何健[1]2006年在《磁场下的金属纳米粒子电子热容性质》文中研究表明本文针对金属小粒子,考虑随机矩阵理论中高斯正交系综(GOE)、高斯辛系综(GSE)和高斯幺正系综(GUE)所对应的电子能级分布和任意两个能级之间的关联,磁场的影响作用,计算了金属小粒子电子热容特性,得到如下结论: (1) 正常态金属小粒子所含的电子数奇偶性不同,其电子热容是不同的,这与大块金属有本质区别;低温极限时电子热容受能级分布的影响很大;而在高温时,有大量的电子参与能量配位,比热遵循大块金属的线性规律,能级分布的影响很小; (2) 磁场能够增大金属小粒子的热容,且热容呈现出类周期性,叁个系综下热容随磁场的变化趋势基本上是一致的,但在一定的温度和对应的磁场下,热容值按照GOE→GUE→GSE的顺序增大; (3) 小粒子所含的电子数奇偶不同,在磁场中的电子热容也不同,并且磁场对含奇电子数的小粒子电子热容影响要大于含偶电子数小粒子情况,这与大块金属有本质的区别; (4) 增大金属小粒子粒径可增大其电子的摩尔热容(因为体积是一定的):但随着粒径大到一定程度使得δ>k_BT时,量子尺寸效应消失,此时处于小粒子电子热容性质与块状金属电子热容性质相同(无论是否存在外磁场)。
施振刚[2]2004年在《金属小粒子的电子热容性质》文中提出本文采用随机矩阵理论，计算了： (1) 正常态金属小粒子的电子热容和顺磁磁化率。 (2)在平均场近似下，计算了超导金属小粒子低温区的电子热容。 (3)在静态路径近似下，计算了超导金属小粒子转变温区的电子热容。 得到如下结论： (1)金属小粒子所含的电子数奇偶性不同，其电子热容是不同的，这与大块金属有本质区别；低温极限时电子热容受能级分布的影响很大；而在高温时，有大量的电子参与能量配位，比热遵循大块金属的线性规律，能级分布的影响小时。金属纳米粒子含有的电子数奇偶性不同，磁化率有很大的不同，与大块金属有本质的区别；磁化率的低温行为受能级分布影响很大；而在高温时，磁化率随温度呈线性变化，能级分布的影响消失。 (2)对小尺寸粒子，BCS热容和大块样品((?)=0)一样在转变温度处存在突变，但不同的自旋情况下，突变值的大小不一样。低温时的热容变化规律与粒子所含电子数奇偶性有关。在转变温度以后都趋于正常粒子热容值。 (3)随着粒子尺寸的减小，在相变临界区域涨落越来越重要；电子数的奇偶效应在低温乃至相变区域都是重要的。
何健, 屠刚, 姚勇, 施振刚[3]2005年在《金属小粒子磁场下的电子热容特性》文中研究说明考虑金属小粒子在磁场下, 应用随机矩阵理论对能间距分别为正交系综分布、么正系综分布、辛系综分布等情况, 考虑了奇偶效应, 计算了几个典型温度下金属小粒子电子热容, 并对电子热容随磁场变化做了简单的分析.
施振刚, 程南璞, 陈志谦[4]2003年在《金属小粒子的电子热容特性》文中研究说明考虑了金属小粒子电子数奇偶性、能级分离对电子热容的影响,采用随机矩阵理论对能级间距分别为等能级分布、泊松分布、正交系综分布、幺正系综分布、辛系综分布的情况,详细计算了金属小粒子的电子热容,并对其高低温特点作了简单分析.
姚勇[5]2005年在《超导纳米粒子热力学性质》文中认为1937年,Frohlich讨论了纳米粒子中的量子尺寸效应(QSE)。他将宏观样品中的Sommerfeld-Bloch自由电子模型直接用于纳米粒子,再对其电子热容值进行修正。1956年,久保提出自己的理论。久保理论是针对纳米粒子费米面附近电子能级状态分布而提出来的,认为低温下单个粒子的费米面附近电子能级看成等间隔的能级。1986年Halperin对这一理论进行了较全面归纳,并用这一理论对纳米粒子的量子尺寸效应进行了深入的分析。本文采用随机矩阵理论和静态路径近似, (1) 计算了超导纳米小粒子转变温区的电子热容。 (2) 分析磁场对纳米小粒子热容的影响。得到如下结论: (1) 纳米粒子含有的电子数奇偶性不同,与大块样品有本质的区别。对小尺寸粒子,BCS热容和大块样品((?)=0)一样在转变温度处存在突变,但不同的自旋情况下,突变值的大小不一样。低温时的热容变化规律与粒子所含电子数奇偶性有关。在转变温度以后都趋于正常粒子热容值。随着粒子尺寸的减小,在相变临界区域涨落越来越重要,等能级处理结果相对偏低,能级的分离效应很显着;电子数的奇偶效应在低温乃至相变区域都是重要的。 (2) 同样,在弱磁场中,在临界区域涨落效应很明显,且随做纳米粒子尺寸减小变得很重要,并影响了电子热容的值。温度很低时电子热容随磁场增大而增大,但温度增大至一定时,电子热容随磁场增大而减小。不同自旋对热容值也存在影响,自旋越大,热容越小。在GOE和GSE两系综中,GOE总是大于GSE的;
李凤[6]2005年在《超导金属小粒子的电子磁化率性质》文中研究指明本文考虑随机矩阵理论中高斯正交系综、高斯辛系综和高斯幺正系综所对应的电子能级分布和任意两个能级之间的关联,从约化BCS哈密顿量出发,采用配分函数的静态路径积分表示方法,计算了 (1) 常规超导金属纳米粒子正常-超导相变临界区域附近的磁化率,得到了量子效应、奇偶效应、小尺寸效应导致超导金属纳米粒子的磁化率偏离块状超导体的磁化率的性质曲线; (2) 强磁场中的超导金属纳米粒子相变区域附近的磁化率特性; 得到如下结论: (1) 超导金属小粒子所含的电子数奇偶性不同,其电子磁化率是不同的,这与大块金属有本质区别;低温极限时电子磁化率受能级分布的影响很大;而在高温时,有大量的电子参与能量配位,磁化率遵循大块金属的线性规律,能级分布的影响消失; (2) 对于超导金属小粒子,BCS磁化率和大块样品一样在转变温度处存在突变,但在不同的自旋或尺寸下,突变值的大小不一样。在低温时磁化率曲线与粒子的尺寸与自旋有密切关系;在转变温度以后都趋于正常粒子磁化率值; (3) 外加磁场对超导金属小粒子的磁化率的影响随着磁场的加强而逐渐显着; (4) 随着粒子尺寸的减小,在相变临界区域热力学涨落越来越重要;而电子数的奇偶效应在低温乃至相变区域都是重要的。
杨晓莉, 程南璞[7]2003年在《能级统计与金属小粒子电子比热的研究》文中研究说明利用随机矩阵理论,在能级间距分别为等能级分布、泊松分布、正交系综分布、幺正系综分布及辛系综分布的情况下,对含电子数为奇数和偶数的金属小粒子的电子比热进行了理论计算;并对其高低温特点作了讨论.
彭亚晶[8]2008年在《纳米金属Al复合含能材料激光光热过程研究》文中研究表明纳米金属复合含能材料作为一种新兴的能量体系具有高度可调的能量释放率等优点。目前的应用和研究表明:需要对纳米含能材料的反应动力学过程尽可能详细地了解以提高其综合性能。激光诱导纳米含能材料反应过程(如点火或烧蚀)的机理存在着两种基本的解释:一个是热点火;另一个是冲击压力点火,即激光感生冲击压力引发化学反应从而实现点火。这两种机制哪一个占主要地位,分别在什么情况下适用尚不清楚。针对这一背景问题,本文选取纳米金属铝复合硝化纤维含能材料(Al/NC)为研究对象,采用实验测量和数值模拟的方法研究Al-Al_2O_3纳米粒子的光吸收性质以及脉冲激光引发纳米含能材料的点火初期热反应动力学机制。