же странные на первый взгляд результаты опытных данных наблюдаются и при исследовании теплопроводности компаундов, применяемых для заливки электронного оборудования 1[Л, 82]. Так, эпоксидный компаунд, наполненный до 80% по массе дисперсным алюминием с размером частиц 30 меш, имеет теплопроводность порядка 2,5 Вт/(м-°С), в то время как при введении 90% более высокотеплопроводного медного порошка теплопроводность не превышает 1,6 Bt/(m- ). Причиной таких аномалий является объемный эффект, обусловленный формой и размером частиц наполнителя. Основной смысл объемного эффекта заключается в том, что увеличение теплопроводности через материал частиц наполнителя имеет меньший вклад, чем снижение теплопроводности через полимерные прослойки между частицами. Отсюда суммарная теплопроводность композищии растет интенсивнее при введении большого числа частиц, т. е. при повышении объемной концентрации наполнителя в полимере.  [c.75]

Основные достоинства полимерных материалов низкая стоимость, сравнительная простота изготовления, малая энергоемкость и малоот-ходность методов получснил и переработки, невысокая плотность, высокая стойкость к агрессивным средам, атмосферно гу и радиационному воздействиям и ударным нагрузкам, низкая теплопроводность, высокие оптические, радио- и электротехнические свойства. Основные недостатки низкая тепло- и термостойкость, большое тепловое расширение, склонность к ползу-чести и релаксации напряжений, ДJ я многих полимеров – горючесть.  [c.48]

KOB При циклических нагрузках является термодеструкция и по-теря теплостойкости вследствие тепловыделений в материале в результате высокого уровня механических потерь и низкой теплопроводности полимерных матриц [74]l Эти эффекты особенно резко проявляются в стеклопластиках, в которых происходит локальный разогрев до 130 °С при умеренной частоте нагружения, и значительно меньше — в карбопластиках, обладающих высоким модулем упругости, снижающим гистерезисные потери в матрице, и высокой теплопроводностью.  [c.106]

Описанная система оказалась достаточно удобной при серийных измерениях коэффициентов теплопроводности изотропных полимерных материалов, особенно при получении образцов в виде бруска или стержня. Этой методикой можно также пользоваться при определении коэффициентов теплопроводности наполненных полимеров или, в общем случае, композиционных материалов с изотропными свойствами, но эта методика не применима для композиционных материалов с ярко выраженной анизотропией свойств, например однонаправленных волокнистых композиционных материалов.  [c.299]

Трубопроводы нз полимерных материалов обладают высокой стойкостью к агрессивным средам, низким удельным весом, низкой теплопроводностью, высокой технологичностью при изготовлении и монтаже. К числу их недостатков следует отнести сравнительно невысокие прочностные показатели, ограничивающие рабочее давление 6—10 кгс1см , причем прочность трубопроводов из полимерных материалов значительно снижается повышением температуры. Тем не менее в ряде отраслей и производств полимерные материалы, в особенности полиэтилен и поливинилхлорид (винипласт), вытесняют легированные и нержавеющие стали и цветные металлы при изготовлении трубопроводов, работающих на давлении 2,5—10 кгс1см и температуре до 80—100°С.  [c.190]


Низкая теплопроводность – обзор

Низкая теплопроводность

Тепло – это форма энергии, всегда движущаяся от более высокой к более низкой температуре. Низкий показатель теплопроводности жесткого пенополиуретана, один из самых низких показателей среди широко используемых изоляционных материалов, позволяет эффективно удерживать тепловой поток.

Прочность

Хороший баланс между весом, механической прочностью и изоляционными свойствами пенополиуретана (CORAFOAM®) демонстрирует его универсальность в качестве изоляционного материала.Эти качества позволяют использовать его в приложениях, требующих изоляции с сочетанием несущей способности, ударопрочности, веса и компактности, а также простоты установки и обслуживания.

Этот пенополиуретан обеспечивает очень благоприятное соотношение физико-механических свойств и плотности; дальнейшее улучшение общих свойств достигается при склеивании с облицовочными материалами, такими как металл или гипсокартон.

Легкость

Жесткие пенополиуретаны представляют собой ячеистые материалы.Пена состоит из маленьких пузырьков, наполненных вспенивающим агентом, что обеспечивает хорошие изоляционные свойства. Полиуретановая матрица отвечает за скрепление всех ячеек: чем больше количество полимера, скрепляющего структуру, тем выше плотность. Фактически в 1 м3 пенопласта полимером занято всего 4 % общего объема, а остальные 96 % заполнены вспенивателем (это относится к типичному пенопласту 40–45 кг/м 3 ). Легкость пены позволяет легко транспортировать, обрабатывать и устанавливать.

Низкое водопоглощение и низкая водопроницаемость

Теплопроводность воды в 10-20 раз выше, чем у обычно используемых пакет изоляции. Присутствие воды, помимо потери эффективности изоляции, приводит к увеличению веса, риску коррозии металлических поверхностей и образованию льда при понижении температуры ниже точки замерзания.

В этом последнем случае возможен риск повреждения изоляционного пакета, что отрицательно скажется на изоляционных свойствах. Закрытая ячеистая структура жестких пенополиуретанов гарантирует низкое водопоглощение; Тем не менее, предусмотрено включение влагоизоляционного слоя, чтобы изоляция могла выдерживать самые строгие требования.

Размерная стабильность

Материал, стабильный по размеру, является основным требованием для достижения надлежащих характеристик изоляции.Изменение размера изоляционного материала может быть обратимым или необратимым: изменение размера из-за простого теплового сжатия/расширения обычно обратимо, тогда как изменение размера из-за комбинированного воздействия экстремальных температур, воды, влаги и механических нагрузок составляет необратимую составляющую.

Фактически все материалы меняют размер при нагревании или охлаждении: степень изменения зависит от химического состава материала. Таким образом, каждый материал имеет свой собственный коэффициент теплового расширения: этот параметр показывает, насколько материалы сжимаются или расширяются при изменении температуры.Изменения размера из-за коэффициента теплового расширения обратимы.

Благодаря своему химическому составу, хорошим механическим свойствам, пониженному поглощению влаги, структуре с закрытыми порами и химической стойкости жесткие пенополиуретаны демонстрируют значительную размерную стабильность.

Химическая стойкость

Химический состав жесткого пенополиуретана обеспечивает превосходную устойчивость к широкому спектру химикатов, растворителей и масел.

Совместимость

Жесткий пенополиуретан совместим с большим количеством вспомогательных материалов, включая бумагу, фольгу, стекловолокно, алюминий, битум. Сочетание жесткого пенополиуретана с этими материалами улучшает общие свойства, позволяя использовать его в качестве полуструктурных панелей и облицовки. Кроме того, правильный выбор гипса или фольги улучшает изоляционные характеристики пенопласта, образуя защитные барьеры от влаги, полезные в условиях высокой влажности.

Диапазон рабочих температур

Жесткий полиуретановый пенопласт может использоваться в условиях экстремально высоких температур от −200°C до +130°C. Тем не менее, каждый пенополиуретан имеет свой температурный диапазон применения, поэтому важно перепроверить показания в технических паспортах, прежде чем выбрать наиболее подходящее решение.

Огнестойкость

Жесткие полиуретановые пены являются органическими соединениями.Все органические вещества являются горючими материалами, хотя воспламеняемость и скорость горения жестких полиуретановых пенопластов можно улучшить, чтобы они подходили для различных изоляционных применений, а состав пеноматериалов может соответствовать самым строгим стандартам противопожарной защиты.

Недавно разработанный материал с чрезвычайно низкой теплопроводностью

Новый материал сверхрешетки Bi 4 O 4 SeCl 2 , разработанный группой ученых из Великобритании и Франции, сочетает в себе два различных расположения атомов, каждое из которых замедляет скорость, с которой тепло проходит через структуру твердого тела.

Структура материала сверхрешетки Bi 4 O 4 SeCl 2 . Изображение предоставлено: Ливерпульский университет.

«Обнаруженный нами материал имеет самую низкую теплопроводность среди всех неорганических твердых тел и является почти таким же плохим проводником тепла, как и сам воздух», — сказал старший автор профессор Мэтт Россейнски, научный сотрудник химического факультета Ливерпульского университета.

«Последствия этого открытия имеют важное значение как для фундаментального научного понимания, так и для практического применения в термоэлектрических устройствах, собирающих отработанное тепло, и в качестве термобарьерных покрытий для более эффективных газовых турбин.

Профессор Россеинский и его коллеги определили механизмы, ответственные за снижение переноса тепла в двух компонентах, BiOCl и Bi 2 O 2 Se, путем измерения и моделирования теплопроводности их структур.

«Объединить эти механизмы в одном материале сложно, потому что мы должны точно контролировать, как в нем расположены атомы», — сказали они.

«Интуитивно мы ожидаем получить среднее значение физических свойств двух компонентов.

«Выбирая благоприятные химические границы между каждым из этих различных атомных расположений, мы экспериментально синтезировали материал, который сочетает в себе их оба».

Новый материал с двумя комбинированными компоновками имеет чрезвычайно низкую теплопроводность 0,1 Вт/К*м при комнатной температуре, что намного ниже, чем у любого из исходных материалов с одной компоновкой.

Этот неожиданный результат показывает синергетический эффект химического контроля расположения атомов в структуре и является причиной того, что свойства всей структуры превосходят свойства двух отдельных частей.

Разработка новых и более эффективных термоэлектрических материалов, способных преобразовывать тепло в электричество, считается ключевым источником экологически чистой энергии.

«Увлекательный вывод этого исследования заключается в том, что можно улучшить свойства материала, используя дополнительные физические концепции и соответствующее атомистическое взаимодействие», — сказал доктор Джон Алариа, научный сотрудник физического факультета Ливерпульского университета.

«Помимо переноса тепла, эта стратегия может быть применена к другим важным фундаментальным физическим свойствам, таким как магнетизм и сверхпроводимость, что приведет к снижению энергопотребления при вычислениях и более эффективной передаче электроэнергии.

Работа команды была опубликована в журнале Science .

_____

Куинн Д. Гибсон и др. . Низкая теплопроводность в модульном неорганическом материале с анизотропией и несоответствием связей. Science , опубликовано в сети 15 июля 2021 г.; doi: 10.1126/science.abh2619

Истинно низкая теплопроводность в полупроводнике p-типа SrOCuBiSe2 с интеркалированной [SrO]-структурой CuBiSe2

Большое значение имеет разработка новых полупроводников с чрезвычайно низкой теплопроводностью.В этом исследовании мы успешно синтезировали новый полупроводник SrOCuBiSe 2 с внутренне низкой теплопроводностью с помощью методом расплавленной соли. Он имеет типичную многокомпонентную слоистую структуру, состоящую из чередующихся друг с другом слоев [CuBiSe 2 ] (блок электронной проводимости, ECU) и [SrO] (блок электронной изоляции, EIU). Его внутренне низкая теплопроводность ( κ = 0,45 Вт · м −1 K −1 при 700 K) объясняется двойным эффектом высокого параметра атомного смещения и чрезвычайно большого параметра Грюнайзена, которые вызваны дребезжащими колебаниями атомов Cu и электронов неподеленных пар атомов Bi соответственно.Такие знания подчеркивают важность неподеленной пары электронов в продвижении концепции фононного ангармонизма и многокомпонентной структуры, обеспечивая ступеньку для разработки новых полупроводников с низкой теплопроводностью.

У вас есть доступ к этой статье

Подождите, пока мы загрузим ваш контент… Что-то пошло не так. Попробуйте снова?

Низкая теплопроводность в модульном неорганическом материале с анизотропией сцепления и несоответствием

.2021 27 августа; 373 (6558): 1017-1022. doi: 10.1126/science.abh2619. Epub 2021 15 июля. Куинн Д Гибсон 1 , Тяньци Чжао 2 , Люк М Дэниелс 1 , Хелен С Уокер 3 , Рамзи Дау 4 , Сильви Эбер 4 , Марко Занелла 1 , Мэтью С Дайер 1 , Джон Б. Кларидж 1 , Бен Слейтер 2 , Майкл В. Голтуа 1 5 , Фурио Кора 2 , Джонатан Алария 6 , Мэтью Дж. Россейнски 7

Принадлежности Расширять

Принадлежности

  • 1 Химический факультет Ливерпульского университета, Crown Street, Liverpool L69 7ZD, UK.
  • 2 Химический факультет Университетского колледжа Лондона, 20 Gordon Street, Kings Cross, London WC1H 0AJ, UK.
  • 3 ISIS Лаборатория Резерфорда Эпплтона, Чилтон, Дидкот OX11 0QX, Великобритания.
  • 4 Laboratoire CRISMAT, UMR 6508 CNRS, ENSICAEN, UNICAEN, Normandie Université, 6 bd du Maréchal Juin, 14050 Кан, Франция.
  • 5 Исследовательский центр Leverhulme по проектированию функциональных материалов, Фабрика инновационных материалов, Ливерпульский университет 51 Oxford Street, Liverpool L7 3NY, UK.
  • 6 Факультет физики, Ливерпульский университет, Лаборатория Оливера Лоджа, Ливерпуль L69 ZE, Великобритания. [email protected] [email protected]
  • 7 Химический факультет Ливерпульского университета, Crown Street, Liverpool L69 7ZD, Великобритания. [email protected] [email protected]

Элемент в буфере обмена

Куинн Д. Гибсон и соавт.Наука. .

Показать детали Показать варианты

Показать варианты

Формат АннотацияPubMedPMID

.2021 27 августа; 373 (6558): 1017-1022. doi: 10.1126/science.abh2619. Epub 2021 15 июля.

Авторы

Куинн Д Гибсон 1 , Тяньци Чжао 2 , Люк М Дэниелс 1 , Хелен С Уокер 3 , Рамзи Дау 4 , Сильви Эбер 4 , Марко Занелла 1 , Мэтью С Дайер 1 , Джон Б. Кларидж 1 , Бен Слейтер 2 , Майкл В. Голтуа 1 5 , Фурио Кора 2 , Джонатан Алария 6 , Мэтью Дж. Россейнски 7

Принадлежности

  • 1 Химический факультет Ливерпульского университета, Crown Street, Liverpool L69 7ZD, UK.
  • 2 Химический факультет Университетского колледжа Лондона, 20 Gordon Street, Kings Cross, London WC1H 0AJ, UK.
  • 3 ISIS Лаборатория Резерфорда Эпплтона, Чилтон, Дидкот OX11 0QX, Великобритания.
  • 4 Laboratoire CRISMAT, UMR 6508 CNRS, ENSICAEN, UNICAEN, Normandie Université, 6 bd du Maréchal Juin, 14050 Кан, Франция.
  • 5 Исследовательский центр Leverhulme по проектированию функциональных материалов, Фабрика инновационных материалов, Ливерпульский университет 51 Oxford Street, Liverpool L7 3NY, UK.
  • 6 Факультет физики, Ливерпульский университет, Лаборатория Оливера Лоджа, Ливерпуль L69 ZE, Великобритания. [email protected] [email protected]
  • 7 Химический факультет Ливерпульского университета, Crown Street, Liverpool L69 7ZD, Великобритания. [email protected] [email protected]

Элемент в буфере обмена

Полнотекстовые ссылки Параметры отображения цитирования

Показать варианты

Формат АннотацияPubMedPMID

Абстрактный

Теплопроводность кристаллических материалов не может быть сколь угодно низкой, так как внутренний предел зависит от дисперсии фононов.Мы использовали дополнительные стратегии для подавления вклада продольных и поперечных фононов в перенос тепла в слоистых материалах, содержащих различные типы внутренних химических границ. BiOCl и Bi 2 O 2 Se инкапсулируют эти принципы проектирования для продольных и поперечных мод соответственно, а материал объемной сверхрешетки Bi 4 O 4 SeCl 2 сочетает эти эффекты, упорядочивая оба типа интерфейса в пределах его элементарная ячейка для достижения чрезвычайно низкой теплопроводности 0.1 ватт на кельвин на метр при комнатной температуре вдоль направления укладки. Это значение находится в пределах четырехкратной теплопроводности воздуха. Мы продемонстрировали, что химический контроль пространственного расположения различных поверхностей может синергетически модифицировать колебательные моды для минимизации теплопроводности.

Copyright © 2021 Авторы, некоторые права защищены; эксклюзивный лицензиат Американской ассоциации содействия развитию науки.Претензий к оригинальным работам правительства США нет.

Похожие статьи

  • Фононная гидродинамика и сверхвысокая теплопроводность при комнатной температуре в тонком графите.

    Мачида Ю., Мацумото Н., Исоно Т., Бениа К. Мачида Ю. и др. Наука. 2020 17 января; 367 (6475): 309-312. doi: 10.1126/science.aaz8043. Наука. 2020. PMID: 31949080

  • Оптические фононы и анизотропная теплопроводность в гексагональном Ge 2 Sb 2 Te 5 .

    Мухопадхьяй С., Линдси Л., Сингх Д.Дж. Mukhopadhyay S, et al. Научный представитель 2016 г., 16 ноября; 6:37076. дои: 10.1038/srep37076. Научный представитель 2016. PMID: 27848985 Бесплатная статья ЧВК.

  • Нанопроволоки сверхрешетки Si/Ge со сверхнизкой теплопроводностью.

    Ху М., Пуликакос Д. Ху М и др. Нано Летт. 2012 14 ноября; 12 (11): 5487-94. дои: 10.1021/нл301971к. Epub 2012 29 октября. Нано Летт. 2012. PMID: 23106449

  • Дизайн наноструктуры для резкого снижения теплопроводности при сохранении высокой электропроводности.

    Накамура Ю. Накамура Ю. Sci Techn Adv Mater. 2018 12 января; 19 (1): 31-43. дои: 10.1080/14686996.2017.1413918. Электронная коллекция 2018. Sci Techn Adv Mater. 2018. PMID: 29371907 Бесплатная статья ЧВК.Рассмотрение.

  • Управление фононным транспортом в термоэлектриках.

    Чен Зи, Чжан С, Пей Ю. Чен Зи и др. Adv Mater. 2018 апр;30(17):e1705617. doi: 10.1002/adma.201705617. Epub 2018 5 февраля. Adv Mater. 2018. PMID: 29399915 Рассмотрение.

Типы публикаций

  • Поддержка исследований, не-U.С. Правительство
[Икс]

Укажите

Копировать

Формат: ААД АПА МДА НЛМ

Высокие термоэлектрические характеристики, обеспечиваемые конвергенцией вложенных зон проводимости в Pb7Bi4Se13 с низкой теплопроводностью12) из ​​

С 2/ м 28 . Эта моноклинная структура состоит из разнообразных полиэдров, включая PbSe 6 , PbSe 7 и BiSe 6 (рис. S1a). Синтез Pb 7 Bi 4 Se 13 включает шаровую мельницу и длительный отжиг, детали которого представлены в экспериментальной части. Проведена серия гетерогенного элементного легирования путем введения Ga, In, Ag и I в соответствии с номинальными составами (Pb 1− x Ga x ) 7 Bi 4 Se 13 ( x  = 0, 0.02, 0,05, а 0,1), (PB 1- x 7 BI 4 SE 13 ( x = 0,05 и 0,1), (PB 1- x ag 9 bi 7 bi 4 SE 13 SE 13 ( x = 0,05 и 0,1) и Pb 7 BI 4 SE 13- x

x ( x  = 0,4 и 0,8). На рис.С1б. Это отчетливое легирование обеспечивает различные концентрации электронов при 300 K в диапазоне от 1,0 × 10 20 до 1,2 × 10 21  см −3 . Для удобства сравнения и обсуждения Pb 7 Bi 4 Se 13 с различным легированием элементами обозначены как соответствующие концентрации электронов ( n H ), измеренные при 300 K, как показано на вставка к рис. 1. Состав, концентрация носителей, холловская подвижность и геометрическая плотность приведены в таблице S1.Следует отметить, что существует определенная степень анизотропии ТЭ свойств, обусловленная моноклинной структурой Pb 7 Bi 4 Se 13 . Геометрия измерения и ТЭ свойства параллельно и перпендикулярно направлениям искрового плазменного спекания (ИПС) двух разных образцов представлены на рис. S3. В этой работе для удобства представлены и обсуждаются только ТЭ-свойства, параллельные направлению SPS. Следует отметить, что расчеты значения zT согласуются с направлением электропроводности, коэффициента Зеебека и теплопроводности.Например, (PB 0,95 Ga 0.05 ) 7 BI 4 SE 13 соответствует образцу с N H из 1,2 × 10 20 см -3 ( также обозначается как Ga2). Как показано на рис. 1а, электропроводности, Σ PB 7 BI 4 SE 13 сплавов с N H больше чем 1,6 × 10 20 см -3 , имеют тенденцию к уменьшению с повышением температуры, что характерно для вырожденных полупроводников.В сплавах Pb 7 Bi 4 Se 13 с более низкой n H σизг сначала снижается, а затем несколько увеличивается с повышением температуры. В частности, Σ PB 7 BI 4 SE 13 с N N H H 1,2 × 10 20 см -3 уменьшается от 250 SCM -1 при 300 K до 104 Scm −1 при 723 K с последующим небольшим увеличением до 119 Scm −1 при 800 K.Величина коэффициента Зеебека, | S |, из PB 7 BI 4 SE 13 SE 13 с N H H превышают 2,8 × 10 20 см -3 Монотонно увеличивается с увеличением температуры. И | С | образцов с более низким n H демонстрирует широкие экстремумы при высоких температурах, связанные с вкладом неосновного носителя. Берем пробу с n H из 1.2 × 10 20  см −3 например, S при 300 K составляет −89 μVK −1 и уменьшается до −217 μVK −1 μVK −1  при 72 -1 при 800  К. Согласно ширине запрещенной зоны Голдсмита-Шарпа, E g  = 2 e | S Макс. | T макс | S Макс. | и T max являются максимумом величины коэффициента Зеебека и соответствующей ему температуры соответственно.Ширина запрещенной зоны оценивается примерно в 0,33 эВ, что близко к заявленному значению 0,29 эВ 28 . Всего теплопроводности Pb 7 BI 4 SE 4 SE 13 SE 13 демонстрируют низкие значения при 300 K, например, 0,48 WM -1 K -1 в PB 7 BI 4 SE 13 С N H H H из 1,2 × 10 20 см -3 см -3 , который дополнительно уменьшается до 0,32 Вт M -1 K -1 AT 800 K.Путем систематического легирования достигается серия zT . И пик ZT из 1.35 получается на 800 k для состава (PB 0,95 GA 0.05 ) 7 BI 4 SE 13 с N H из 1,2 × 10 20  см −3 (рис. 1г). Стоит отметить, что это самый высокий показатель zT , достигнутый на сегодняшний день не только в гомологическом ряду лиллианита, но и в ряду соединений со сходной структурой, таких как тетрадимит, павонит, канниццарит, галеновисмутит, комплексные редкоземельные сульфиды и другие подобные по строению соединения.Общее количество 37 различных соединений было перечислено и сравнено на рис. S2, который показывает конкурентоспособность Pb 7 Bi 4 Se 13 . Подробная теплопроводность решетки и значения 90 395 zT 90 396 для 37 различных соединений сведены в таблицу S2. По сравнению с современными ТЭ материалами, такими как PbTe 7 , SnSe 32 , GeTe 33,34 и Mg 3 Sb 2 35 , и т.д. большой потенциал для реализации высоких ТЭ-характеристик в лилианитовых или подобных структурах.Эти многообещающие высокие пиковые и средние значения zT позволяют Pb 7 Bi 4 Se 13 быть применимыми для производства электроэнергии при средних температурах, таких как рекуперация отработанной энергии, питание удаленных датчиков и аварийные источники питания. Кроме того, его также можно использовать в судовых двигателях кораблей, используя отработанное тепло выхлопных труб. Кроме того, термомеханические свойства также исследованы в Pb 7 Bi 4 Se 13 . Испытание на сжатие показывает предел прочности при сжатии 85 МПа, а деформация может достигать 1.2% (рис. S6). Исследование наноиндентирования указывает на твердость 2,88 ± 0,04 ГПа (рис. S7). А микроструктурное исследование не показывает явных выделений и микропор в образце после отжига в условиях вакуума в течение 2 недель (рис. S8), что свидетельствует о его достаточно надежной термической стабильности. Измерения нагрева и охлаждения также представлены на рис. S5.

Рис. 1: Термоэлектрические свойства.

a Электропроводность, b Коэффициент Зеебека, c общая теплопроводность и d безразмерная добротность, zT .

Конвергенция вложенных зон проводимости

Чтобы понять происхождение таких высоких характеристик TE, мы выполнили расчеты DFT для изучения электронной структуры Pb 7 Bi 4 Se 13 . На рисунке 2а показана зонная структура вместе с высокосимметричным путем из k точек. Зоны проводимости в точках M 2 и Y 2 демонстрируют большую дисперсию E ~ k , что свидетельствует о светлозонной характеристике.Особенностью является гнездование полос, особенно выраженное на M 2 и Y 2 . Эти полосы имеют примерно одинаковые энергии, т. е. разница в минимуме зоны проводимости (МЗП) в точке M 2 составляет около 100 мэВ, что может синергетически участвовать в электрическом транспорте. Что еще более важно, эффективно вложенные зоны проводимости M 2 и Y 2 также демонстрируют почти неразличимое разделение энергии. В частности, разница энергий CBM M 2 и Y 2 составляет всего 8 мэВ.Таким образом, вложенные зоны проводимости в точках M 2 и Y 2 обнаруживают большое количество вырождений впадин, сравнимое со многими достойными ТЭ материалами, такими как n типа Si 1 , Bi 2 Se 3 36 , и PbTe 7 , а также p -элементный Te 37 . Схождение вложенных полос позволяет использовать несколько проводящих каналов без ухудшения коэффициента Зеебека, что очень благоприятно для превосходных электрических характеристик.Недавнее исследование предполагает, что сходимость электронных полос в удаленных тыс. точках превосходит 38 . Однако для полупроводников с более низкой симметрией такая благоприятная конфигурация зон представляет собой большую проблему. В качестве альтернативы, конвергенция вложенных полос может иметь важное значение для улучшения электрических свойств материалов ТЭ с более низкой симметрией. Конвергенция вложенных полос играет более важную роль в свойствах переноса заряда, чем ситуация только с тяжелыми полосами, даже если она вносит определенную степень междолинного рассеяния.Эта ситуация подтверждается теоретическим расчетом в недавней работе 38 , в котором коэффициенты мощности в полосовой конфигурации вложенных полос все еще выше, чем в полосовой конфигурации только тяжелой полосы. Экспериментально доказано, что вложенность полос является передовым методом в соединении теллура TE с возможностью улучшения 38 . Кроме того, конвергенция вложенных полос имеет большой потенциал для ТЭ материалов, если вложенные полосы можно удалить из одной и той же точки k с помощью химических модификаций.

Рис. 2: Электронная структура и поверхности Ферми.

a Ленточная структура. Черная пунктирная линия показывает уровень Ферми исходного Pb 7 Bi 4 Se 13 . Оранжевые и красные пунктирные линии соответствуют уровням Ферми 0,05-электронного и 0,05-дырочного Pb 7 Bi 4 Se 13 соответственно. b Electronic DOS проецируется на орбитали s и p для каждого элемента. Поверхности Ферми c , легированного электронами Pb 7 Bi 4 Se 13 , и d , легированного дырками Pb 7 Bi 4 7 1 Se .

Что касается структуры валентной зоны, то максимум валентной зоны (VBM) имеет плоскую дисперсию вдоль линий Γ-Y 2 и Γ-M 2 -D, что характерно для долин тяжелой валентности. VBM находится в середине траекторий Γ-Y 2 и Γ-M 2 , что подразумевает сильное вырождение долины. Таким образом, многозонность как в долинах проводимости, так и в валентных долинах делает сплавы Pb 7 Bi 4 Se 13 перспективными для высокой эффективности ТЭ.Рассмотрено также влияние спин-орбитального взаимодействия (СОС) на зонную структуру. Введение SOC оказывает незаметное влияние на дисперсию полос CBM и VBM, как показано на рис. S9. Вычисленное E g подавлено от 0,67 эВ (без SOC) до 0,22 эВ (с SOC). На рисунке 2b показана орбитальная проекционная плотность состояний (DOS). В области от CBM до 1 эВ выше уровня Ферми ( E f ) в состояниях преобладают p орбиталей Pb, Bi и Se с минорными компонентами из s орбиталей Се.В валентных полосах от 1 эВ ниже E f до VBM преобладают состояния Se-4 p и Pb-6 s с небольшими смешанными вкладами Bi-6 s , Bi -6 p и Pb-6 p состояний. Электроны 6 s 2 Pb и Bi располагаются глубоко ниже Se 4 p , образуя неподеленные пары электронов. В структуре полос, показанной на рис. 2а, оранжевые и красные пунктирные линии представляют E f , рассчитанные с помощью ДПФ для 0.05 легированный электронами и легированный 0,05 дырками Pb 7 Bi 4 Se 13 . В легированном электронами Pb 7 Bi 4 Se 13 E f пересекает две зоны как на Y 2 , так и на M 2 , которые образуют вложенную поверхность, состоящую из из двух цилиндрических электронных листов, видимых на рис. 2c. С другой стороны, на рис. 2а показано, что уровень Ферми лежит только в одной зоне при Y 2 и M 2 в случае легированного дырками Pb 7 Bi 4 Se 13 , и дырочный карман в M 2 явно больше, чем Y 2 , что подтверждается поверхностью Ферми на рис.2д. Следует отметить, что вложенные зоны могут вызывать сильное электрон-фононное рассеяние на фононах центра зоны, что отрицательно сказывается на переносе заряда. Имеет смысл рассчитать скорости рассеяния для каждой зоны и долины, используя расчеты электрон-фононного взаимодействия, основанные на теории возмущений функционала плотности, которые будут предметом нашей будущей работы отдельно.

Непараболический перенос заряда

Предположение о параболической полосе преобладает для ТЭ материалов с широкой запрещенной зоной.Для полупроводников с узкой запрещенной зоной, таких как PbTe 7 и CoSb 3 8 , возникает непараболичность электронных зон, которая возникает из-за взаимодействия между зонами проводимости и валентными зонами 8,39 . Как показано на рис. 3а, представлены трехмерные (3D) графики параболических полос и полос Кейна. Цветная полоса указывает на относительные уровни энергии. Ясно, что параболическая полоса показывает эллипсоидальную энергетическую поверхность. Напротив, полоса Кейна демонстрирует непараболическую поверхность энергии, отклоняющуюся от краев полосы.Также рассмотрена вложенность зоны проводимости в параболическую полосу и полосу Кейна. Две зоны проводимости расположены в одной и той же точке k , а в зоне Бриллюэна показаны плоские валентные зоны. На рисунке 3b представлены двумерные (2D) дисперсионные соотношения, E ( k ) ( E энергия, k волновой вектор).{\аст}}\).{\ast}(1+\frac{2E}{{E}_{g}})\) 8 .

Рис. 3: Электронные транспортные свойства.

a 3D-иллюстрация зон Парабола и Кейна с асимметричной зоной проводимости и валентной зоной. Представлены особенности нестификации зоны проводимости и относительно плоской валентной зоны. b E ~ k дисперсии параболических (сплошная синяя линия) и полос Кейна с различной шириной запрещенной зоны, E g (оранжевая и красная штрихпунктирные линии). c Холловская концентрация электронов, n H зависимость величины коэффициента Зеебека (график Писаренко). На вставке показана температурная зависимость n H двух составов Ga1 (красный кружок) и Ga2 (синий кружок). d Подвижность Холла, μ H в зависимости от n H . Красная сплошная линия рассчитана на основе модели с одной полосой Кейна (SKB).На вставке показана температурная зависимость µ H Ga1 и Ga2.

Чтобы определить эффективную массу Pb 7 Bi 4 Se 13 при комнатной температуре, график Писаренко, основанный на предположениях об одной полосе Кейна (SKB) и одной параболической полосе (SPB), может быть хорошо смоделирован с помощью эффективная масса, м s * 1,1 м e , как показано на рис.3в. Температурная зависимость эффективной массы подтверждает ее зонную непараболичность, как показано на рис. S10b. Следует отметить, что эффективная масса Зеебека, m s * , определяется как плотность эффективной массы состояния в TE сообществе, которая предсказывает коэффициент Зеебека с концентрацией носителей Холла, n H в обоих модели СПБ и СКБ. Однако следует также понимать, что качественная разница между m s * (эффективная масса Зеебека) и m * (эффективная масса из дисперсии E ~ k ).{-1}\), увеличивается с увеличением E . Температуризависимая N N H из двух композиций (Pb 0,98 Ga 0.02 ) 7 BI 4 SE 13 (GA1, N H = 2.0 × 10 20 см -3 см -3 ) А (PB 0,95 GA 0.05 ) 7 BI 4 SE 13 (GA2, N H = 1,2 × 10 20  см −3 ) представлена ​​на вставке рис.3в. n H двух составов остается неизменным до 600 K. Между тем, холловская подвижность μ H всех составов как функция n H n H -характеристика переноса заряда, показанная красной сплошной линией.

Эта n H зависимая µ H с учетом модели SKB рассчитана на основе невырожденной подвижности, µ 7,10 ‡ 09010{1}},$$

(2)

, где K B – постоянная Больцмана, ħ – это сниженное Planck Constance, K – анизотропия поверхности Ферми, определяемая к = м ǁ * / м *, м ǁ * и м * показывают продольную и поперечную эффективную массу. K здесь считается равным 1. n F m k — обобщенный интеграл Ферми. V V L – скорость звука, D – это образец плотности, м I * и M B * – это инерт эффективная масса долины.

Уникальный анализ коэффициента качества

Традиционный анализ коэффициента качества ( B ) дает представление о физике ТЭ.Он разделяет zT на настраиваемый пониженный уровень Ферми, η и B на основе модели SPB (см. Дополнительное примечание 2). Однако эта модель SPB ограничена полным описанием ТЕ-полупроводников с зонной непараболичностью и биполярным эффектом 41 . Во-первых, заметная разница между параболическими полосами и полосами Кейна, показанная на рис. 3a, b, допускает незначительные отклонения при использовании SPB для описания электронного транспорта непараболических полос. Во-вторых, биполярный эффект часто возникает в полупроводниках с малой шириной запрещенной зоны.Этот эффект приводит к уменьшению коэффициента Зеебека и увеличению теплопроводности, что сильно ухудшает характеристики ТЭ при высоких температурах 41 . Очевидно, что этот биполярный эффект ограничивает применение обычных коэффициентов качества. В-третьих, даже при использовании расчетов из первых принципов определение фундаментальных параметров, таких как эффективная масса, время релаксации носителей заряда и деформационные потенциалы электронных зон, по-прежнему требует больших затрат времени и средств.Следовательно, крайне необходим нестандартный фактор качества, учитывающий как непараболичность полосы, так и биполярный эффект. Здесь этот уникальный коэффициент качества, B * Kane , разработан с использованием двух моделей диапазона Kane (TKB). Отчетливый из традиционного фактора качества, ZT здесь тесно связан с уменьшенным уровнем Ферми, η (η = (E E F ) / K B T) , и уменьшенный Bandgap, ξ ( ξ = E = г г г / K B T ), который обобщен следующим образом

$$ { {{{zT}}}}=\frac{{({S}_{e}\gamma +{S}_{h})}^{2}}{(\gamma +1)\left[\frac {{({k}_{B}/e)}^{2}\gamma \xi}{3{B}_{{{{{{\rm{Kane}}}}}}}^{\ast }\cdot {}^{{0}}F_{-2}^{1}\,}+({L}_{e}\gamma +{L}_{h})\right]+\gamma { ({S}_{e}-{S}_{h})}^{2}},$$

(3)

И этот уникальный коэффициент качества B * Кейн обобщается следующим образом:

$${B}_{{{{{{\rm{Kane}}}}}}}}^{\ ast }=\frac{{k}_{B}}{{e}^{2}}\cdot \frac{{\sigma}_{{E}_{0}}{E}_{g}} {{\ каппа } _ {L}} $ $

(4)

, в котором S обозначает коэффициент Зеебека, L — число Лоренца, \({\sigma }_{{{E}}_{0}}\) — транспортный коэффициент, γ — электрический коэффициент проводимости.Нижние индексы e и h обозначают электроны и дырки. Вывод представлен в дополнительном примечании 3.

С определением физических параметров зоны проводимости мы могли бы получить ряд значений zT , изменив B * Kane

32 9 . Это B

5 *

5 *

Kane считает, что группа непараболичности, полоса дегенерация N , инерциальная эффективная масса , инерциальная эффективная масса м I * и деформационный потенциал ξ .Пример предусмотрен на основе PB 7 BI 4 SE 13 SE 13 с определенным B * Kane = 6. Рисунок 4А изображает теоретический ZT как функции η и ξ . Максимум zT может быть достигнут при одновременной оптимизации ξ и η . Контурный график представлен на рис. 4b с B * Kane из 6.Постепенное изменение цветовой полосы от синего к красному соответствует zT от 0 до 1,48. Контурные линии с репрезентативными значениями zT , такими как 0,4, 0,8 и 1,4, отмечены штрихпунктирными линиями на рис. 4b. Принимая PB 7 BI 4 SE 13 SE 13 с N H H H от 1,2 × 10 20 см -3 В качестве примера его η и ξ при 800 k могут оценивается как -0,5 и 4,6, что обозначено желтой точкой на рис.4б. Оценка η , ξ и B * Kane представлена ​​в дополнительном примечании 4. Стоит отметить, что разница в проводимости и валентной зоне учитывается и включается в эту модель используя полосную анизотропию, Λ .

Рис. 4: Анализ факторов качества.

a Трехмерный график добротности, zT как функции уменьшенного уровня Ферми, η и уменьшенной запрещенной зоны, ξ. B Уровень контура η и η и η и ξ -dependent ZT с фактором качества, B * Kane = 60106 Kane = 6. Желтая точка соответствует экспериментальным данным Pb 7 Bi 4 Se 13 с n H из 1,2 × 10 20 см −3 (Ga). Красная точка указывает на самое высокое значение zT . Контурные линии белого цвета соответствуют серии значений zT . C Участок контура η- и ξ-зависимый ZT с B * Kane = 9. D максимум ZT ( ZT MAX ) как Функция B * Кейн .

Прогнозируется максимальное значение zT , равное 1,48, что показано красной точкой на рис. 4b. Этого можно добиться путем дальнейшей оптимизации η и ξ, указанных желтой стрелкой.Для настройки ширины запрещенной зоны химическая замена селена серой или теллуром приводит к увеличению и уменьшению ширины запрещенной зоны соответственно. Этот фактор качества может быть дополнительно оптимизирован за счет химических модификаций электронных зонных структур. Введение когерентных наноразмерных дефектов благоприятно для улучшения показателей качества, которые могут гарантировать неизменную подвижность носителей, одновременно усиливая рассеяние дефект-фононов и дополнительно снижая теплопроводность решетки. В частности, это может быть реализовано химически путем введения наноразмерных осадков, таких как SrSe, в основную матрицу Pb 7 Bi 4 Se 13 , что доказало свою эффективность в предыдущей работе 26 .По-прежнему существует множество эффективных химических методов для повышения коэффициентов качества, таких как уменьшение смещения полос для увеличения эффективной сходимости полос путем легирования гетерогенных элементов в положениях Pb или Bi. Если B * Кейн превратится в 9, прогнозируется, что максимальное значение zT составит 1,76, как показано красной точкой на рис. 4c. На рисунке 4d показано, что максимальное значение zT пропорционально улучшенному B * Kane , что можно использовать в качестве наглядного руководства по использованию высокоэффективных термоэлектрических материалов.

Следует отметить, что коэффициент качества с моделью SKB уже установлен, что позволяет оценивать и прогнозировать производительность ТЭ 40 . Однако его применение ограничено при низких температурах из-за термически возбужденных неосновных носителей при повышении температуры. Вклад неосновных носителей становится неизбежным и значительно ухудшает характеристики ТЭ. Отсутствие эффективных факторов качества создает серьезную проблему для оценки и прогнозирования характеристик ТЭ в полупроводниках с узкой запрещенной зоной, особенно при высоких температурах.Чтобы решить эту проблему, этот уникальный фактор качества устанавливается с помощью модели TKB, которая может обеспечить эффективный и экономящий время метод. Деревания на ранее сообщаемых факторах качества, установленные на моделях SPB и SKB ( B PARA и B Kane для ясности) 6,40 , и разработаны B * Kane представлено в дополнительном примечании 5. Что касается ранее сообщенных факторов качества, значения zT коррелируют только с B Para (или B Kane ) и приведенным химическим потенциалом, η .Напротив, zT в этом уникальном факторе качества зависит от трех независимых переменных: B * Кейн , η и ξ . Трехмерные и контурные графики трех различных показателей качества представлены на рис. S12. Этот тщательно разработанный B * Kane не только играет важную роль в оценке и прогнозировании характеристик ТЭ в Pb 7 Bi 4 Se 13 .Его также можно распространить на другие материалы TE с узкой запрещенной зоной, такие как прототипы (Bi,Sb) 2 Te 3 36 и ван-дер-ваальсов кристалл Ta 4 SiTe 4 43 . Приняв этот B *

5 * Kane , самый высокий ZT 1,54 и 0,27 прогнозируется в (BI, SB) 2 TE 3 и TA 4 сайт 4 , который может быть достигнуто за счет дальнейшей оптимизации η и ξ .На рис. κ L оценивается путем вычитания электронной теплопроводности, κ e из общей теплопроводности. κ e оценивается с помощью уравнения Видемана – Франца, κ e  =  LσT . κ L колеблется от 0,44 до 0,29 Wm −1  K −1 при 300 K и уменьшается с повышением температуры. Это снижение отклоняется от тенденции T −1 , в которой доминирует фонон-фононное рассеяние Умклаппа, что подразумевает сильное рассеяние дефект-фонон. В частности, κ L для PB 7 BI 4 SE 13 с N H H от 1,2 × 10 20 см -3 уменьшается от 0.33 Wm −1  K −1 при 300 K до 0,17 Wm −1  K −1 при 800 K. TE материалы, такие как 0.18 WM -1 K -1 K -1 для CSAG 5 TE 3 44 , 0,13 WM -1 K -1 для обоих (GE, Mn, Sb) TE 45 и Bi 1− x Pb x CuSeO 46 . Для дальнейшей оценки внутреннего взаимодействия фононов Умклаппа были измерены скорости звука.Соответствующие физические параметры были рассчитаны и представлены в таблице S6. Средняя скорость звука для Pb 7 Bi 4 Se 13 составляет всего 1553  мс −1 , а параметр Грюнайзена γ G равен 2,2. Это большое значение γ G указывает на мягкую химическую связь и сильную ангармоничность колебаний решетки, что сравнимо с γ G , равным 2,6 для Ag 9 GaSe 6 19 , 2,1 для AgSbTe 20106 2,1 , 1.7 для K 2 BI 8 SE 0 SE 13 48 , 1.7 для Bise 49 и 1.6 для Cu 17.6 Fe 17.6 SE 32 50 и т. Д. Рассчитанная температура Дебая ( Θ D ) составляет всего 148 К, что сравнимо с 147 К в Ag 9 GaSe 6 с жидкостной теплопроводностью 33 . Большой параметр Грюнайзена и низкая температура Дебая приводят к большому ангармонизму решетки и сильному фонон-фононному рассеянию Умклаппа.

Рис. 5: Решеточная теплопроводность и расчеты, связанные с фононами.

a Теплопроводность решетки, κ L . б Т зависимость С р / Т 3 . Круг представляет собой экспериментальные данные, а линия установлена ​​с использованием мод Дебая и трех мод Эйнштейна. c Фононные дисперсии и проецируемая атомом фононная плотность состояний низкочастотных фононов до f  = 1.0 ТГц. Поперечные акустические фононы TA1 и TA2 показаны красным и оранжевым цветами. Продольный акустический фонон LA показан синей линией. Оптические фононы показаны черными линиями. В области низких частот основной вклад вносят атомы Pb. d Дисперсии Грюнайзена. Картины смещения e низкочастотного оптического фонона в точке Γ и f низкочастотной моды TA1 в точке Γ.

Низкотемпературная теплоемкость на рис. S13 показывает нелинейную зависимость C p / T vs. Т 2 . Это несоответствие традиционной модели Дебая подразумевает существование локализованных мод осциллятора Эйнштейна. На зависимости T от C p / T 3 появляется широкий максимум около 8 K (рис. 5b). Этот дополнительный вклад в теплоемкость является признаком локализованных оптических фононных мод, часто встречающихся в ТЭ с низкой теплопроводностью 17,51 . Для количественного описания теплоемкости принята комбинированная модель Дебая – Эйнштейна (см. Таблицу S7).Три низкочастотные моды вибрации Эйнштейна используются для полного описания измеренных данных. И характерные температуры Эйнштейна представляют собой θ θ θ = 33 k и θ 9 r 3 = 119 k соответственно.

Чтобы понять происхождение низкой теплопроводности, были выполнены первопринципные фононные расчеты для изучения динамики решетки. Дисперсия фононов и ПЭС атомных проекций фононов в низкочастотной области представлены на рис.5в. Полный фононный спектр и плотность состояний показаны на рис. S14. Интересно, что оптические фононные моды с низкой энергией в точке Γ можно наблюдать на частотах около 0,28, 0,45 и 0,59 ТГц соответственно. Эти низшие оптические фононы хорошо согласуются с экспериментально подтвержденными низшими модами Эйнштейна, наблюдаемыми на рис. 5b. На самом деле низкоэнергетические колебательные моды в фононном DOS были непосредственно обнаружены в (PbSe) 5 (Bi 2 Se 3 ) 3m с помощью измерения неупругого рассеяния нейтронов 52 , которое имеет аналогичную структурную сложность. и композиции с Pb 7 Bi 4 Se 13 .Кроме того, максимума, посреди ниже 10 К в отношениях T ~ C ~ C C P / T 3 3 , 3 (PBSE) 5 (BI 2 SE 3 ) . Об этих свойствах также сообщалось в соединениях с низкой теплопроводностью, таких как BaGa 5 и InTe 53,54 . Низколежащие оптические фононы соединяются с теплонесущими акустическими фононами, уменьшая групповые скорости и тем самым ограничивая перенос тепла.Подобные низкочастотные оптические фононы наблюдались в типичных материалах TE с обычно низким уровнем κ L , такие как Mgagsb 20 , Tiinte 2 51 и AGBI 3 S 5 18 . DOS фононов, проецируемых атомами, показывает доминирующий вклад атомов Pb в низкочастотной области (<1,0   ТГц), сильно коррелирующий с его 6 с 2 электронов неподеленной пары 31,55 . Специфическая картина колебаний этого низшего оптического фонона в точке Γ визуализирована на рис.5е.

Согласно κ L ~ γ G −2 , γ G является мерой решёточного ангармонизма, обратно пропорционального фононным модам, и теплопроводность пропорционально ангармонизму фононных мод. Чтобы количественно оценить ангармонизм решетки, мы построили дисперсию Грюнайзена акустических фононов на рис. 5d. Поразительной особенностью являются аномально большие значения γ G на путях A-Γ, Y 2 -Γ и M 2 -Γ, указывающие на значительное усиление ангармонизма.В частности, γ G TA1 в точке Γ достигает высокого значения 16. Такое высокое значение γ G действительно демонстрирует сильный ангармонизм и усиливает фонон-фононное рассеяние Умклаппа. И этот конкретный образец вибрации изображен на рис. 5f. Далее мы использовали методы квазигармонической аппроксимации для расчета усредненного по моде γ G , равного 2,0, что хорошо согласуется с экспериментальным γ G , равным 2,2. Следовательно, низкая теплопроводность тесно связана с локализованными низкочастотными оптическими фононными модами и большим ангармонизмом акустических фононов.Влияние SOC на расчет фононов также было рассмотрено, что демонстрирует ограниченное влияние на расчетные спектры фононов (см. рис. S14).

Сосуществование различных дефектов

Наноразмерные дефекты также играют важную роль в низкой теплопроводности. Для выяснения источников рассеяния дефект-фононов было проведено исследование микроструктуры Pb 7 Bi 4 Se 13 с n H с помощью сканирующего просвечивающего электронного микроскопа с коррекцией сферических аберраций (Cs-corrected STEM). из 1.2 × 10 20  см −3 . На изображениях STEM в кольцевом темном поле (HAADF) под большим углом на рис. 6a, b четко видны периодические дефектные полосы длиной более 30 нм и шириной ~ 3 нм, встроенные в основную матрицу Pb 7 . Би 4 Се 13 . Дефектные полосы включают дефекты упаковки с высокой плотностью, показанные белыми стрелками на рис. 6b. Элементное отображение на рис. S15 проверяет однородно распределенные элементы вместе с дефектными полосами. Профили карты деформации ( ε xx ) на рис.6a1, b1 получены с помощью геометрического фазового анализа (GPA), который полуколичественно оценивает пространственно распределенные поля деформации. Интересно, что периодические линии деформации фиксируются (отмечены черными стрелками) и демонстрируют интенсивные деформации вместе с этими дефектными полосами на рис. 6а, б. Анализ деформации ε yy представлен на рис. S15. Кроме того, наблюдаются ядра дислокаций, выделенные белыми кружками. На рисунке 6c представлены наноразмерные осадки неправильной формы, встроенные в матрицу-хозяин, отмеченные синими пунктирными кружками.Такая высокая числовая плотность наноразмерных выделений демонстрирует размер в несколько нанометров. На рис. 6d явно наблюдаются различные дефекты решетки. Муаровые полосы, отмеченные желтыми эллипсами, распределяются вокруг темно-контрастных выделений. Эти сильные муаровые полосы возникают из-за интерференции между различными наборами плоскостей решетки, что указывает на локальные флуктуации массы и деформации. На рисунке 6e показана увеличенная область обратного быстрого преобразования Фурье на рисунке S16c.В отличие от слегка искаженной решетки на рис. 6e, еще две области на рис. 6f, g подчеркивают дефекты кристалла. На рис. 6f муаровые узоры выделены складчатой ​​структурой, отмеченной желтыми линиями. На рис. 6g сосуществование массивов дислокаций и наноразмерных скрученных структур показано зелеными символами и параллельными коричневыми линиями соответственно. На рис. S16 также можно наблюдать многочисленные нановыделения и дислокации. Сосуществование периодических дефектных полос, нанопреципитатов, дислокаций и муаровых полос играет существенную роль в рассеянии фононов разного масштаба длины, что сильно подавляет решеточную теплопроводность.

Рис. 6: Наноразмерные дефекты.

a , b Изображения HAADF-STEM, показывающие периодические дефектные полосы, отмеченные черными стрелками. Дефекты упаковки с высокой плотностью наблюдаются и обозначены белыми стрелками. a-1 , b-1 Соответствующие результаты GPA (ε xx ) для ( a ) и ( b ), показывающие интенсивные деформации решетки. Линии периодической деформации показаны черными стрелками, в которых ядра дислокаций отмечены белыми кружками. c Изображение HRTEM, показывающее высокую плотность наноразмерных осадков, обведенных синими пунктирными линиями. d ПЭМ-изображение, демонстрирующее сильные муаровые полосы, обозначенные желтыми эллипсами, и сильно искаженную решетку, отмеченную белым квадратом. Изображения выбранных областей с обратным быстрым преобразованием Фурье (IFFT). e Дефектная редкая область, f богатая дефектами область 1, полная муаровых полос, и g область 2, заполненная массивами дислокаций и двойниковыми границами зерен.

Преимущества покрытий CUI с низкой теплопроводностью

Преимущества изоляции резервуаров, технологического оборудования и трубопроводов для снижения энергопотребления и риска получения ожогов невозможно переоценить. Однако неприятным недостатком является то, что если начинается коррозия нижележащей стальной конструкции, она часто протекает незамеченной до тех пор, пока не произойдет опасная потеря толщины стенки или, что еще хуже, не произойдет катастрофический отказ, ведущий к разгерметизации.Таким образом, коррозия под изоляцией (CUI) является серьезной проблемой для инженеров по обслуживанию объектов.

Сталь подвергается коррозии при контакте с водой и кислородом, поэтому, если вода может проникнуть в изоляцию, может возникнуть коррозия. Примеры возможных причин включают:

  • Неправильный выбор изоляции — такие материалы, как минеральная вата, стекловолокно и силикат кальция, могут поглощать воду от дождя, дренчерных систем или утечек в системе. Кроме того, некоторые изоляционные материалы содержат хлориды, которые усиливают гальваническую коррозию и вызывают коррозионное растрескивание аустенитной нержавеющей стали под напряжением.
  • Плохая конструкция или монтаж изоляции, особенно в проблемных местах, таких как вырезы для патрубков, клапанов и фланцев и т. д.
  • Механическое повреждение изоляции в процессе эксплуатации или технического обслуживания установки
  • Неправильная замена изоляции после осмотра или технического обслуживания
  • Разложение герметиков в результате естественного выветривания, термического окисления или разрушения под действием ультрафиолета (УФ)
  • Конденсация воды, особенно в системах с охлажденной или охлажденной водой и на горячих поверхностях при циклическом изменении температуры
  • Поглощение переносимой по воздуху влаги на предприятиях, где пар является преимущественно теплоносителем

 

Кроме того, на вероятность коррозии могут влиять другие факторы, такие как загрязнение солями в атмосфере, особенно в морской среде, или утечка технологических жидкостей и кислот.

К счастью, многие системы покрытий на рынке могут помочь предотвратить CUI, обеспечивая эффективный барьер против коррозии или химического воздействия. Обычно используются термически напыленные алюминиевые (TSA) или полимерные покрытия, которые могут быть эффективными, но важно выбрать продукт, отвечающий конкретным условиям процесса.

В случае полимерных покрытий чаще всего используются эпоксидные смолы и эпоксидные новолаки, поскольку они обеспечивают наибольшую гибкость состава.Путем соответствующего выбора смол, отвердителей и наполнителей можно создавать материалы покрытий, отвечающие широкому спектру критериев дизайна, таких как способность наноситься на плохо подготовленные или влажные поверхности, устойчивость к высоким температурам, эластичность при низких температурах, химическая стойкость. и т. д., одновременно защищая стальную основу от коррозии. Широко признано, что эпоксидные смолы и эпоксидные новолаки обеспечивают превосходную адгезию и обычно могут использоваться при температурах до -4 F/-20 C, а в случае новолаков они термически стабильны и при правильном составлении могут сохранять высокий процент их рабочие характеристики примерно до 446 F/230 C.Чаще всего они изготавливаются в виде двухкомпонентных систем, но также доступны однокомпонентные системы латентного отвердителя, активируемые нагреванием. В последнее время все чаще используются силиконовые системы как для низких температур (от -76 до -112 F/от -60 до -80 C), так и для высоких температур (от 932 до 1112 F/от 500 до 600 C). Кроме того, последние разработки привели к внедрению новых покрытий с низкой теплопроводностью, которые не только снижают температуру поверхности и потери тепла, но и обеспечивают защиту от CUI.В зависимости от эксплуатационных и конструктивных требований эти материалы могут использоваться при меньшей толщине покрытия в качестве CUI-покрытия, которое улучшит характеристики обычных изоляционных систем, или могут использоваться при большей толщине в качестве отдельной системы для снижения теплопотерь и уменьшения поверхностного слоя. температура.

ИЗОБРАЖЕНИЕ 2: Сравнение температуры поверхности стальной панели, покрытой барьерным покрытием различной толщины

. Влияние толщины покрытия на снижение температуры показано на Рисунке 2, на котором сравнивается температура поверхности стальной панели, покрытой теплоизоляционным покрытием различной толщины. барьерное покрытие при нагревании нижележащей стали на горячей плите.

Результаты демонстрируют способность материала эффективно снижать температуру поверхности панели с покрытием. Ожоги первой степени (незначительные) обычно считаются возникающими при температуре 140 F/60 C при коротком контакте и 122 F/50 C при удерживании контакта. Таким образом, даже при температурах горячей плиты, достигающих 302 F/150°C, температура поверхности панели с покрытием может быть снижена до менее 140°F/60°C при использовании соответствующей толщины покрытия. Однако низкая теплоемкость экспериментального материала означает, что даже при меньшей толщине покрытия и более высоких температурах поверхности все еще безопасно прикасаться к поверхности без ожогов.

Это связано с тем, что количество тепла, содержащегося в покрытии, слишком мало, чтобы вызвать ожог, а низкая теплопроводность покрытия гарантирует, что оно не может передаваться достаточно быстро, чтобы полностью восполнить любое тепло, переданное коже. Например, в этом испытании было обнаружено, что даже при прикосновении к 3-миллиметровому (мм) участку покрытия, когда образец находился на горячей плите при 302 F/150 C, никакого дискомфорта для кожи не было обнаружено даже после нескольких секунд контакта.Эта разница между измеренной температурой и температурой прикосновения является предметом независимых исследований, и благодаря этой способности во многих случаях использование таких покрытий может устранить необходимость в изоляции или защитной оболочке, если безопасность является единственным соображением.

Однако в условиях постоянно растущей стоимости энергии и связанных с этим экологических соображений снижение теплопотерь является еще одним важным фактором для промышленности и ключевым фактором для изоляции оборудования таким образом, чтобы избежать риска CUI.При использовании таких материалов экономия энергии, как правило, может во много раз окупить затраты на установку системы в течение всего срока службы оборудования.

С помощью анализа конечных элементов (FEA) была определена потенциальная экономия энергии в результате использования системы теплоизоляционного барьерного покрытия. В этом исследовании также сравнивались температура и потери тепла с потерями более традиционного изоляционного материала: минеральной ваты.

В этом примере использовалась 8-дюймовая труба shed 40 из нержавеющей стали (304).Для сравнения изолированной и неизолированной трубы были разработаны три отдельные модели труб, которые подверглись одинаковым тепловым ограничениям следующим образом:

  • Тепловая нагрузка: 356 F/180 C на внутреннюю поверхность каждой из трех труб
  • Конвективные потери: 7 ватт на квадратный метр по Кельвину [Вт/(м 2 K)] при температуре окружающей среды 68 F/20 C на наружные поверхности трех труб
  • Радиационные потери: предполагалось, что все три трубы имеют одинаковую излучательную способность внешней поверхности (0.95) при температуре окружающей среды 68 F/20 C

ИЗОБРАЖЕНИЕ 3: Трехтрубная система и представление сетки FEA

На изображении 3 показана трехтрубная система и представление сетки FEA. Каждая труба разбивается на подэлементы, которые используются для каждой расчетной точки.

ИЗОБРАЖЕНИЕ 4: иллюстрирует результаты этого анализа из изображения 2

. Изображение 4 иллюстрирует результаты этого анализа. При толщине теплоизоляционного барьерного покрытия 5 мм температура поверхности снижается на 105.1 F/58,4 C, а общие теплопотери уменьшаются почти вдвое. Как и ожидалось, температура поверхности и потери тепла ниже при использовании минеральной ваты в 10 раз большей толщины, но тонкий слой термобарьерного покрытия по-прежнему почти вдвое снижает потери тепла из трубы, обеспечивая при этом защиту от коррозии и устраняя риск CUI.

Кроме того, за счет увеличения толщины теплоизоляционного барьерного покрытия с 5 мм до 15 мм можно дополнительно снизить как температуру поверхности, так и тепловой поток на 34.3% и 45,3% соответственно.

Кроме того, минеральная вата может впитывать влагу из окружающей среды, в результате чего она становится более теплопроводной и с большей вероятностью способствует возникновению проблем с CUI. Несколько исследований показывают, что теплопроводность «мокрой» минеральной ваты может увеличиваться до 0,125 Вт/(м 2 К).

ИЗОБРАЖЕНИЕ 5: Температура поверхности и тепловой поток в зависимости от влажности минеральной ваты

График на Рисунке 5 показывает результат исследования, в котором теплопроводность минеральной ваты увеличилась по сравнению с сухой (0.044 Вт/(м 2 К)) до влаги (0,125 Вт/(м 2 К)).

Здесь наблюдается увеличение теплопотерь и температуры поверхности по мере увеличения степени влажности минеральной ваты, в то время как непористое термобарьерное покрытие на основе эпоксидной смолы лишено этого недостатка.

В заключение следует отметить, что покрытия на основе эпоксидной смолы обеспечивают эффективный способ защиты стальных конструкций от коррозии под изоляцией. Кроме того, появление барьерных покрытий с низкой теплопроводностью означает, что в некоторых случаях может быть устранена необходимость в дополнительной изоляции.При необходимости его производительность повышается, а носитель защищен от проблем CUI. Гибкость рецептур покрытий на основе эпоксидной смолы означает, что такие материалы могут быть адаптированы для удовлетворения широкого спектра применений и условий эксплуатации, а текущие разработки направлены на обеспечение дальнейшего улучшения защиты от теплового барьера.

 

Подтверждение

Авторы благодарят доктора Франсуа Пьерреля из EnerTherm Engineering за анализ методом конечных элементов.

Исследователи обнаружили неорганический материал с самой низкой теплопроводностью из когда-либо известных   – Новости

Совместная исследовательская группа под руководством Ливерпульского университета обнаружила новый неорганический материал с самой низкой теплопроводностью, о которой когда-либо сообщалось. Это открытие прокладывает путь к разработке новых термоэлектрических материалов, которые будут иметь решающее значение для устойчивого развития общества.

Открытие , о котором сообщается в журнале Science , , представляет собой прорыв в управлении тепловым потоком на атомном уровне, достигнутый за счет дизайна материалов.Он предлагает принципиально новое понимание управления энергией. Новое понимание ускорит разработку новых материалов для преобразования отработанного тепла в энергию и для эффективного использования топлива.

Исследовательская группа под руководством профессора Мэтта Россеински с факультета химии университета и фабрики инновационных материалов и доктора Джона Алариа с факультета физики Университета и Института возобновляемых источников энергии Стефенсона разработала и синтезировала новый материал таким образом, чтобы он сочетал в себе два различных устройства атомов, каждый из которых, как было обнаружено, замедляет скорость, с которой тепло проходит через структуру твердого тела.

Они определили механизмы, ответственные за снижение переноса тепла в каждой из этих двух компоновок, путем измерения и моделирования теплопроводности двух разных структур, каждая из которых содержала одну из требуемых компоновок.

Объединить эти механизмы в одном материале сложно, потому что исследователям приходится точно контролировать, как в нем расположены атомы. Интуитивно ученые ожидали получить среднее значение физических свойств двух компонентов.Выбрав благоприятные химические интерфейсы между каждым из этих различных атомных расположений, команда экспериментально синтезировала материал, который сочетает в себе их оба.

Изображение ниже: Используя правильную химию, можно объединить два разных расположения атомов (желтые и синие плиты), которые обеспечивают механизмы для замедления движения тепла через твердое тело.

Этот новый материал с двумя комбинированными схемами имеет гораздо более низкую теплопроводность, чем любой из исходных материалов только с одной компоновкой.Этот неожиданный результат показывает синергетический эффект химического контроля расположения атомов в структуре и является причиной того, что свойства всей структуры превосходят свойства двух отдельных частей.

Если принять теплопроводность стали за 1, то титановый брусок 0,1, вода и строительный кирпич 0,01, новый материал 0,001 и воздух 0,0005.

Профессор Мэтт Россейнски сказал: «Материал, который мы обнаружили, имеет самую низкую теплопроводность среди всех неорганических твердых тел и является почти таким же плохим проводником тепла, как и сам воздух.

«Последствия этого открытия имеют важное значение как для фундаментального научного понимания, так и для практического применения в термоэлектрических устройствах, собирающих отработанное тепло, и в качестве термобарьерных покрытий для более эффективных газовых турбин».

Доктор Джон Алариа сказал: «Впечатляющий вывод этого исследования заключается в том, что можно улучшить свойства материала, используя дополнительные физические концепции и соответствующие атомистические взаимодействия. Помимо переноса тепла, эта стратегия может быть применена к другим важным фундаментальным физическим свойствам, таким как магнетизм и сверхпроводимость, что приведет к снижению энергопотребления при вычислениях и более эффективной передаче электроэнергии.

Приблизительно 70 процентов всей энергии, вырабатываемой в мире, тратится впустую в виде тепла. Материалы с низкой теплопроводностью необходимы для сокращения и использования этих отходов. Разработка новых и более эффективных термоэлектрических материалов, способных преобразовывать тепло в электричество, считается ключевым источником экологически чистой энергии.

В журнале Science опубликована статья «Низкая теплопроводность модульного неорганического материала с анизотропией и несоответствием связей» (doi: 10.1126/science.abh2619).

В исследовательскую группу входят исследователи из Исследовательского центра Leverhulme Research Center for Functional Materials Design Ливерпульского университета, Университетского колледжа Лондона, лаборатории ISIS Rutherford Appleton и Laboratoire CRISMAT, CRNS.

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован.