Теплопроводность высокая: Теплопроводность металлов и сплавов, коэффициент теплопроводности

Содержание

Высокая теплопроводность алюминия Nitride высокого напряжения

Основная Информация.

Модель №.

Aluminum Nitride

Применение

Изоляторы

Тип

Изоляционный Лист

Химия

Неорганическая Изоляция

Тепловая мощность

220 220

Максимальное напряжение

10 кВ ~20 кВ

Классификация

Органические изоляционного материала

Сертификация

UL

Thermal Conductivity

160-190 W/M. K

Торговая Марка

JRFT

Транспортная Упаковка

Safe Package, Export Carton with Foam

Характеристики

UL, SGS

Происхождение

Shenzhen, China

Код ТН ВЭД

8547100000

Описание Товара

Изолятор керамические пластины алюминиевой Nitride Керамическое покрытие для электронных полупроводниковых компонентов

описание продукта
Технические характеристики
AlN керамические пластины
1.высокой теплопроводностью
2.высокой прочности flexural, высокая температура
2.хорошего электрического короткого замыкания
Алюминий Nitride AlN керамические пластины
AlN керамические пластины
Алюминий Nitride подложке
 
Введение
Алюминиевые nitride (AlN) керамической имеет высокой теплопроводностью(5-10 раз, глинозему керамические), низкая диэлектрическая константа и распыления фактором, отсутствие короткого замыкания и отличные механические свойства, нетоксичный, тепловое сопротивление, химической стойкости , и линейной коэффициент расширения схож с Si, который широко используется в связи компонентов светодиоды высокой мощности, источники питания электронных устройств и других областях.специальные технические характеристики изделия могут быть подготовлены по просьбе.
 
Производительность продукции
Высокая теплопроводность, ВЫСОКАЯ ПРОЧНОСТЬ flexural, высокая температура
Хорошего электрического короткого замыкания
Низкая диэлектрическая константа и потери
 
 
 
Свойства материала
 


Свойства материала из алюминия Nitride подложка/Полупроводниковая пластина

Свойства содержимого

Отель индекс

Плотность (г/см3)

3.335

Сопротивление на тепловой удар

Нет трещин

Теплопроводности(30°C, W/m.k)

≥170

Коэффициент расширения линейного перемещения
(/°C, 5°C/мин, 20-300 °C)

2.805 № 10-6

Численность Flexural (МПА)

382.7

Объем сопротивления (Ом.см)

1.4×1014

Диэлектрическая константа(1 Мгц)

8.56

Долговечность химических веществ (мг/см2)

0,97

Диэлектрической прочности (КВ/мм)

18.45

Шероховатость поверхности Ra (мкм)

0.3~0.5

Угол развала колес (длина‰)

≤2‰

Внешний вид/ Цвет

Плотный/ темно серого цвета

 
Примечание: общие характеристики материалов, описанных выше, были получены из лаборатории, время от времени Innovacera на образец количествах. Фактические характеристики производства много могут отличаться от указанных.  
 
 
 
Приложения
Рч/СВЧ компоненты
Модуль питания
Силовые трансформаторы
Светодиоды высокой мощности пакета
Лазерный диод Sub-опоры
Светодиод микросхемы Sub-mount
Microelectronic пакеты
Транзисторы
 
Лазерная обработка обслуживания
С помощью лазерной машины глубина предварительного пропила, резки и бурения, мы можем процесса AlN подложку с высокой точностью и абсолютное соответствие по клиентам’Риган пути.
 
Службы обработки для полировки
Наши AlN субстрата может быть обработан(одиночных и двойных польский) передовые машины, импортированные из за границей. Керамические подложки шероховатость поверхности можно добраться до 0.03-0.05um без пористой после полированной. Он идеально подходит для малых приложения устройства, высокая точность , электропроводка плотность и стабильности.
 

Как профессиональная компания в керамической промышленности, HIGHBORN подает высокое качество и высокая точность керамические компоненты для клиентов по всему миру. Наши керамических изделий широко используются в различных областях автомобилестроения, металлургии, механизма, электронных и электрических, продовольствия и химической, медицинских и так далее. С помощью опытных инженеров и талантливых работников, мы можем оценивать эффективность проектов и чертежей правильно, ценные предложения, допускается наличие питания продуктов. Наши материалы, в том числе:
 
– Оксид алюминия ( 95% 96% 99% 99,5% 99,7% Al2O3 )
– Окиси циркония ( Yttria стабилизированный ZrO2 )
– Кремния Nitride ( давление газа металлокерамические и горячей нажат Si3N4 )
– Из карбида кремния (реактивный металлокерамические, Безнапорное металлокерамические & Recrystallization SiC)
– Алюминиевый корпус Nitride
– Стекло Machinable керамические
 
Направленные на создание долгосрочного сотрудничества с нашими клиентами мы установили наш девиз “Качество”. До сих пор в настоящее время наши продукты были экспортированы в Северной Amirica, Восточной Европе, Западной Европы и Восточной Азии, Юго-Восточной Азии и получить хорошую репутацию от наших клиентов.

Срок оплаты
T/T
L/C
D/A
D/P
AliExpress
Вестерн Юнион
MoneyGram
В соответствии с определенными странами, наш способ оплаты будет скорректирована.
 

Теплопроводность алюминия – Энциклопедия по машиностроению XXL

Алюминий А2. Структурные изменения в зоне нагрева лучом ОКГ в этом материале не обнаружены. Объяснить это можно, с одной стороны, высокой теплопроводностью алюминия, вследствие чего тепло быстро отводится в глубину образца, с другой — весьма малой растворимостью в алюминии железа и кремния, входящих в состав технического алюминия А2. Последнее обстоятельство исключает возможность фазовых превращений в этом материале.  [c.21]

Из сопоставления приведенных данных для алюминия с теплофизическими характеристиками щелочных металлов следует, что температура кипения и теплопроводность алюминия значительно больше, а сечение захвата тепловых нейтронов значительно меньше соответствующих величин для щелочных металлов. Имея в виду, что остальные теплофизические характеристики сравниваемых металлов приближенно одинаковы, и учитывая также малую упругость паров алюминия при высоких температурах, можно сделать заключение, что с точки зрения теплофизических характеристик алюминий, как теплоноситель, имеет определенные преимущества по сравнению со щелочными металлами при решении задач, связанных с высокой температурой теплоносителя.  [c.69]


В связи с тем, что данные по теплопроводности алюминия автором [5] были изменены, значения критериев Nu и Ре этой работы неа олько ( 11%) отличаются от их значений работы [19].  [c.80]

Через каждое сечение г образца, лежащее книзу от перегиба (2 = 0) его температурной кривой, переходит количество теплоты, собранное на участке О — 2. Если это количество теплоты известно, то для сечения 2 по замеренному значению градиента температур в нем можно рассчитать величину коэффициента теплопроводности образца. Окончательный расчет искомой величины коэффициента теплопроводности алюминия состоит в расчете поправки для коэффициента теплопроводности образца на теплоту, проходящую по стенкам графитового баллона.  [c.85]

В соответствии со сказанным величина коэффициента теплопроводности алюминия будет рассчитываться на основании балансового уравнения для участка О — 2 книзу от перегиба температурной кривой  [c.86]

В этом уравнении = 15,5-10 (м)—наружный диаметр графитового баллона rfo= 11,45-lO” ( vi)—диаметр сечения испытуемого расплавленного металла q z) (ккал/м час) —-тепловой поток на наружной -поверхности графитового баллона Я,а1 и гр ккал м-час-град)—соответственно коэффициенты теплопроводности алюминия и графита.  [c.86]

Теплопроводность алюминия в зависимости от температуры  [c.242]

Коэффициент теплопроводности алюминия в поперечном магнитном поле  [c.25]

К- Теплопроводность алюминия 2,18 дж1 см – сек – град. Зависимость линейного расширения от температуры выражается уравнением  [c.14]

Большой практический интерес представляют физические свойства расплавленного алюминия. Так, плотность расплавленного алюминия чистотой 99,996 % на 6,6 % меньше, чем у твердого металла, и при температуре 973 К составляет 2357 кг/м и практически линейно снижается до 2304 кг/м при температуре 1173 К. При нагревании алюминия и переходе его из твердого состояния в жидкое у него резко снижается теплопроводность с 2,08 до 0,907 Вт-см -К , а далее, по мере роста температуры, она возрастает и при температуре 1000 °С составляет уже 1,01 Вт-см -К . Более подробные сведения об изменении теплопроводности алюминия при высоких температурах приведены в [5].  [c.13]

Теплопроводность алюминия в три раза выше, чем у низколегированной стали, у него больше теплоемкость и скрытая теплота плавления. Для расплавления алюминия нужно больше теплоты, чем для такого же объема стали, поэтому для его сварки требуется повышенная тепловая мощность и более высокая ее концентрация.  [c.190]

Бериллий отличается высокой электро- и теплопроводностью, приближающейся к теплопроводности алюминия, а по удельной теплоемкости [ 2500 Дж/(кг град)] превосходит все остальные металлы. Бериллий стоек к коррозии. Подобно алюминию, при взаимодействии бериллия с воздухом на поверхности его образуется тонкая оксидная пленка, защищающая металл от действия кислорода даже при высокой температуре. Лишь при температуре вьппе 700 °С обнаруживаются заметные признаки коррозии, а Щ5И 1200 С металлический бериллий сгорает, превращаясь в белый порошок оксида бериллия.  [c.637]


Алюминий имеет высокую теплопроводность и электропроводность. В зависимости от чистоты при 200° С теплопроводность алюминия составляет 0,531 кал/(см-с-°С) (99,7% А1) и 0,82 кал/(см с-°С) (99,9% А1). Электропроводность алюминия также зависит от его чистоты. Для алюминия технической чистоты (99,5% А1) она составляет 62,5% от электропроводности меди,  [c.8]

Высота слоя технологического алюминия в шахте электролизера оказывает определенное влияние на выход по току при прочих равных условиях и всегда принимается во внимание при подборе технологических параметров процесса. Чем выше интенсификация процесса (плотность тока) при одинаковых конструктивных размерах электролизера, тем большим должен быть уровень жидкого металла. Технологический металл способствует выравниванию теплового поля под анодом электролизера за счет высокой теплопроводности алюминия и отвода тепла через боковые стороны катодного устройства. Уменьшение уровня металла при прочих равных условиях приводит к снижению выхода по току.  [c.238]

Принцип действия литейных машин основан на использовании высокой теплопроводности алюминия, которая позволяет интен-328  [c.328]

Алюминий — легкий, малопрочный и пластичный материал, отличающийся высокой электропроводностью и теплопроводностью. Алюминий имеет отрицательный потенциал фа1 ==—1,66 В.  [c.110]

Теплопроводность оксидной пленки намного хуже теплопроводности алюминия, но вследствие незначительной толщины пленки это не оказывает замет-  [c.19]

С целью сочетания высокой жаростойкости и механической прочности чугуна и высокой теплопроводности алюминия в некоторых,  [c.118]