对镶嵌在硝化纤维中的Al-Al_2O_3核壳纳米粒子的近红外和可见吸收光谱的实验测量和数值模拟表明:金属的带间跃迁起始频率是和尺寸相关的,这种尺寸相关性是由纳米粒子的小尺寸效应和表面效应导致电子结构的改变引起的,并且是吸收峰红移的主要原因。为了进一步探求带间跃迁起始频率与纳米粒子尺寸之间的关系,对其它几种尺寸的Al-Al_2O_3核壳纳米粒子的吸收光谱进行了测量和模拟。研究发现带间跃迁起始频率随纳米金属直径(25-100nm)的减小近似线性的减小。这种变化关系与最近文献报道的纳米粒子内压力随粒子直径的变化关系相接近。带间跃迁起始频率与尺寸关系的确立使金属介电函数的尺寸效应不再仅仅表现在自由电子阻尼系数上,电子的带间跃迁尺寸效应也可以被引入到金属的介电函数中,从而更有效的描述纳米粒子的光学性质。引入带间跃迁的尺寸关系研究了Al-Al_2O_3纳米粒子的核壳尺寸(包括氧化)、粒子的形状以及点火光波长对其光吸收性能的影响。一个反直觉的现象被发现:纳米金属粒子的氧化可以增强光吸收,但是这种增强性要依赖于点火光波长和初始时刻纳米粒子的核壳尺寸。在同体积条件下,椭球形纳米粒子因其表体比较大而具有比球形纳米粒子更强的光吸收性能,这表明用椭球形纳米粒子作为含能材料的添加剂可以减小点火时间;这些结果在纳米含能材料的激光点火和材料制备等应用方面具有重要的指导意义。给出镶嵌在介质中的纳米金属粒子吸收脉冲激光的瞬时功率密度的解析表达式,进而分别利用双温模型和Fourier定律计算短脉冲(1ps、10ps、100ps)和长脉冲(10ns、25ns)激光加热Al/NC薄膜的温度场分布。结果表明:当脉冲宽度大于或等于100ps时,Fourier热传输模型可以用来计算温度场分布;此时,需要考虑纳米金属Al粒子与周围NC介质之间的热量交换。当脉冲宽度小于100ps时,需要用双温模型求解温度场分布。以热分解机制为基础发展了热点模型数值模拟了100ps、10ns、25ns脉冲激光激发Al/NC纳米含能材料的热反应动力学过程。热点模型涉及纳米金属Al吸收脉冲激光能量,热量传播引发放热的化学反应以及其释放的能量反馈给热点。计算中,考虑了脉冲激光作用期间纳米Al粒子和周围NC介质之间的热交换和化学反应,金属Al核的消耗以及反应后原物质的改变。体系中发生化学反应的位置是时间、空间和温度的函数。Matlab有限差分数值方法用来求解体系的温度场分布。反应过程中体系内部的热量和化学反应的进展由不同时刻的叁维空间温度形貌图展示出来。计算的化学反应直径与实验结果相比较,表明了热分解机制主导着纳秒脉冲激光引发的反应过程,验证了实验上发展的Al/NC烧蚀阈值标准的正确性。然而对于100ps脉冲激发的过程,热分解不再重要,定性分析表明了冲击压力引发了此过程的化学反应。
周文英[9]2007年在《高导热绝缘高分子复合材料研究》文中进行了进一步梳理绝缘导热高分子材料对于高频微电子元器件散热，提高其精度、延长寿命具有愈来愈重要作用。本文以甲基乙烯基硅橡胶为基体，氧化铝和氮化铝无机粒子为主要导热填料制备出综合性能优良的导热弹性垫片。以叁类聚乙烯(线性低密度聚乙烯、高度聚乙烯、超高分子量聚乙烯)为基体，氮化硼、氮化硅为主要填料，制备出高热导率电绝缘复合塑料。借助于自行研制出的高分子复合材料热导率及热阻测试仪器，以及示差扫描量热法、傅立叶红外光谱、热失重分析、扫描电镜等现代分析手段详细研究了填料种类、含量、粒径、制备工艺等因素对复合材料热导率、热阻、电绝缘性、介电、力学性能、结构及其它性能影响。实验研究发现：1．绝缘导热硅橡胶研究(1)硅橡胶热导率及热阻随氧化铝、氮化铝用量增加而分别升高和降低，填料用量达临界值后，热导率增加迅速。氮化铝加速了硅橡胶硫化，氧化铝对硫化影响不明显，两种填料均明显提高了硅橡胶热稳定性，降低了体系热膨胀系数。随填料用量增加，硅橡胶体积电阻率、表面电阻率、介电性能及介电强度性能均有所下降，但仍然保持良好的电学性能；力学性能随填料增加而下降。(2)大粒子填料形成导热通路能力强于小粒子，形成更稳定导热通路；小粒子填料更有利于提高硅橡胶力学性能。不同粒径填料粒子按照适宜比例混合组成混杂填料，所得硅橡胶具有最高热导率。对于二元混杂粒径填料，小粒子体积用量占总用量的20～35％之间时体系的热导率、拉伸强度、介电常数、热膨胀系数均能达到最佳值。氧化镁晶须和导热粒子混杂填料填充硅橡胶热导率优于等量单一粒子填充效果，力学性能有改善。(3)适宜成型压力和时间减少了材料内部空隙率，提高材料致密度，改善热导率和电学性能。偶联剂降低了材料界面处缺陷和孔洞，抑制了界面处声子散射现象，增大声子平均自由程，提高了热导率。然而，偶联剂过量降低体系热导率。偶联剂增强了两相界面粘接，提高了硅橡胶力学强度。(4)以电子级玻璃布为增强体制备出具有高热导率、良好电绝缘性、形变性能及一定力学强度的弹性热界面材料，作为一类很重要的热界面材料，弹性热垫片对于低功率芯片散热具有重要作用。(5)填充硅橡胶热导率范围介于Maxwell模型上、下限预测范围内；填料粒子形状参数愈大，体系热导率愈高；导热粒子与橡胶基体间的热阻大小决定着填料对体系热导率的影响。基于组合数学观点，推导出一新型热导率方程，经验证，该模型具有一定的适用性(k=k_1k_2／((1-C)k_1+Ck_2)=k_1k_2／((1-V_f~(1／3))k_1+V_f~(1／3)k_2)。2．绝缘导热聚乙烯研究(1)氮化物粒子和聚乙烯颗粒经粉末混合后，由于范德华力及静电作用力导热粒子在聚乙烯表面周围形成了包覆层；复合粒子热压成型后，在体系内部形成了以聚乙烯颗粒为中心的导热粒子环绕的“核-壳”结构的无规网状导热通路。和熔融共混相比，粉末法在较低填料含量下形成导热通路，热导率高。(2) 30wt.％氮化硼和氮化硅填充时复合塑料热导率达1.68 W／(m·K)和1.52W／(m·K)，具有高的电绝缘性及低介电常数和介电损耗，但力学性能下降。随填料粒径下降，复合塑料热导率升高；随聚乙烯粒径增加，热导率升高。在氮化物填料粒子中加入少量氧化镁晶须或氧化铝短纤维，热导率增加缓慢，而力学性能提高明显。(3)适宜的成型压力和时间有助于提高热导率及电学性能。适量偶联剂提高了氮化物和聚乙烯颗粒间相容性，减少了体系内空隙，热导率升高，介电性能和力学强度和韧性得到改善。(4)导热粒子增强UHMWPE具有高热导率、一定力学强度、卓越的电学性能及高冲击性能。和普通聚乙烯相比复合UHMWPE具有优异的导热能力，是低温场合理想的电子封装及基板材料。(5)氮化物填料对聚乙烯熔融温度基本没有明显影响，但对其结晶度有影响。常规热导率模型低估粉末法制备的复合塑料热导率，以下两个方程适宜描述该类复合塑料热导率：logk=logk_p+(logk_(V_m)-logk_p)·(V_f／V_m)~N及k_c~a=(1-V_f)k_m~a+V_f·k_f~a。
彭小飞[10]2007年在《车用散热器中纳米流体高温传热基础问题研究》文中指出随着现代发动机功率密度的不断提高，传统冷却液已经逐渐不能满足冷却系统高负荷的散热要求，有必要开发新型高效传热的冷却液。纳米流体技术的出现，为车辆冷却系统和车用散热器的发展提供了新的思路，为工程强化传热领域带来了新的研究方向。本文研制了300余种纳米流体的配方，对其悬浮稳定性、导热系数、比热容、粘度等重要特性参数分别做了较为详尽的试验研究，并分析推导了相应的预测模型。从众多配方中筛选了具有高沸点、高导热系数的有机型纳米流体，并与常规冷却液进行了基于车用散热器的高温小温差传热对比试验，验证了纳米流体在车用散热器中高温小温差传热的可行性和有效性。通过静置观察和TEM电镜观察研究了纳米流体的悬浮稳定性，试验表明，纳米粒子、基础液体、分散剂特性及超声振动等都关系着纳米流体的悬浮稳定性，普遍规律是粒子浓度低、粒径小、密度小、基础液体粘度大的纳米流体悬浮稳定性相对较好。采用自行设计的瞬态热线法装置测试了纳米流体的导热系数，结果显示纳米流体相对基础液体导热系数的增加率随着粒子体积份额的增加、粒径的减小和悬浮稳定性的优化而增加；分析了纳米流体导热增强机理，考虑了纳米粒子的小尺寸效应、纳米粒子的聚集、固液微界面和微对流，在H-C模型的基础上提出了低浓度纳米流体的导热系数修正预测模型。采用自行设计的比较量热法装置测试了纳米流体的比热容，结果显示纳米流体比热容比基础液体小，纳米粒子的体积份额越大则纳米流体比热容越小；分析了纳米流体比热容的增量来源于纳米粒子的小尺寸效应，推导了适合低浓度纳米流体比热容的预测模型。采用旋转粘度计测试了纳米流体的动力粘度，揭示了粘度与温度、粒子体积份额及悬浮稳定性之间的关系；在Einstein混合物粘度公式的基础上考虑了粒子聚集的影响，推导了低浓度纳米流体粘度预测公式。纳米流体的传热强化机制有静态机制和动态机制两个方面。静态机制来自于纳米流体导热性能的优化，动态机制来自于纳米流体系统中粒子的布朗运动引起的热扩散和碰撞作用，粒子之间、粒子与壁面之间在碰撞中产生能量损失，引起能量的迁移，是纳米流体传热能力增强的重要因素。将纳米流体应用到某型号的车用机油冷却器中，基于标准k-ε模型并采用以上理论分析，采用Fluent软件的数值模拟结果发现，在散热器传热中纳米流体较其基础液体换热量更大，内部湍动更强，温度分布更均匀。开发了具有高精度的纳米流体传热性能测试系统，以典型板翅式车用机油冷却器为传热对象，在水和防冻液在低温大温差(冷却液90℃，机油120℃)和Al_2O_3-PG90纳米流体及其基础液体在高温小温差(冷却液120℃、机油135℃)的工况下，测试了各种冷却液的传热性能及阻力性能。结果表明体积份额在5.0％以上的纳米流体能满足机油冷却器的传热需要，纳米流体具有比水、防冻液及基础液体更高的换热系数，且体积份额越大其传热系数增幅越大；并拥有比水和防冻液有更高的沸点温度和工作温度；纳米流体在散热器中的流动在Re＜1000时就已经达到紊流状态，纳米流体具有基础液体显示出更强的传热性能。纳米流体的传热系数相对基液的增幅比导热系数相对基液的增幅大，说明关于纳米流体传热机制的分析是正确的。纳米流体的传热性能较常规冷却介质有大幅提高，本文所使用的高沸点、高导热系数的有机型纳米流体，在车辆冷却系统中能形成较大的冷热流体(冷流体为环境空气)温差，有利于提高整个冷却系统的散热效率；并且由于基础液体是有机型的，预计具有较好的防腐、防冻和环保的功能，对车辆冷却系统具有重要意义，有利于开发新型的车用冷却液产品。本文的研究工作对新型高紧凑、高效率的散热器及高效、高沸点冷却介质的设计有指导性的作用，可以预计纳米流体在工程传热领域将有广阔的应用前景。
参考文献：
[1]. 磁场下的金属纳米粒子电子热容性质[D]. 何健. 西南大学. 2006
[2]. 金属小粒子的电子热容性质[D]. 施振刚. 西南师范大学. 2004
[3]. 金属小粒子磁场下的电子热容特性[J]. 何健, 屠刚, 姚勇, 施振刚. 西南师范大学学报(自然科学版). 2005
[4]. 金属小粒子的电子热容特性[J]. 施振刚, 程南璞, 陈志谦. 西南师范大学学报(自然科学版). 2003
[5]. 超导纳米粒子热力学性质[D]. 姚勇. 西南师范大学. 2005
[6]. 超导金属小粒子的电子磁化率性质[D]. 李凤. 西南师范大学. 2005
[7]. 能级统计与金属小粒子电子比热的研究[J]. 杨晓莉, 程南璞. 四川大学学报(自然科学版). 2003
[8]. 纳米金属Al复合含能材料激光光热过程研究[D]. 彭亚晶. 哈尔滨工业大学. 2008
[9]. 高导热绝缘高分子复合材料研究[D]. 周文英. 西北工业大学. 2007
[10]. 车用散热器中纳米流体高温传热基础问题研究[D]. 彭小飞. 浙江大学. 2007
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