Теплопроводность алюминия в пять раз больше теплопроводности чугуна, и поэтому алюминиевые сплавы часто заменяют чугун при изготовлении поршней двигателей внутреннего сгорания. Кроме того, поршень из алюминиевого сплава, будучи легче чугунного примерно в три раза, облегчает вес конструкции. Металлы с большой теплопроводностью в то же время являются лучшими проводниками электричества.  [c.79]

Алюминиевые сплавы по омедненному слою, нанесенному плакированием, можно паять припоем ПОС 61 паяльником, нагретым до 450—500° С. Крупногабаритные детали вследствие высокой теплопроводности алюминия могут быть запаяны только при применении достаточно массивных паяльников (до 2—  [c.284]

Чистый алюминий используется главным образом в химическом машиностроении для изготовления аппаратуры и трубопроводов. Физические свойства алюминия удельный вес 2,7 г/см , температура плавления 658°, температура кипения 1800°, временное сопротивление разрыву 8—10 кгс/мм , относительное удлинение 32—40%, теплопроводность алюминия в три раза больше, а коэффициент линейного расширения в два раза больше, чем у железа.  [c.354]

Алюминий и его сплавы относятся к хорошим проводникам тепла и электрического тока. Ниже приведены значения теплопроводности алюминия чистотой 99,996% для температур —265°G —100° С [19] и для температур выше 20° С [201.  [c.494]

Примеси оказывают существенное влияние на теплопроводность алюминия в области низких температур. Максимум, наблю-494  [c.494]

Влияние различных легирующих элементов на теплопроводность алюминия характеризует рис. 218 [22]. Повышение теплопроводности при содержании меди в сплаве более 10% не подтверждается П. А. Алиевым и некоторыми другими исследователями [23].  [c.495]

Рис. 7. Изменение удельного электросопротивления и теплопроводности алюминия в зависимое от температуры испытания
Основными способами дуговой сварки алюминия и сплавов на его основе являются аргонодуговая сварка, а также сварка под флюсом и покрытыми электродами. Основные трудности сварки связаны со следующим на поверхности расплавленного металла постоянно появляется тугоплавкая пленка оксида алюминия АЬОз, препятствующая образованию единой жидкой ванны алюминий не изменяет своего цвета при нагревании, что крайне затрудняет контроль над температурным режимом сварки высокая теплопроводность алюминия и сплавов на его основе требует применения источников питания с высокой концентрацией энергии.  [c.275]
Головка блока цилиндров изготовляется из серого чугуна или алюминиевого сплава и крепится к блоку на металло-асбестовой прокладке шпильками или болтами. Двигатели ГАЗ-51 и М-20 Победа- имеют головки из алюминиевого сплава, что позволяет несколько повысить степень сжатия за счет лучшей теплопроводности алюминия и несколько уменьшает вес двигателя.  [c.21]

Температура поршня зависит от металла, из которого он изготовлен. В настоящее время поршни обычно делают либо алюминиевыми, либо чугунными, причем теплопроводность алюминия в три раза больше теплопроводности чугуна. Поэтому тепло, воспринимаемое алюминиевым поршнем, быстрее отводится от центра к его периферии и далее — в стенки цилиндра.  [c.33]

С целью сочетания высокой жаростойкости и механической прочности чугуна и высокой теплопроводности алюминия в некоторых, очень редких случаях встречаются комбинированные головки основание головки и оба патрубка (или только выпускной патрубок) — из чугуна, верхняя часть — из алюминиевого сплава.  [c.126]

Чистота алюминия имеет важное значение, так как примеси оказывают значительное влияние на электрические, коррозионные и технологические свойства технического алюминия. На рис. 457— 459 показано влияние примесей и добавок на электропроводность и теплопроводность алюминия.  [c.381]

Рис. 459. Влияние добавок на теплопроводность алюминия
В связи с большой величиной коэффициента линейного расширения ы низки.м модулем упругости сплав имеет повышенную склонность к короблению. Поэтому 1Шобходимо прибегать к жесткому закреплению листов с помощью грузов, а такгке ннев-мо- или гидравлических прижимов на специальных стендах для сварки полотнищ и секций из этих сплавов. Ввиду высокой теплопроводности алюминия приспособления следует изготовлять из материалов с низкой теплопроводностью (легированР1ые стали и т. п.).  [c.354]

Вследствие высокой теплопроводности алюминия необходимо нрпмене1гие мощных источников теплоты. С этой точки зре-mu[ в ряд(5 с.лучаев желательны подогрев начальных участков шва до температур]. 120—150 С или применение предварительного и сопутствующего подогрева.  [c.355]

Для сравнения рассмотрим, каким условиям, необходимым для возможности резки окислением, удовлетворяет алюминий. Его температура воспламенения в кислороде 900 °С, а плавления – 660 °С, следовательно, гореть он будет только в жидком состоянии, получить стабильную форму реза невозможно. Алюминий образует окисел AI2O3 с температурой плавления 2050 °С – в три с лишним раза больше, чем у самого алюминия. Такой окисел будет при резке твердым, удалить его трудно. И, наконец, большая теплопроводность алюминия потребует для резки большой концентрации мощности, теплоты от его горения будет недостаточно. Поэтому алюминий резать окислением невозможно.  [c.295]

Алюминий и его сплавы, не имея порога хладноломкости, остаются вязкими при -253… – 269 °С. При охлаждении Ств у них повышается на 35-60 %, — на 15 – 25 %, а ударная вязкость монотонно уменьшается до 0,2 – 0,5МДж/м (см. рис. 15.16). Вязкость разрушения Ki практически не уменьшается, а значит, алюминиевые сплавы при охлаждении менее чувствительны к надрезам, чем при 25 °С. Из-за большого теплового расширения (значительной теплопроводности) алюминия при жестком закреплении элементов конструкций в них неизбежны значительные термические напряжения. Для их уменьшения применяют компенсаторы деформации или отдельные части конструкции (например, горловины криостатов) изготовляют из материалов с меньшей теплопроводностью, например из аустенитных сталей или пластмасс.  [c.516]

Коэффициент теплопроводности алюминия при =200 С Термодинамические свойства диме-тилпропана (С5Н12) удельные 0,530 кал (см-сек-град) 222 вт/(м-град)  [c.38]

Низкотемпературная ДТЦО (НДТЦО) основана на использовании тепла от деформации Или принудительного подогрева в паузах между проходами в качестве операции термоциклирования дисперсионно-твердеющих сплавов. Эту обработку можно осуществить практически на всех агрегатах ОМД. Так, процесс волочения проволоки протекает с изменением теплосодержания заготовки, а именно во время деформации заготовка разогревается за счет деформации и сил трения, затем охлаждается на барабане. Экспериментальные данные, полученные авторами работ [144,147], свидетельствуют о разогреве проволоки в волоке в зависимости от условий волочения до 40—170 °С. Теоретические расчеты [49] показали, что распределение температуры в очаге деформации при волочении алюминия неравномерно (рис. 5.21). Температурное поле меняется с уменьщением диаметра и ростом скорости Волочения На каждом последующем переходе. Однако за счет высокой теплопроводности алюминия температура проволоки по сечению после выхода из волоки может очень быстро выравниваться.  [c.187]

Титан обладает низкой теплопроводностью, которая в 13 раз меньше теплопроводности алюминия и в 4 раза меньше теплопроводности железа. С повышением температуры теплопроводность титана несколько понижается и при 700° С составляет 0,0309 кал см секО.  [c.378]

Магний, подобно титану, имеет гексагональную кристаллическую решетку. Чистый магний и простые бинарные его сплавы плавятся при 650° С. Более сложные сплавы плавятся в широком интервале температур (460—650°С). Удельная теплоемкость магния и алюминия примерно одинаковая, а скрытая теплота плавления в два раза у него меньше. Теплопроводность магния ниже теплопроводности алюминия, но в два раза выше, чем теплопроводность малоуглеродистой стали. Маглий активнее, чем алюминий, реагирует с кислородом. Чистый, особенно литой, магний обладает малой прочностью и пластичностью, поэтому не применяется как конструкционный материал. Для этого применяют сплавы магния, которые подобно алюминиевым, также разделяют на деформируемые и литые сплавы. Механические свойства сплавов магния сильно зависят от направления волокон, что обусловлено особенностями гексагональной кристаллической решетки.  [c.115]


Модуль упругости титана почти вдвое меньше модуля упругости железа, находится на одном уровне с модулем медных сплавов и значительно выше, чем у алюминия. Теплопроводность титана низкая она составляет около 7% от теплопроводности алюминия и 16,5% от теплопроводности железа. Это необходима учитывать при нагреве металла для обработки давлением и при сварке. Электросопротивление титана примерно в 6 раз больше чем у железа и в 20 раз больше, чем у алюминия. Оно, примерно, такое же, как у нержавеющей стали, типа Х18Н9.  [c.91]

Материал трубы — сталь. Материал оребрения — алюминий. Диаметры стальной трубы 18/15 мм. Чистота обработки наружней поверхности трубы 66 класса, внутренней поверхности ребра 6а класса. Температура в зоне контакта труба — оребрение Гк=443 К. Максимальная высота микронеровностей наружней поверхности трубы Лмакс 1=7,1 10- м, внутренней поверхности ребра Амакс 2= =9,2 10- м. В зоне контакта находится воздух при атмосферном давлении. Оребрение трубы осуществлено с натягом. Удельное сжатие на контактные поверхности р=18-№ н/л. Теплопроводность воздуха Яс=3,84 – 10-= втЦм-град) (при 7 к=443°К) теплопроводность стали Ям1=47 вт1(м- град)-, теплопроводность алюминия Хм2= = 191 вт1(м-град) (при Г =443°К).— ЭКСПЛУАТАЦИЯ ОБЪЕКТОВ

АТОМНОЙ ОТРАСЛИ

УДК 621.039.54

ТОЛЕРАНТНОЕ ТОПЛИВО ДЛЯ РЕАКТОРОВ ВВЭР-1200 С ВЫСОКОЙ ТЕПЛОПРОВОДНОСТЬЮ

© 2020 А.З. Альхмуд, В.Б. Круглов, Х.А. Танаш

Национальный исследовательский ядерный университет «МИФИ», Москва, Россия

Основной фактор разрушения твэлов в авариях с потерей теплоносителя связан с пароциркониевой реакцией, протекающей между оболочкой твэла и теплоносителем (водой). Повышение надежности тепловыделяющих элементов можно получить модификацией или заменой топливной оболочки, на материалы не вступающие во взаимодействие с теплоносителем при нормальной эксплуатации и в аварийных ситуациях. Повышение надежности и экономических характеристик ЯЭУ возможна при замене диоксида урана на делящиеся композиции с большим содержанием делящихся изотопов и с большей теплопроводностью. Эти два положения образуют концепцию ATF (толерантного топлива). Рассмотрены варианты создания толерантного топлива. Для ядерно-энергетических установок с реакторами ВВЭР рассмотрены варианты модернизации оболочек и делящихся композиций.

Ключевые слова: толерантное топливо, теплопроводность, высокая температура, диоксид урана, цирконий, аварий с потерей теплоносителя связан с пароциркониевой реакцией.

Поступила в редакцию 03.06.2020 После доработки 15.10.2020 Принята к печати 20.10.2020

Введение

Во время аварии в 2011 г. на Фукусиме в Японии взорвался реактор. После этого инцидента возникла концепция толерантного топлива, включающая в себя разработку новых оболочек и самого топлива. В данном исследовании показана разница между урановым диоксидным и02 топливом и толерантным топливом, типа уран-циркониевый спалв и^г по распределению температуры топлива в активной зоне с изменением теплопроводности, и решена задача в авариях с пароциркониевой реакцией с использованием толерантного топлива [1].е11(1) = Хио2(1) х [1 + А2гт+23Хц02т—] . (4)

. Xzr(t)-XU02(t)

-V

X McCullough(t) – [ Xuo2(t) X (v – P) + (1- v) X Xzr(t)]. (5)

3xv ч 15

X Rayleigh(t) – XUO2(t) X (1+ ,Xz Г (t) +2 • XU О2 (t) 4 / Xz Г (t) -XUО2 (t) 4 ) X (1-P) . . (6)

( Xz Г (t) – XU О 2 (t) ) V + 1 ‘5 43Xz Г (t) – 4 XU О 2 (t) )

Àxac(t)+ À Maxwell(t)+ À McCullough(t)+ ÀRayleigh(t) Xaverage(t) –. (7)

Решая эти уравнения в МАТНСАО, получаем результаты, показывающие влияние теплопроводности на температуру в активной зоне реактора. При увеличении теплопроводности за счет использования толерантного топлива температура будет снижаться по сравнению с топливом из диоксида урана. = 57 0 °С. Максимальная температура в центре топливной таблетки в максимально напряженном канале: .

Вывод

Толерантное топливо – ядерное топливо нового поколения безопасности с повышенной устойчивостью к авариям на АЭС с потерей теплоносителя в реакторе. По результатам расчетов показано распределение низких температур при использовании толерантного топлива. Водород начинает производиться при 500-700°С, но при достижении температуры 1200°С и выше оно становится опасным в реакторе. Толерантное топливо решает эту проблему. При остановке реактора толерантное топливо держит температуру оболочки в разрешенных пределах 500-700°С.

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. Савченко, А. Толерантное топливо для реакторов типа ВВЭР / А. Савченко. – 01.02.2016. -URL : http://www.proatom.ru/modules.php?name=News&file=article&sid=6531&mode=thread &order=0&thold=0.

2. АЭС с реактором типа ВВЭР-1000 / С. А. Андрушечко [и др.]. – Москва : Логос, 2010. – 604 с.

3. Zhou, W. Enhanced thermal conductivity accident tolerant fuels for improved reactor safety. A comprehensive review. Annals of Nuclear Energy. 2018. Т. 119. Р. 66-86.

4. Westinghouse «Accident-tolerant fuel», Cranberry Township, Pennsylvania 16066. – URL : https://www.nrc.gov/docs/ML1826/ML18261A203.pdf.

5. Jopek, H. and Strek, T. Optimization of the effective thermal conductivity of a composite. Convection and Conduction Heat Transfer, 2011, P. 197-214. – URL : https://books.google.jo/books?hl=

en&lr=&id=XoqfDwAAQBAJ&oi=fnd&pg=PA197&dq=5.%09Jopek,+H.,+%26+Strek,+T.+(2011) .+Optimization+of+the+effective+thermal+conductivity+of+a+composite.+Convection+and+Condu ction+Heat+Transfer,+&ots=2TzHh3xYij&sig=SLuLap70nQI20s8NzU5p6iY0XvM&redir_esc=y #v=onepage&q&f=false.

6. Pietra, K., Wisniewski, Tomasz S. A review of models for effective thermal conductivity of composite materials, Journal of Power Technologies, 95(1), 2015, P. 14-24. – URL : http://papers.itc.pw.edu.pl/index.php/JPT/article/viewFile/463/637.

7. White, J. T., Nelson, A. T., Dunwoody J. T., Byler, D. D., Safarik, D. J., McClellan, K. J. Journal of Nuclear Materials, V. 464, September 2015, P. 275-280. – URL : http://dx.doi.org/10.1016 /j .j nucmat.2015.04.031.

8. Touloukian, Y. S., Powell, R. W., Ho, C. Y., Klemens, P. G. Thermophysical Properties of Matter. IFI/Plenum, New York, 1970. – URL : https://www.scirp.org/(S(czeh3tfqyw2orz553k1w0r45))/ reference/ReferencesPapers.aspx?ReferenceID= 1168992.

9. Алексеев, С. В., Зайцев, В. А., Толстоухов, С. С. Дисперсионное ядерное топливо / С. В. Алексеев, В. А. Зайцев, С. С. Толстоухов. – Москва : ТЕХНОСФЕРА, 2015. – 248 c.

10. Savchenko, A. M., Konovalov, Y. V., Laushkin, A. V., Yuferov, O. I. Low-melting zirconium alloys. Letters on Materials, 2017, 7(3), Р. 229-233.

11. Iwasaki, K., Matsui, Т., Yanai, K., Yuda, R., Arita, Y., Nagasaki, T., Yokoyama, N., Tokura, I., Une, K., Harada, K. Effect of Gd2 03 Dispersion on the Thermal Conductivity of U02. Journal of Nuclear Science and Technology, 2009, Р. 673-676.

12. Самойлов, О. Б. Безопасность ядерных энергетических установок / О. Б. Самойлов, Г. Б. Усынин, А. М. Бахметьев. – Москва : Энергоатомиздат, 1989. – 278 с.

REFERENCES

[1] Savchenko A. Tolerantnoe toplivo dlya reaktorov tipa VVE’R [Tolerant Fuel for WWER-Type Reactors]. 01.02.2016. URL: http://www.proatom.ru/modules.php?name=News&file =article&sid=6531&mode=thread&order=0&thold=0 (in Russia).

[2] Andrushechko S.A. [et al.]. AE’S s reaktorom tipa VVFR-1000 [NPP with a WWER-1000 Type Reactor]. Moskva: Logos [Moscow: Logos], 2010. 604 p. (in Russia).

[3] Zhou W. Enhanced Thermal Conductivity Accident Tolerant Fuels for Improved Reactor Safety. A Comprehensive Review. Annals of Nuclear Energy. 2018. Т. 119. Р. 66-86.

[4] Westinghouse «Accident-tolerant fuel», Cranberry Township, Pennsylvania 16066. – URL: https://www.nrc.gov/docs/ML1826/ML18261A203.pdf.

[5] Jopek, H. and Strek, T. Optimization of the Effective Thermal Conductivity of a Composite. Convection and Conduction Heat Transfer, 2011, P. 197-214. – URL: https://books.google.jo/books?hl=en&lr=&id=XoqfDwAAQBAJ&oi=fnd&pg=PA197&dq=5.%09J opek,+H.,+%26+Strek,+T.+(2011).+0ptimization+of+the+effective+thermal+conductivity+of+a+co mposite.+Convection+and+Conduction+Heat+Transfer,+&ots=2TzHh3xYij&sig=SLuLap70nQI20 s8NzU5p6iY0XvM&redir_esc=y#v=onepage&q&f=false.

[6] Pietra, K., Wisniewski, Tomasz S. A Review of Models for Effective Thermal Conductivity of Composite Materials, Journal of Power Technologies, 95(1), 2015, P. 14-24. – URL: http://papers.itc.pw.edu.pl/index.php/JPT/article/viewFile/463/637.

[7] White, J. T., Nelson, A. T., Dunwoody J. T., Byler, D. D., Safarik, D. J., McClellan, K. J. Journal of Nuclear Materials, V. 464, September 2015, P. 275-280. – URL: http://dx.doi.org/10.1016/jjnucmat.2015.04.031.

[8] Touloukian, Y. S., Powell, R. W., Ho, C. Y., Klemens, P. G. Thermophysical Properties of Matter. IFI/Plenum, New York, 1970. – URL : https://www.scirp.org/(S(czeh3tfqyw2orz553k1w0r45))/ reference/ReferencesPapers.aspx?ReferenceID= 1168992.

[9] Alekseev S.V., Zaitsev V.A., Tolstoukhov S.S. Dispersionnoye yadernoye toplivo [Dispersive Nuclear Fuel]. Moskva : TEKHNOSFERA [Moscow: TECHNOSPHERE]. 2015. P 84-88 (in Russia).

[10] Savchenko, A. M., Konovalov, Y. V., Laushkin, A. V., Yuferov, O. I. Low-Melting Zirconium Alloys. Letters on Materials, 2017, 7(3), P. 229-233.

[11] Iwasaki, K., Matsui, T., Yanai, K., Yuda, R., Arita, Y., Nagasaki, T., Yokoyama, N., Tokura, I., Une, K., Harada, K. Effect of Gd2 O3 Dispersion on the Thermal Conductivity of UO2. Journal of Nuclear Science and Technology, 2009, P. 673-676.

[12] Samoilov O.B., Usynin G. B., Bakhmetyev A. M. Bezopasnost’ yadernykh energeticheskikh ustanovok [Safety of Nuclear Power Installations]. Moskva : Energoatomizdat [Moscow: Energoatomizdat]. 1989. 278 p. (in Russia).

Tolerant Fuel for WWER-1200 Reactors with High Thermal Conductivity A.Z. Alhmoud1, V.B. Kruglov2, H.A. Tanash4

National Research Nuclear University «MEPhI», Kashirskoye shosse, 31, Moscow, Russia 115409

‘ORCID iD: 0000-0002-8213-1455 e-mail: [email protected] com

2e-mail: [email protected] 3e-mail: [email protected] com

Abstract – The main factor of destruction of fuel rods in accidents with loss of coolant is associated with the vapor-zirconium reaction occurring between the fuel rod shell and the coolant (water). Improving the reliability of fuel cells can be obtained by modifying or replacing the fuel shell, materials that do not interact with the coolant during normal operation and in emergency situations. Increasing the reliability and economic characteristics of nuclear power plants is possible by replacing uranium dioxide with fissile compositions with a high content of fissile isotopes and with greater thermal conductivity. These two provisions form the concept of ATF (tolerant fuel). Variants of creation of tolerant fuel are considered., variants of modernization of shells and fissile compositions are studied for nuclear power plants with WWER reactors.

Keywords: tolerant fuel, thermal conductivity, high temperature, uranium dioxide, zirconium, accidents with loss of coolant associated with water reaction.

Теплопроводность меди – две стороны одной медали

Высокая теплопроводность меди наряду с другими замечательными свойствами определила этому металлу значимое место в истории развития человеческой цивилизации. Изделия из меди и ее сплавов используются практически во всех сферах нашей жизни.  

Блок: 1/5 | Кол-во символов: 242
Источник: http://tutmet.ru/koefficient-teploprovodnosti-medi-aluminiya.html

Немного о теплопроводности

Под теплопроводностью в физике понимают перемещение энергии в объекте от более нагретых мельчайших частиц к менее нагретым. Благодаря этому процессу выравнивается температура рассматриваемого предмета в целом. Величина способности проводить тепло характеризуется коэффициентом теплопроводности. Данный параметр равен количеству тепла, которое пропускает через себя материал толщиной 1 метр через площадь поверхности 1 м2 в течение одной секунды при единичной разнице температур.

Материал Коэффициент теплопроводности, Вт/(м*К)
Серебро 428
Медь 394
Алюминий 220
Железо 74
Сталь 45
Свинец 35
Кирпич 0,77

Медь обладает коэффициентом теплопроводности 394 Вт/(м*К) при температуре от 20 до 100 °С. Соперничать с ней может только серебро. А у стали и железа этот показатель ниже в 9 и 6 раз соответственно (см. таблицу). Стоит отметить, что теплопроводность изделий, изготовленных из меди, в значительной мере зависит от примесей (впрочем, это касается и других металлов). Например, скорость проводимости тепла снижается, если в медь попадают такие вещества, как:

  • железо;
  • мышьяк;
  • кислород;
  • селен;
  • алюминий;
  • сурьма;
  • фосфор;
  • сера.

Медная проволока

Если добавить к меди цинк, то получится латунь, у которой коэффициент теплопроводности намного ниже. В то же время добавление других веществ в медь позволяет существенно снизить стоимость готовых изделий и придать им такие характеристики, как прочность и износостойкость. К примеру, для латуни характерны более высокие технологические, механические и антифрикционные свойства.

Поскольку для высокой теплопроводности характерно быстрым распространение энергии нагрева по всему предмету, медь получила широкое применение в системах теплообмена. На данный момент из нее изготавливают радиаторы и трубки для холодильников, вакуумных установок и автомашин для быстрого отвода тепла. Также медные элементы применяют в отопительных установках, но уже для обогрева.

Медный радиатор отопления

Чтобы поддерживать теплопроводность металла на высоком уровне (а значит, делать работу устройств из меди максимально эффективной), во всех системах теплообмена используют принудительный обдув вентиляторами. Такое решение вызвано тем, что при повышении температуры среды теплопроводность любого материала существенно понижается, ведь теплоотдача замедляется.

Блок: 2/5 | Кол-во символов: 2339
Источник: http://met-all.org/cvetmet-splavy/med/teploprovodnost-medi-i-ee-splavov.html

Что такое теплопроводность и для чего нужна

Процесс переноса энергии атомов и молекул от горячих предметов к изделиям с холодной температурой, осуществляется при хаотическом перемещении движущихся частиц. Такой обмен тепла зависит от агрегатного состояния металла, через который проходит передача. В зависимости от химического состава материала, теплопроводность будет иметь различные характеристики. Данный процесс называют теплопроводностью, он заключается в передаче атомами и молекулами кинетической энергии, определяющей нагрев металлического изделия при взаимодействии этих частиц, или передается от более теплой части – к той, которая меньше нагрета.

Способность передавать или сохранять тепловую энергию, позволяет использовать свойства металлов для достижения необходимых технических целей в работе различных узлов и агрегатов оборудования, используемого в народном хозяйстве. Примером такого применения может быть паяльник, нагревающийся в средней части и передающий тепло на край рабочего стержня, которым выполняют пайку необходимых элементов. Зная свойства теплопроводности, металлы применяют во всех отраслях промышленности, используя необходимый параметр по назначению.

Блок: 2/7 | Кол-во символов: 1195
Источник: https://prompriem.ru/metally/teploprovodnost.html

2 Теплопроводность алюминия и меди – какой металл лучше?

Теплопроводность алюминия и меди различна – у первого она меньше, чем у второго, в 1,5 раза. У алюминия этот параметр составляет 202–236 Вт/(м*К) и является достаточно высоким по сравнению с другими металлами, но ниже, чем у золота, меди, серебра. Область применения алюминия и меди, где требуется высокая теплопроводность, зависит от ряда других свойств этих материалов.

Алюминий не уступает меди по антикоррозионным свойствам и превосходит в следующих показателях:

  • плотность (удельный вес) алюминия меньше в 3 раза;
  • стоимость – ниже в 3,5 раза.

Аналогичное изделие, но выполненное из алюминия, значительно легче, чем из меди. Так как по весу металла требуется меньше в 3 раза, а цена его ниже в 3,5 раза, то алюминиевая деталь может быть дешевле примерно в 10 раз. Благодаря этому и высокой теплопроводности алюминий нашел широкое применение при производстве посуды, пищевой фольги для духовок. Так как этот металл мягкий, то в чистом виде не используется – распространены в основном его сплавы (наиболее известный – дюралюминий).

В различных теплообменниках главное – это скорость отдачи избыточной энергии в окружающую среду. Эта задача решается интенсивным обдувом радиатора посредством вентилятора. При этом меньшая теплопроводность алюминия практически не отражается на качестве охлаждения, а оборудование, устройства получаются значительно легче и дешевле (к примеру, компьютерная и бытовая техника). В последнее время в производстве наметилась тенденция к замене в системах кондиционирования медных трубок на алюминиевые.

Медь практически незаменима в радиопромышленности, электронике в качестве токопроводящего материала. Благодаря высокой пластичности из нее можно вытягивать проволоку диаметром до 0,005 мм и делать другие очень тонкие токопроводящие соединения, используемые для электронных приборов. Более высокая, чем у алюминия, проводимость обеспечивает минимальные потери и меньший нагрев радиоэлементов. Теплопроводность позволяет эффективно отводить выделяемое при работе тепло на внешние элементы устройств – корпус, подводящие контакты (к примеру, микросхемы, современные микропроцессоры).

Шаблоны из меди используют при сварке, когда необходимо на стальную деталь сделать наплавку нужной формы. Высока теплопроводность не позволит медному шаблону соединиться с приваренным металлом. Алюминий в таких случаях применять нельзя, так как велика вероятность его расплавления или прожига. Медь также используют при сварке угольной дугой – стержень из этого материала служит неплавящимся катодом.

Блок: 3/5 | Кол-во символов: 2572
Источник: http://tutmet.ru/koefficient-teploprovodnosti-medi-aluminiya.html

Понятие термического сопротивления и коэффициента теплопроводности

Если теплопроводность характеризует способность металлов передавать температуру тел от одной поверхности к иной, то термическое сопротивление показывает обратную зависимость, т.е. возможность металлов препятствовать такой передаче, иначе выражаясь, – сопротивляться. Высоким термическим сопротивлением обладает воздух. Именно он, больше всего, препятствует передаче тепла между телами.

Количественную характеристику изменения температуры единицы площади за единицу времени на один градус (К), называют коэффициентом теплопроводности. Международной системой единиц принято измерять этот параметр в Вт/м*град. Эта характеристика очень важна при выборе металлических изделий, которые должны передавать тепло от одного тела к другому.

Таблица 1

Металл

Коэффициент теплопроводности металлов при температура, °С

— 100

100

300

700

Алюминий

2,45

2,38

2,30

2,26

0,9

Бериллий

4,1

2,3

1,7

1,25

0,9

Ванадий

0,31

0,34

Висмут

0,11

0,08

0,07

0,11

0,15

Вольфрам

2,05

1,90

1,65

1,45

1,2

Гафний

 —

0,22

0,21

Железо

0,94

0,76

0,69

0,55

0,34

Золото

3,3

3,1

3,1

Индий

0,25

Иридий

1,51

1,48

1,43

Кадмий

0,96

0,92

0,90

0,95

0,44 (400°)

Калий

0,99

0,42

0,34

Кальций

0,98

Кобальт

0,69

Литий

0,71

0,73

Магний

1,6

1,5

1,5

1,45

 Медь

4,05

3,85

3,82

3,76

3,50

Молибден

1,4

1,43

 —

1,04 (1000°)

Натрий

1,35

1,35

0,85

0,76

0,60

Никель

0,97

0,91

0,83

0,64

0,66

Ниобий

0,49

0,49

0,51

0,56

Олово

0,74

0,64

0,60

0,33

Палладий

0,69

0,67

0,74

Платина

0,68

0,69

0,72

0,76

0,84

Рений

0,71

Родий

1,54

1,52

1,47

Ртуть

0,33

0,09

0.1

0,115

Свинец

0,37

0,35

0,335

0,315

0,19

Серебро

4,22

4,18

4,17

3,62

Сурьма

0,23

0,18

0,17

0,17

0,21

Таллий

0,41

0,43

0,49

0,25 (400 0)

Тантал

0,54

0,54

Титан

0,16

0,15

Торий

0,41

0,39

0,40

0,45

Уран

0,24

0,26

0,31

0,40

Хром

0,86

0,85

0,80

0,63

Цинк

1,14

1,13

1,09

1,00

0,56

Цирконий

0,21

0,20

0,19

Блок: 3/7 | Кол-во символов: 3131
Источник: https://prompriem.ru/metally/teploprovodnost.html

От чего зависит показатель теплопроводности

Изучая способность передачи тепла металлическими изделиями выявлено, что теплопроводность зависит от:

  • вида металла;
  • химического состава;
  • пористости;
  • размеров.

Металлы имеют различное строение кристаллической решетки, а это может изменить теплопроводность материала. Так, например, у стали и алюминия, особенности строения микрочастиц влияют по-разному на скорость передачи тепловой энергии через них.

Коэффициент теплопроводности может иметь различные значения для одного и того же металла при изменении температуры воздействия. Это связано с тем, что у разных металлов градус плавления отличается, а значит, при других параметрах окружающей среды, свойства материалов также будут отличаться, а это отразится на теплопроводности.

Блок: 4/7 | Кол-во символов: 782
Источник: https://prompriem.ru/metally/teploprovodnost.html

Методы измерения

Для измерения теплопроводности металлов используют два метода: стационарный и нестационарный. Первый характеризуется достижением постоянной величины изменившейся температуры на контролируемой поверхности, а второй – при частичном изменении таковой.

Стационарное измерение проводится опытным путем, требует большого количества времени, а также применения исследуемого металла в виде заготовок правильной формы, с плоскими поверхностями. Образец располагают между нагретой и охлажденной поверхностью, а после прикосновения плоскостей, измеряют время, за которое заготовка может увеличить температуру прохладной опоры на один градус по Кельвину. Когда рассчитывают теплопроводность, обязательно учитывают размеры исследуемого образца.

Нестационарную методику исследований используют в редких случаях из-за того, что результат, зачастую, бывает необъективным. В наши дни никто, кроме ученых, не занимается измерением коэффициента, все используют, давно выведенные опытным путем, значения для различных материалов. Это обусловлено постоянством данного параметра при сохранении химического состава изделия.

Блок: 5/7 | Кол-во символов: 1126
Источник: https://prompriem.ru/metally/teploprovodnost.html

Теплопроводность стали, меди, алюминия, никеля и их сплавов

Обычное железо и цветные металлы имеют разное строение молекул и атомов. Это позволяет им отличаться друг от друга не только механическими, но и свойствами теплопроводности, что, в свою очередь, влияет на применение тех или иных металлов в различных отраслях хозяйства.

Таблица 2

Сталь имеет коэффициент теплопроводности, при температуре окружающей среды 0 град. (С), равный 63, а при увеличении градуса до 600, он снижается до 21 Вт/м*град. Алюминий, в таких же условиях, наоборот – увеличит значение от 202 до 422 Вт/м*град. Сплавы из алюминия, будут также повышать теплопроводность, по мере увеличения температуры. Только величина коэффициента будет на порядок ниже, в зависимости от количества примесей, и колебаться в пределах от 100 до 180 единиц.

Медь, при изменении температуры в тех же пределах, будет уменьшать теплопроводность от 393 до 354 Вт/м*град. При этом, медь содержащие сплавы латуни будут иметь такие же свойства, как и алюминиевые, а значение теплопроводности будет изменяться от 100 до 200 единиц, в зависимости от количества цинка и других примесей в составе сплава латуни.

Коэффициент теплопроводности чистого никеля считается низким, он будет менять свое значение от 67 до 57 Вт/м*град. Сплавы с содержанием никеля, будут также иметь коэффициент с пониженным значением, который, благодаря содержанию железа и цинка, колеблется от 20 до 50 Вт/м*град. А наличие хрома, позволит понизить теплопроводность в металлах до 12 единиц, с небольшим увеличением этой величины, при нагреве.

Блок: 6/7 | Кол-во символов: 1576
Источник: https://prompriem.ru/metally/teploprovodnost.html

Применение

Агрегатное состояние материалов имеет отличительную структуру строения молекул и атомов. Именно это оказывает большое влияние на металлические изделия и их свойства, в зависимости от назначения.

Отличающийся химический состав узлов и деталей из железа, позволяет обладать различной теплопроводностью. Это связано со структурой таких металлов как чугун, сталь, медь и алюминий. Пористость чугунных изделий способствует медленному нагреванию, а плотность медной структуры – наоборот, ускоряет процесс теплоотдачи. Эти свойства используют для быстрого отвода тепла или постепенного нагревания продукции инертного назначения. Примером использования свойств металлических изделий является:

  • кухонная посуда с различными свойствами;
  • оборудование для пайки труб;
  • утюги;
  • подшипники качения и скольжения;
  • сантехническое оборудование для подогрева воды;
  • приборы отопления.

Медные трубки широко используют в радиаторах автомобильных систем охлаждения и кондиционеров, применяемых в быту. Чугунные батареи сохраняют тепло в квартире, даже при непостоянной подаче теплоносителя требуемой температуры. А радиаторы из алюминия, способствуют быстрой передаче тепла отапливаемому помещению.

При возникновении высокой температуры, в результате трения металлических поверхностей, также важно учитывать теплопроводность изделия. В любом редукторе или другом механическом оборудовании, способность отводить тепло, позволит деталям механизма сохранить прочность и не быть подвергнутыми разрушению, в процессе эксплуатации. Знание свойств теплопередачи различных материалов, позволит грамотно применить те или иные сплавы из цветных или черных металлов.

:

Ещё

Блок: 7/7 | Кол-во символов: 1759
Источник: https://prompriem.ru/metally/teploprovodnost.html

Кол-во блоков: 11 | Общее кол-во символов: 14722
Количество использованных доноров: 3
Информация по каждому донору:
  1. http://met-all.org/cvetmet-splavy/med/teploprovodnost-medi-i-ee-splavov.html: использовано 1 блоков из 5, кол-во символов 2339 (16%)
  2. http://tutmet.ru/koefficient-teploprovodnosti-medi-aluminiya.html: использовано 2 блоков из 5, кол-во символов 2814 (19%)
  3. https://prompriem.ru/metally/teploprovodnost.html: использовано 6 блоков из 7, кол-во символов 9569 (65%)

Не удается найти страницу | Autodesk Knowledge Network

(* {{l10n_strings.REQUIRED_FIELD}})

{{l10n_strings.CREATE_NEW_COLLECTION}}*

{{l10n_strings.ADD_COLLECTION_DESCRIPTION}}

{{l10n_strings.COLLECTION_DESCRIPTION}} {{addToCollection.description.length}}/500 {{l10n_strings.TAGS}} {{$item}} {{l10n_strings.PRODUCTS}} {{l10n_strings.DRAG_TEXT}}  

{{l10n_strings.DRAG_TEXT_HELP}}

{{l10n_strings.LANGUAGE}} {{$select.selected.display}}

{{article.content_lang.display}}

{{l10n_strings.AUTHOR}}  

{{l10n_strings.AUTHOR_TOOLTIP_TEXT}}

{{$select.selected.display}} {{l10n_strings.CREATE_AND_ADD_TO_COLLECTION_MODAL_BUTTON}} {{l10n_strings.CREATE_A_COLLECTION_ERROR}}

Наноинженерия: Исследования

Полимеры с высокой теплопроводностью представляют большой интерес для систем терморегулирования. Доступность этих полимеров может расширить производство пластмасс за счет частичной замены металлов и керамики в устройствах и системах теплопередачи, что приведет к экономии энергии и затрат. Однако объемные полимеры обычно имеют низкую теплопроводность, ~0,1 – 0,3 Вт·м -1 К -1 , из-за наличия дефектов, таких как концы полимерных цепей, запутанность, случайная ориентация, пустоты и примеси и т. д.Эти дефекты действуют как точки концентрации напряжений и места рассеяния фононов для передачи тепла. Типичные методы, такие как введение вторичной фазы с высокой теплопроводностью в полимерную матрицу, повышают теплопроводность, но только на один порядок величины из-за высокого теплового сопротивления между вторичной фазой и полимерной матрицей. Вопреки общепринятому мнению, мы показываем, что одиночная полимерная цепь может иметь очень высокую теплопроводность, когда ведет себя как одномерный проводник.

Размерный кроссовер Phonon Transport

Рисунок 1: Нажмите, чтобы увеличить

Полимеры состоят из сильных ковалентных связей и слабых сил Ван-дер-Ваальса во внутрицепочечных и межцепочечных молекулярных связях соответственно. В одномерной одиночной цепочке перенос фононов является одномерным, поскольку все волновые векторы нормальной моды указывают в направлении z (т.е. вдоль основной цепи). Таким образом, такая одиночная вытянутая полимерная цепь, вероятно, сама по себе будет иметь высокую теплопроводность благодаря ориентации и прочным ковалентным связям.В трехмерной объемной кристаллической структуре, где взаимодействуют несколько протяженных цепей, происходят два явления; дополнительные моды от относительных колебаний между целыми цепями и больше путей для теплопроводности. Эти моды распространяются в двух других измерениях под разными углами от основной цепи и действуют как дополнительный механизм фонон-фононного рассеяния. Эти моды имеют как более низкие частоты, так и групповые скорости из-за более слабой ван-дер-ваальсовой жесткости, что приводит к более низкой теплопроводности.Наоборот, большее количество путей для теплопроводности увеличивает теплопроводность. Взаимодействие между этими двумя эффектами будет определять, будет ли теплопроводность иметь тенденцию к увеличению или уменьшению. Используя моделирование молекулярной динамики, мы показываем, что эффект рассеяния фононов ван-дер-ваальсовыми взаимодействиями доминирует, что приводит к переходу фононов из одномерной в трехмерную размерность при переносе фононов из одиночной цепи в объемную решеточную структуру 1 (рис. 1). Для одиночной полиэтиленовой цепи 2 возможна очень высокая теплопроводность (>350 Вт·м -1 К -1 ), даже расходящаяся.

Переработка полимеров

Рисунок 2: Нажмите, чтобы увеличить

Мы изготовили нановолокна из сверхвысокомолекулярного полиэтилена (СВМПЭ) со значениями теплопроводности ~ 104 Вт·м -1 К -1 , что больше, чем проводимость примерно половины чистых металлов 3 . Высокая теплопроводность объясняется молекулярной ориентацией полимерных цепей во время ультравытяжки, что улучшает качество волокна до идеального монокристаллического волокна.Мы использовали двухэтапный метод; изготовление волокна при 120 ºC из геля UHMWPE и вытягивание его при 90 ºC с контролируемым натяжением. Рентгеновская дифрактограмма волокон показывает прочную монокристаллическую природу изготовленных полиэтиленовых нановолокон. Теплопроводность этих волокон измеряется на установке, в которой используется чувствительный кантилевер АСМ из двух материалов. Эта установка позволяет измерять мощность до 0,1 нВт и энергию до 0,15 нДж. Кроме того, мы предоставили теоретическую оценку теплопроводности объемного монокристалла полиэтилена на основе молекулярно-динамического моделирования с использованием подхода Грина-Кубо.Наше оценочное значение 180 ± 65 Wm -1 K -1 указывает на возможность улучшения теплопроводности полиэтилена до уровня, при котором он может конкурировать с алюминием (235 Wm -1 K -1 ). В настоящее время мы разрабатываем подход к производству полиэтиленовых волокон и пленок с высокой теплопроводностью.

Ссылки

  1. Генри, А.; Чен, Г .; Плимптон, SJ; Томпсон, А., Переход фононной теплопроводности в полиэтилене из 1D в 3D с использованием моделирования молекулярной динамики.физ. Ред. Б 2010, 82 (14), 144308.
  2. Генри, А.; Чен Г., Высокая теплопроводность одиночных полиэтиленовых цепей с использованием моделирования молекулярной динамики. физ. Преподобный Летт. 2008, 101 (23), 235502-235505.
  3. Шен, С.; Генри, А .; Тонг, Дж.; Чжэн, Р .; Чен Г., Полиэтиленовые нановолокна с очень высокой теплопроводностью. Нац. Нанотех. 2010, 5 (4), 251-255.

Углеродное волокно на пековой основе “GRANOC” / с высокой теплопроводностью

Высокая теплопроводность до 1200 Вт/мК

Высокая теплопроводность также является уникальным свойством высокомодульного углеродного волокна.Углеродное волокно мощностью 1200 Вт/мК также производится промышленным способом. И это свойство было использовано для тепловых решений в электронике и спутниковых приложениях.

Теплопроводность GRANOC и других материалов

Линейка волокон с высокой теплопроводностью

Марка

GRANOC с высокой теплопроводностью доступна в виде пряжи, ткани, рубленого и измельченного волокна.

Марка Тепловая
проводимость
Вт/мК
Форма
GRANOC
Пряжа
GRANOC
Ткань
GRANOC
Измельченный
GRANOC
Фрезерованный
ZY-300 1 200    
XN-100 900    
HC-600 600      
ИС-90А 500  
ИС-80А 320  
ЯШ-70А 250  
XN-90 500  
XN-80 320  
XN-60 180  


Электропроводность Углеродное волокно на основе смолы

можно использовать в качестве наполнителя для повышения электропроводности пластика.

Марка Электрическое сопротивление

10 -4 Ом・см
XN-100 1,5
ИС-90А
ИС-80А
ЯШ-70А
XN-90
XN-80
XN-60
Исследователи

г. до н.э. сообщают о высокой теплопроводности изотопно-обогащенного кубического нитрида бора

По удивительному совпадению природы элементы азот, фосфор и мышьяк, которые естественным образом связываются с бором, образуя c-BN, BP и BA, имеют только один изотоп.Таким образом, для этих соединений изотопный беспорядок находится только на атомах бора и, таким образом, одинаков во всех трех соединениях, изготовленных из встречающегося в природе бора, сказал Бройдо. Тем не менее, изотопное обогащение атомов бора дало удвоение теплопроводности для c-BN, но гораздо меньшее увеличение для BP и BAs.

Атомы бора и азота имеют примерно одинаковую массу, а мышьяк и фосфор тяжелее.

«Мы показали, что большие массы мышьяка и фосфора по сравнению с бором привели к тому, что изотопный беспорядок в BA и BP дает лишь небольшое сопротивление тепловому потоку», — сказал Бройдо, который провел теоретические расчеты с постдокторантом Бостонского колледжа Наванитой К.Равичандран. «Как будто изотопный беспорядок становится невидимым для тепла, проходящего через образцы BAs и BP».

Напротив, устранение такого же количества беспорядка посредством изотопного обогащения c-BN приводит к огромному увеличению теплопроводности.

Всего в проекте приняли участие 24 исследователя. Помимо Бостонского колледжа, в команду входили исследовательские группы Ган Чена в Массачусетском технологическом институте, Дэвида Кэхилла в Университете Иллинойса, Урбана-Шампейн, Ли Ши в Техасском университете в Остине, Бинг Лв в Техасском университете в Далласе, Чжифэн Рен из Хьюстонского университета и Такаси Танигути из Японского национального института материаловедения.

“Было удивительно видеть, что измеренные данные и теоретические расчеты так точно согласуются друг с другом. В теории нет параметров, которые можно было бы подогнать под измерения. Она либо согласуется с измерениями, либо нет, — сказал Бройдо. «Отличное совпадение подчеркивает точность теории, точность измерений и высокую чистоту образцов».

Бройдо сказал, что необходимы дальнейшие исследования, чтобы лучше понять типы дефектов, возникающих в c-BN, которые снижают его теплопроводность.Поскольку такие материалы со сверхвысокой теплопроводностью очень редки, он надеется, что теоретические и вычислительные исследования помогут выявить новых кандидатов и разгадать тайны, окружающие их обычные свойства.

Эд Хейворд | Университетские коммуникации | Январь 2020

Материалы со сверхвысокой теплопроводностью MURI

Тепло вырабатывается практически во всех сферах современной жизни. Приложения от крупномасштабного производства энергии до наноразмерной электроники зависят от материалов, которые способны эффективно транспортировать генерируемое тепло.Хотя электропроводность может варьироваться в широком диапазоне от сверхпроводимости до идеальной изоляции в различных материалах, теплопроводность ограничивается относительно небольшим диапазоном, что ограничивает производительность и надежность электронных, оптоэлектронных и термоэлектрических устройств. Алмаз в настоящее время является рекордсменом по теплопроводности среди известных сыпучих материалов. Однако природный алмаз дорог, в то время как синтетический алмаз по-прежнему ограничен медленной скоростью роста и высокой плотностью дефектов.В этом проекте, который поддерживается Инициативой междисциплинарных университетских исследований (MURI) Управления военно-морских исследований (ONR) Министерства обороны США (DOD), цель состоит в том, чтобы ускорить научные открытия и технологические разработки новых объемных и тонких пленок. материалы с теплопроводностью, близкой или превышающей рекорд алмаза.

В этом междисциплинарном исследовании, проводимом под руководством Техасского университета в Остине, участвуют ведущие эксперты в области теории материалов, синтеза, определения характеристик и изготовления устройств из Бостонского колледжа, Иллинойского университета в Урбане-Шампейне, Массачусетского технологического института, Калифорнийского университета в Лос-Анджелесе. , Хьюстонский университет, Техасский университет в Далласе, Военно-морская исследовательская лаборатория, Национальная лаборатория Ок-Риджа и корпорация Northrop Grumman.Многогранный подход включает в себя создание передовых основных теоретических инструментов расчета и уникальных экспериментальных подходов для выявления, синтеза и определения характеристик новых материалов с потенциально сверхвысокой теплопроводностью. Новые материалы, разработанные в рамках этой программы, интегрируются в функциональные устройства для повышения производительности и надежности.

Магниевый сплав с высокой теплопроводностью и высокой прочностью для литья под высоким давлением ультратонкостенных компонентов

[1] С.Б. Ли, X.Y. Ян, Дж.Т. Хоу и В.Б. Du, Обзор теплопроводности магния и его сплавов, J. Magnesium Alloys , 8 (2020), № 1, с. 78. doi: 10.1016/j.jma.2019.08.002
[2] Дж. Ронг, П.Ю. Ван, М. Чжа, К. Ван, X.Y. Сюй, Х.Ю. Ван и Q.C. Цзян, Разработка нового высокопрочного пластичного сплава Mg-7Al-5Zn с высокой сверхпластичностью, обработанного методом твердосплавной прокатки (HPR), J.Сплавы Компд. , 738(2018), с. 246. doi: 10.1016/j.jallcom.2017.11.348
[3] Ю.Ю. Чжоу, П.Х. Фу, Л.М. Пэн, Д. Ван, Ю.С. Ван, Б. Ху, М. Лю, А.К. Сачдев и В. Дж. Дин, Модификация осаждения в литом сплаве Mg–1Nd–1Ce–Zr добавлением Zn, J. Magnesium Alloys , 7 (2019), № 1, с. 113. doi: 10.1016/j.jma.2019.02.003
[4] ЧАС.К. Пан, Ф.С. Пан, Р.М. Ян, Дж. Пэн, С.Ю. Чжао, Дж. Ше, З.Ю. Гао и А.Т. Танг, Тепловая и электрическая проводимость бинарных сплавов магния, J. Mater. науч. , 49(2014), № 8, с. 3107. doi: 10.1007/s10853-013-8012-3
[5] М.К. Kulekci, Применение магния и его сплавов в автомобильной промышленности, Int. Дж. Адв. Произв. Технол. , 39 (2008), №9-10, с. 851. doi: 10.1007/s00170-007-1279-2
[6]

Х.Б. Ли, В.Т. Цао и Ю.К. Бай, Исследование теплового рассеивания AZ91D, J. Henan Polytech. ун-т Нац. науч. , 29(2010), № 5, с. 685.

[7]

Вт.X. Ху, З.Х. Ян, Г.Х. Чен и Ю.К. Цао, Ход исследований влияния редкоземельных элементов на микроструктуру и механические свойства магниевого сплава, Chin. Редкие земли , 35(2014), № 5, с. 89.

[8] Г.К. Ли, Дж.Х. Чжан, Р.З. Ву, Ю. Фэн, С.Дж. Лю, X.J. Ван, Ю.Ф. Цзяо, К. Ян и Дж. Мэн, Развитие литейного сплава Mg с высокими механическими свойствами и умеренной теплопроводностью с множественными РЭ посредством термообработки, J.Матер. науч. Технол. , 34(2018), № 7, с. 1076. doi: 10.1016/j.jmst.2017.12.011
[9] Дж. В. Юань, К. Чжан, С.Х. Чжан, С.Г. Ли, Т. Ли, Ю.Дж. Ли, М.Л. Ма и Ши Г.Л. Тепловые характеристики сплавов Mg–Zn–Mn с высокой удельной прочностью и высокой теплопроводностью, J. Alloys Compd. , 578(2013), с. 32. doi: 10.1016/j.jallcom.2013.03.184
[10] CJ Chen, QD Ван и Д.Д. Инь, Термические свойства сплава Mg–11Y–5Gd–2Zn–0,5Zr (мас.%), J. Alloys Compd. , 487(2009), № 1-2, с. 560. doi: 10.1016/j.jallcom.2009.07.177
[11] А. Рудаева, М.Станек и П. Лукач, Определение температуропроводности и теплопроводности сплавов Mg-Al, Mater. науч. англ. А , 341(2003), № 1-2, с. 152. doi: 10.1016/S0921-5093(02)00233-2
[12] М. Ямасаки и Ю. Кавамура, Температуропроводность и теплопроводность сплавов Mg-Zn-редкоземельных элементов с упорядоченной фазой с длительным периодом укладки, Scripta Mater., 60(2009), № 4, с. 264. doi: 10.1016/j.scriptamat.2008.10.022
[13] Ю.Ф. Лю, X.G. Цяо, З.Т. Ли, З.Х. Ся и М.Ю. Чжэн, Влияние наноосаждения на теплопроводность и механические свойства сплавов Mg-2Mn- x La при горячей экструзии, J. Alloys Compd. , 830(2020), ст. № 154570. doi: 10.1016/j.jallcom.2020.154570
[14] С.Ю. Су, Д.Дж. Ли, А.А. Луо, Т. Ин и С.К. Цзэн, Влияние растворенных атомов и вторых фаз на теплопроводность сплавов Mg-RE: количественное исследование, J. Alloys Compd. , 747(2018), с. 431. doi: 10.1016/j.jallcom.2018.03.070
[15] В.Л. Сяо, М.А. Истон, С.М. Чжу, М.С. Даргуш, М. А. Гибсон, С. С. Цзя и Дж. Ф. Ни, Дефекты литья и механические свойства сплавов Mg–Zn–Al–RE, литых под высоким давлением, Adv. англ. Матер. , 14(2012), № 1-2, с. 68. doi: 10.1002/адем.201100149
[16] Л.Ф. Хоу, Ю.Х. Вэй, Ю.Г. Ли, Б.С. Лю, Х.Ю. Ду и К.Л. Го, Анализ процесса эрозии вставок для литья под давлением для компонентов из магниевого сплава, Eng.Неудача. Анальный. , 33(2013), с. 457. doi: 10.1016/j.engfailanal.2013.06.018
[17] X. Тиан, Л. М. Ван, Дж. Л. Ван, Ю. Б. Лю, Дж. Ан и З.Ю. Цао, Микроструктура и механические свойства сплавов Mg–3Al–3RE, J. Alloys Compd. , 465(2008), № 1-2, с. 412. doi: 10.1016/j.jallcom.2007.10.100
[18]

л.А. Добжанский, Т. Танский, Л. Чижек и З. Британ, Структура и свойства литейных сплавов магния, J . Мать . Процесс . Технол ., 192-193(2007), с. 567.

[19]
[20] ГРАММ.Ю. Юань, G.Q. Вы, С.Л. Bai и W. Guo, Влияние термической обработки на термические свойства магниевых сплавов AZ91D в различных процессах литья, J. Alloys Compd. , 766(2018), с. 410. doi: 10.1016/j.jallcom.2018.06.370
[21] Я. Аньянву, Ю. Гокан, С. Нозава, А. Судзуки, С. Камадо, Ю. Кодзима, С. Такеда и Т. Исида, Разработка новых литейных сплавов Mg–Zn–Al–Ca–RE для высоких температур приложения, Матер.Транс. , 44(2003), № 4, с. 562. doi: 10.2320/matertrans.44.562
[22] В.Л. Сяо, С.С. Цзя, Л.Д. Ван, Ю.М. Ву и Л.М. Ван, Микроструктура и механические свойства литых сплавов Mg-Zn-Al-RE, J. Alloys Compd. , 480(2009), № 2, с. Л33. doi: 10.1016/j.jallcom.2009.02.087
[23] Ф.Ши, C.Q. Ван и X.F. Guo, микроструктура и свойства литого сплава Mg 92 Zn 4 Y 4 и Mg 92 Zn 4 Y 3 Gd 1 с фазой RatSOLP 9.8, Матер. англ. , 44(2015), № 7, с. 1617. doi: 10.1016/S1875-5372(15)30103-X
[24] В.Л. Сяо, М.А. Истон, М.С. Даргуш, С.Чжу М. и Гибсон М.А. Влияние добавок цинка на микроструктуру и сопротивление ползучести литого под высоким давлением магниевого сплава AE44, Mater. науч. англ. А , 539(2012), с. 177. doi: 10.1016/j.msea.2012.01.077
[25] В.Д. Белов, А.В. Колтыгин, Н.А. Белов, И.В. Плисецкая, Инновации в литейных магниевых сплавах, Металлург , 54(2010), № 1, с.5-6, с. 317. doi: 10.1007/s11015-010-9313-2
[26] З.Р. Цзэн, Ю.М. Чжу, М.З. Биан, С.В. Сюй, C.H.J. Дэвис, Н. Бирбилис и Дж. Ф. Ни, Упрочнение отжигом в разбавленном листовом сплаве Mg-Zn-Ca, Scripta Mater. , 107(2015), с. 127. doi: 10.1016/j.scriptamat.2015.06.002
[27] М.Мабучи и К. Хигаси, Механизмы упрочнения сплавов Mg-Si, Acta Mater. , 44(1996), № 11, с. 4611. doi: 10.1016/1359-6454(96)00072-9
[28] Т. Хомма, С. Хираватари, Х. Сунохара и С. Камадо, Механические свойства при комнатной и повышенной температуре в экструдированных сплавах Mg-Al-Ca-Mn, Mater. науч. англ. А , 539(2012), с. 163. дои: 10.1016/j.msea.2012.01.074
[29] С.М. Чжу, Т.Б. Эбботт, М. А. Гибсон, Дж. Ф. Ни и М. А. Истон, Старение в литых под давлением сплавах Mg-Al-RE из-за незначительных добавок Mn, Mater. науч. англ. А , 656(2016), с. 34. doi: 10.1016/j.msea.2016.01.012
[30] Ф.Ван, В.Л. Сяо, М. В. Лю, Дж. Чен, С. Ли, Дж. Б. Си и К.Л. Ма, Влияние легирующего состава на микроструктуру и механические свойства магниевого сплава Mg-Al-Zn-Ca-RE, Vacuum , 159 (2019), с. 400. doi: 10.1016/j.vacuum.2018.10.072
[31] В.Л. Сяо, С. С. Цзя, Дж. Ван, Дж. Л. Ван и Л. М. Ван, Исследование микроструктуры и механических свойств литого сплава Mg-6Zn-5Al-4RE, J.Сплавы Компд. , 458(2008), № 1-2, с. 178. doi: 10.1016/j.jallcom.2007.03.118
[32] В.К. Чжан, В.Л. Сяо, Ф. Ван и К.Л. Ма, Разработка жаропрочных магниевых сплавов на основе Mg–Zn–Al путем добавления La и Ca: микроструктура и свойства при растяжении, J. Alloys Compd. , 684(2016), с. 8. doi: 10.1016/j.jallcom.2016.05.137
[33] А.К. Дале, Ю.К. Ли, доктор медицины, Нав, П.Л. Шаффер и Д.Х. СтДжон, Разработка литой микроструктуры магниево-алюминиевых сплавов, J. Light. Встретил. , 1(2001), № 1, с. 61. doi: 10.1016/S1471-5317(00)00007-9
[34] Б.Р. Тао, Р.С. Цю, Ю.Ф. Чжао, Ю.С. Лю, С.Н. Тан, Б. Ф. Луан и К. Лю, Влияние легирующих элементов (Sn, Cr и Cu) на частицы второй фазы в сплавах Zr–Sn–Nb–Fe–(Cr, Cu), J.Сплавы Компд. , 748(2018), с. 745. doi: 10.1016/j.jallcom.2018.03.203
[35]

T. Wang, Исследование теплопроводности композита SiC/Al, J. Synth. Кристалл. , 46(2017), № 10, с. 2062.

[36] С.М. Ван, Ю.Г. Чен, С.Ф. Сяо, В.К. Дин и X. Лю, Теплопроводность и механические свойства сплавов Mg–3Zn–(0,5–3,5)Sn в литом состоянии, Редкие металлы. Матер. англ. , 42(2013), № 10, с. 2019. doi: 10.1016/S1875-5372(14)60018-7
[37] RX Чжэн, Дж. П. Ду, С. Гао, Х. Сомекава, С. Огата и Н. Цудзи, Переход доминирующего режима деформации в объемном поликристаллическом чистом Mg путем ультратонкого измельчения зерна до субмикронного размера, Acta Mater. , 198(2020), с. 35. doi: 10.1016/j.actamat.2020.07.055
[38] З. Чжан, Дж.Х. Чжан, Дж. Ван, З.Х. Ли, Дж.С. Се, С.Дж. Лю, К. Гуань и Р.З. Ву, К разработке магниевых сплавов с одновременным повышением прочности и пластичности за счет уменьшения размера зерна в процессе деформации, Int. Дж. Майнер. Металл. Матер. , 28(2021), № 1, с. 30.doi: 10.1007/s12613-020-2190-1
[39] Н. Оно, Р. Новак и С. Миура, Влияние температуры деформации на соотношение Холла-Петча, зарегистрированное для поликристаллического магния, Mater. лат. , 58(2004), № 1-2, с. 39. doi: 10.1016/S0167-577X(03)00410-5
[40] ЧАС.Сомекава и Т. Мукаи, Соотношение Холла-Петча для деформационного двойникования в сплавах магния в твердом растворе, Mater. науч. англ. А , 561(2013), с. 378. doi: 10.1016/j.msea.2012.10.040
[41] Ф. Ван, Т. Ху, Ю.Т. Чжан, В.Л. Сяо и К.Л. Ма, Влияние содержания Al и Zn на микроструктуру и механические свойства магниевых сплавов Mg-Al-Zn-Ca, Mater.науч. англ. А , 704(2017), с. 57. doi: 10.1016/j.msea.2017.07.060
[42] С.Ф. Лю, Б. Ли, X.H. Wang, W. Su и H. Han, Эффект рафинирования церия, кальция и стронция в магниевом сплаве AZ91, J. Mater. Процесс. Технол. , 209(2009), № 8, с. 3999. doi: 10.1016/j.jmatprotec.2008.09.020
[43] Ф.Кабирян и Р. Махмуди, Влияние добавок редкоземельных элементов на характеристики ползучести магниевого сплава AZ91, Metall. Матер. Транс. А , 40(2009), № 9, с. 2190. doi: 10.1007/s11661-009-9905-2
[44] Б. Кондори и Р. Махмуди, Влияние добавок Са на микроструктуру, термическую стабильность и механические свойства литого магниевого сплава АМ60, Mater.науч. англ. А , 527(2010), № 7-8, с. 2014. doi: 10.1016/j.msea.2009.11.043
[45] А.А. Луо и А.К. Сачдев, Разработка нового деформируемого сплава магний-алюминий-марганец АМ30, Металл. Матер. Транс. А , 38(2007), № 6, с. 1184. doi: 10.1007/s11661-007-9129-2
[46] Ø.Ryen, B. Holmedal, O. Nijs, E. Nes, E. Sjölander и H.E. Экстрем, Механизмы упрочнения алюминиевых сплавов с твердым раствором, Metall. Матер. Транс. А , 37(2006), № 6, с. 1999. DOI: 10.1007/s11661-006-0142-7

Полимеры | Бесплатный полнотекстовый | Высокая теплопроводность полиэтиленовых композитов, армированных чешуйчатым графитом, изготовленных методом порошкового смешивания и методом экструзии расплава

1. Введение

Теплопроводные композиты с полимерной матрицей приобретают все большее значение для электронных корпусов, полимерных теплообменников, материалов с фазовым переходом и аэрокосмическая техника.Поэтому были предприняты значительные усилия по улучшению теплопроводности теплопроводных композитов [1,2]. На самом деле, есть два основных решения для достижения этой цели. С одной стороны, повышение теплопроводности на основе полимерной матрицы [3,4,5], в том числе выполнение выравнивания полимерных цепей, повышение жесткости молекулярной связи и улучшение межцепочечных взаимодействий. В этих областях метод моделирования молекулярной динамики является полезным инструментом для прогнозирования термических свойств полимера [6,7,8,9], который обладает хорошей точностью и простотой в эксплуатации.Более того, метод моделирования молекулярной динамики может установить фундаментальную связь между молекулярными характеристиками и макроскопическими тепловыми свойствами [10,11]. С другой стороны, это может также улучшить теплопроводность полимеров путем легирования наполнителей с высокой теплопроводностью, таких как углеродные нанотрубки, графен, графитовые нанопластинки, керамика и металлы [12,13,14,15,16,17,18]. . Эта работа играет важную роль в теплотехнике полимеров, поскольку ее легко реализовать. Теплопроводные полимерные композиты обычно разрабатывают путем смешивания полимерной матрицы с экономичными и удобными наполнителями, поскольку стоимость изготовления низкая.Традиционные наполнители включают медные порошки, никелевые порошки, алюминиевые порошки, металлические сплавы и углеродные материалы. В настоящее время углеродные материалы привлекают все большее внимание, поскольку они обладают превосходными свойствами, такими как малый вес, высокая прочность, высокая кислотостойкость, большая удельная поверхность и высокая теплопроводность. В семействе углерода чешуйчатый графит (FG) является распространенной ветвью, которую можно легко найти в природе. И FG широко используется в теплопроводящих материалах, поскольку он обладает хорошей пластичностью, высокой теплопроводностью и отличной высокой температурой плавления.Он очень стабилен даже в суровых условиях, таких как кислые и щелочные растворы [19]. В качестве полимерной матрицы полиэтилен (ПЭ) широко используется в семействе полимеров. Фактически, ПЭ обладает относительно более высокой теплопроводностью (0,2~0,4 Вт/(м·К)), чем другие полимеры. В настоящее время было проведено два интересных и передовых исследования ПЭ [20,21]. Одним из них является нанопористый металлизированный полиэтиленовый текстиль, изготовленный Cui et al. [20], которые могли бы согреть тело человека, полностью используя разную скорость излучения углерода и меди.Другим примером является рандомизированный гибридный стеклополимерный метаматериал масштабируемого производства для дневного радиационного охлаждения, разработанный группой Янга [21]. В этих двух оригинальных материалах в полной мере используется полиэтилен, так как он экологичен и прост в обработке. Таким образом, легко предположить, что мы можем получить композиты PE/FG с высокой теплопроводностью, комбинируя каждый компонент. Многие исследования были сосредоточены на композитах графит/полимер [19,22,23,24]. Йе и др. [19] изучали теплопроводность полиэтилена высокой плотности, наполненного коллоидным графитом, и самодельного вспененного графита и обнаружили, что графит является своего рода идеальным теплопроводным агентом, поскольку он имеет большую удельную поверхность.Однако они просто думали о филлерах с одним размером. Чжоу и др. [22] изготовили листы ориентированного графит/полимерного композита с высокой теплопроводностью методом ленточного литья. Чжан и др. [14] представили улучшенные тепловые свойства многослойных графитовых нанопластинок, наполненных силиконовыми композитами. Они подчеркнули преимущество многослойных графитовых нанопластинок в теплопроводности, поскольку они имеют высокое соотношение сторон. Поскольку тепловое сопротивление поверхности раздела между матрицей и наполнителями препятствует переносу тепла, некоторые исследования были сосредоточены на ковалентных и нековалентных функциональных наполнителях для улучшения общей теплопроводности [11,12].Однако этот метод сложен для массового производства из-за высокой стоимости. Таким образом, исследование влияния широкого распределения частиц по размерам по-прежнему представляет интерес для продолжения. Zhou et al. [17,25] выдвинули предположение, что комбинированное использование гибридных наполнителей дает более высокую теплопроводность по сравнению с одним видом наполнителя. В последние годы Ким и соавт. [13] обнаружили, что теплопроводность поликарбонатного композита, наполненного как 9,9 мас. % вспененного графита, так и 0,1 мас. % наполнителей из многослойных углеродных нанотрубок, была синергетически улучшена на 49 % по сравнению с поликарбонатным (ПК) композитом, наполненным 10 мас. только графит (EG).Таким образом, синергетическое легирование композитов PE/FG может иметь большее исследовательское значение для улучшения теплопроводности. Точно так же, как фрактальная корневая система дерева, показанная на рисунке 1а, которая помогает дереву идеально поглощать питательные вещества и воду из почвы. В прошлых исследованиях Адриан Бежан представил конструктивно-теоретическую сеть проводящих путей для охлаждения тепловыделяющего объема [26], одна классическая фрактальная сеть показана на рисунке 1b. Итак, каково влияние на теплопроводность полиэтиленовых композитов наполнителей нескольких размеров? Для композитов крупные наполнители подобны основам, а мелкие наполнители представляют собой ответвления.Может ли он образовывать лучшую тепловую сеть для передачи тепла, как показано на рисунке 1с? Это важное и интересное исследование. Один из классических способов построения теплопроводного пути состоит в смешивании частиц наполнителя и частиц полимера вместе, а затем экструдировании смеси из расплава для получения особого состояния дисперсии наполнителя, в котором частицы полимера окружены теплопроводными наполнителями. [27,28,29]. В этой статье композиты полиэтилена высокой плотности (ПЭВП)/FG были изготовлены с помощью простого в приготовлении метода смешивания порошков и процесса экструзии расплава.В частности, было систематически и подробно изучено влияние широкого диапазона размеров и степени заполнения частиц FG на теплопроводность композитов. Для некоторых типичных композитов мы провели специальный термический и механический анализ, чтобы оценить их общее качество. Эти многочисленные и ценные экспериментальные результаты помогут наладить промышленное производство композитов PE/FG с высокой теплопроводностью.

2. Экспериментальные методы

2.1. Материалы и морфология
В качестве матрицы здесь использовался полиэтилен высокой плотности (HDPE), поставляемый Qilu Petroleum Corporation, Zibo, Китай.ПЭВП имеет показатель текучести плавления (ПТР) 0,35 г/10 мин, температуру плавления 423 К и плотность 0,95 г/см 3 . Преобладающим наполнителем был FG, который имеет температуру плавления 3273 К и среднюю долю углеродистого элемента более 99 мас.%, закупленный на оригинальном заводе графитовой руды Shandong South Villa, Циндао, Китай. Существует четыре различных размера FG, в том числе 500, 200, 20 и 2 мкм, что маркируется производителем. Плотность 500, 200 и 20 мкм FG составляет около 1.42 г/см 3 , тогда как плотность 2 мкм FG составляет около 0,35 г/см 3 . Другими дополнительными наполнителями были многостенные углеродные нанотрубки (МУНТ) и высококачественный графен. МУНТ были получены от Zheda Quality, Ханчжоу, Китай, с длиной в диапазоне 10-20 мкм и удельной поверхностью около 260-560 м 2 /г, чистота более 94%. А графен высокого качества (99,9%) был предоставлен компанией Hefei Micro Crystal Materials Technology Co. LTD, Хэфэй, Китай, удельная поверхность которого составляет 100–150 м 2 /г, а средний размер частиц составляет около 5–10 мкм.Средний диаметр МУНТ составляет около 12–25 нм, а толщина графена менее 10 нм. Средний размер частиц материалов, измеренный с помощью лазерного прибора для распределения частиц по размерам (MS2000, поставляется компанией Malvern, Англия), показан в таблице 1. Указано, что испытательный размер хорошо согласуется с заводским размером, который демонстрирует нормальное распределение. Здесь все материалы рассматриваются как сферические в процессе тестирования.
2.2. Эксперимент и измерение
В этой статье для приготовления композитов путем смешивания ПЭВП с графитовыми порошками и т. д. использовался простой метод смешивания порошков и процесс экструзии расплава., а процесс формования показан на рисунке 2. Процесс смешивания осуществлялся на вихревом вибрационном инструменте (Lianlink JHX28H, Пекин, Китай), а время смешивания составляло около 20 минут. Смеси были изготовлены методом двойного прессования. То есть, во-первых, экструдирование смешиваемых порошков с максимально возможным удалением воздуха и нагрев при 523 К в течение 60 мин; во-вторых, прессование расплавленных смесей при 20 МПа и затем поддержание температуры 423 К в течение 20 мин. После промывки в течение 3 мин для охлаждения образца смесь изготавливали в виде пластин размером 40 мм × 20 мм × 4 мм.Таким образом, композиты HDPE/FG с графитовыми порошками в диапазоне от 0 до 40 мас.% были хорошо приготовлены. Чтобы лучше исследовать влияние самого наполнителя на теплопроводность, мы сохраняем те же условия подготовки, чтобы уменьшить неопределенность в процессе подготовки.

После формования теплопроводность образцов HDPE/FG измеряется методом горячего стола (TC-3000, XIATECH, Сиань, Китай) при комнатной температуре. Чтобы сохранить точность теплопроводности, мы усреднили 6 измеренных данных, чтобы получить среднее значение теплопроводности.Для наблюдения за распределением наполнителей в полиэтиленовой матрице микроструктуру композитов наблюдали с помощью сканирующего электронного микроскопа (SEM, ZEISS, Sigma, Neustadt, Germany) с ускоряющим напряжением 15 кВ. Для дальнейшего исследования теплового поведения некоторых типичных композитов небольшая часть композитов была измерена с помощью термогравиметрического анализа (TGA, STA 449F3, NETZSCH Company, Альден, Германия), а тепловыделение было измерено с помощью дифференциальной сканирующей калориметрии (DSC, STA 449F3, NETZSCH Company, Альден, Германия) при скорости нагрева 15 град/мин.Наконец, были проведены классические эксперименты по сжатию (YES-2000, Zhongte Testing Machine Company, Цзинань, Китай) для оценки механических свойств этих композитов. Образцы размерами 10 мм × 10 мм × 4 мм постепенно сжимали под прессом до разрушения, скорость сжатия составляла 3 мин/мм, и анализировали подробные кривые напряжения-деформации процесса сжатия. Неопределенности в основном возникают из-за плоскостности образца.

Графеновая пленка может иметь более высокую теплопроводность, чем графитовая пленка

Художественная иллюстрация фононов, путешествующих по слоям графеновой пленки.Изображение: Технологический университет Чалмерса/Krantz Nanoart.

Исследователи из Технологического университета Чалмерса в Швеции разработали пленку на основе графена, теплопроводность которой на 60% выше, чем у графитовой пленки, хотя графит просто состоит из множества слоев графена. Графеновая пленка демонстрирует большой потенциал в качестве нового теплораспределяющего материала для электроники с форм-фактором и других систем с высокой мощностью.

До сих пор ученые, занимающиеся исследованиями графена, предполагали, что пленка, собранная из графена, не может иметь более высокую теплопроводность, чем графитовая пленка.Однослойный графен имеет теплопроводность от 3500 Вт/мК до 5000 Вт/мК. Если вы соедините два слоя графена вместе, то теоретически он станет графитом, поскольку графен представляет собой один слой графита толщиной в атом.

Графитовые пленки, которые в настоящее время используются для отвода и распределения тепла в мобильных телефонах и других силовых устройствах, имеют теплопроводность до 1950 Вт/мК. Пленка, собранная из графена, будучи по существу графитовой, не должна иметь более высокую теплопроводность, чем эта.

Йохан Лю и его исследовательская группа из Технологического университета Чалмерса поставили под сомнение это предположение. В статье Small они сообщают, что теплопроводность пленки, собранной из графена, может достигать 3200 Вт/мК, что более чем на 60% выше, чем у лучших графитовых пленок.

Лю и его команда достигли такой высокой теплопроводности за счет тщательного контроля как размера зерна, так и порядка укладки слоев в графеновой пленке. Высокая теплопроводность является результатом большого размера зерна, высокой плоскостности и слабой межслойной энергии связи между слоями.Благодаря этим важным свойствам фононы, движение и вибрация которых определяют тепловые характеристики, могут двигаться быстрее внутри слоев графена, чем между ними, что приводит к более высокой теплопроводности.

«Это действительно большой научный прорыв, и он может оказать большое влияние на преобразование существующей отрасли производства графитовой пленки», — говорит Лю. Исследователи также обнаружили, что механическая прочность на растяжение графеновой пленки почти в три раза выше, чем у графитовой пленки, достигая 70 МПа.

«Благодаря преимуществам сверхвысокой теплопроводности и тонкой, гибкой и прочной конструкции разработанная графеновая пленка демонстрирует большой потенциал в качестве нового теплораспределяющего материала для управления температурным режимом электроники с форм-фактором и других систем с высокой мощностью. — утверждает Лю.

В результате непрерывной миниатюризации и интеграции производительность и надежность современных электронных устройств и многих других мощных систем находятся под серьезной угрозой из-за серьезных проблем с рассеиванием тепла.

«Чтобы решить эту проблему, теплораспределяющие материалы должны обладать лучшими свойствами, когда речь идет о теплопроводности, толщине, гибкости и прочности, чтобы соответствовать сложной и высокоинтегрированной природе энергосистем», — говорит Лю. «Коммерчески доступные материалы с теплопроводностью, такие как медь, алюминий и пленка из искусственного графита, больше не будут соответствовать этим требованиям».

Интеллектуальная собственность на процесс высококачественного производства этой графеновой пленки принадлежит SHT Smart High Tech AB, дочерней компании Chalmers, которая собирается сосредоточиться на коммерциализации технологии.

Эта история адаптирована из материалов Технологического университета Чалмерса с редакционными изменениями, внесенными Materials Today.

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован.