随着 5G、人工智能、物联网等技术的快速发展,微电子设备的工作温度不断升高,对导热和电绝缘材料的需求显著增加[1-4]。这主要是因为微电子设备运行时芯片产生的热量由于一层热界面材料(TIM)而不能迅速传递到冷却设备。TIM 的主要作用是填充微电子设备与散热器翅片之间的缝隙,从而降低界面热阻[5]。环氧树脂或硅橡胶等聚合物因具有优异的黏附性、热稳定性和电绝缘性,常用作 TIM[6,7]。然而,它们的 TC 值较低(低于 0.3 W/m·K),不能满足微电子设备的需求。因此,迫切需要具有优异平面热导率的TIM,它能及时将热量传递至散热片,进而将热量传输到设备外部。通过加入陶瓷填料,如AlN[8-10]、Al2O3[11-13]、Si3N4[14]和BN[15,16],复合策略被认为是提高热导率的最有效方法。特别是对于具有与石墨类似的层状结构的BN,由于其优异的热导率(平面方向约600W/m·K)和宽的带隙[17-20],它引起了人们的极大兴趣。因此,将BN加入到聚合物中对提高热导率具有重要意义。然而,通过传统共混方法制备的BN基复合材料的平面热导率远低于平面取向的。在这方面,已经开发出一些策略来增强聚合物复合材料的平面导热性。一种策略是构建三维网络骨架。在这种结构中,
热电材料通过Seebeck效果提供了一种简单的解决方案,可从各种热源进行直接热能电源。在全球范围内,目前约有2/3的主要能量被浪费为热量。[1]因此,存在着很大的作用,可以提高许多发电和工业过程的能源效率。当前的热材料远离理论效率极限远。正在进行的正在进行的研究工作,以提高效率并在废热收集中实现更广泛的应用。[2–4]为此目的探索的一类材料是有机半导体(OSC)。热电材料的效率取决于功绩ZT = S2σT /(κE +κpH)的无量纲图,其中S [V K –1]表示Seebeck系数; σ[S M –1],电导率; κE和κpH [W M –1 K –1],电子和
近年来,热电效应引起了材料科学、固体物理和化学领域的广泛关注。实际上,固态热电转换为能量收集和冷却提供了一种有前途的解决方案[1]。此外,研究热电现象对于理解固体材料中准粒子的基本传输行为也很重要[2]。材料的热电效率用性能系数zT=S2T/ρκ来衡量,其中S、T、ρ和κ分别是热电势、绝对温度、电阻率和热导率。S2/ρ称为热电功率因数。虽然表达式很简单,但获得高zT是一项具有挑战性的任务,因为这些传输参数是相互关联的。作为一项艰巨的任务,我们需要计算材料的热电效率,以确定材料的热电效率。
A 表面 (m2) A 翅片横截面积 (m2) A 1 圆柱体内表面 (m2) A 1 与冷却空气接触的框架壳体表面 (m2) AF in 翅片表面 (m2) A f 框架壳体有效面积 (m2) 热容 (W x sl°C) C p 恒压比热容 (JIK11°C) 外径 (m) 标量因子 热导纳 (WI°C) [G] 导纳矩阵 对流传热系数 (w/ocm2) h f 框架薄膜系数 (WI°Cm2) 长度 (in) hFi „ 翅片薄膜系数 (W/°Cm2) H Fi„ 散热片轴向长度 (m) 电流 (A) k a 层压轴向热导率 (WI°Cm) k r 层压径向热导率 (WI°Cm) k e 表观热导率 (WI°Cm) k i 热导率槽绝缘的导热系数 (WI°Cm) k 翅片 翅片的热导率 (WI°Cm) k 空气 空气的热导率 (WI°Cm) l g 气隙长度 (m) N pr 普朗特数 A r u 努塞尔特数
晶格热导率(κL)是晶体固体的一个重要特性,对热管理、能量转换和热障涂层具有重要意义。基于密度泛函理论(DFT)的计算工具的进步使得能够有效利用基于声子准粒子的方法来揭示各种晶体系统的潜在物理原理。虽然高阶非谐性通常用于解释晶体中的异常传热行为,但DFT中的交换关联(XC)函数对描述非谐性的影响却在很大程度上被忽视了。XC 函数对于确定 DFT 描述固体和分子中电子/离子之间相互作用的准确性至关重要。然而,固体物理中大多数XC泛函主要侧重于计算只需要原子偏离平衡态很小位移(在谐波近似内)的性质,如谐波声子和弹性常数,而非谐性则涉及较大的原子位移。因此,对于XC泛函来说,在非谐性水平上准确描述原子相互作用更具挑战性。本研究采用多种XC泛函,如局部密度近似(LDA)、Perdew-Burke-Ernzerhof(PBE)、固体和表面的修正PBE(PBEsol)、优化的B86b泛函(optB86b)、修正的Tao-Perdew-Staroverov-Scuseria(revTPSS)、强约束和适当范数泛函(SCAN)、正则化SCAN(rSCAN)和正则化恢复SCAN(r2SCAN)以及不同的扰动阶数,包括谐波近似内的声子(HA)加三声子散射(HA+3ph)、用自洽声子理论计算的声子(SCPH)加三声子散射(SCPH+3ph)、SCPH声子加三声子和四声子散射,系统地研究了16种具有岩盐和闪锌矿结构的二元化合物的室温κL。 (SCPH+3,4ph)。结果表明,XC 函数与扰动阶表现出强纠缠,计算出的 κ L 的平均相对绝对误差 (MRAE) 受 XC 函数和扰动阶的强烈影响,导致误差抵消或放大。在 HA+3ph 级别的 revTPSS (rSCAN)、在 SCPH+3ph 级别的 SCAN (r 2 SCAN) 和在 SCPH+3,4ph 级别的 PBEsol (rSCAN) 中实现了最小 (最大) MRAE。在这些函数中,PBEsol 在最高扰动阶下表现出最高的精度。SCAN 相关函数表现出中等精度,但存在数值不稳定性且计算成本高的问题。此外,所有 XC 函数都识别出了四次非谐性对岩盐和闪锌矿结构中 κ L 的不同影响,这归因于这两种结构中不同的晶格非谐性。这些发现对于选择合适的泛函来描述非谐声子提供了有价值的参考,并为高阶力常数计算提供了见解,有助于开发更精确的固体材料XC泛函。
CVS-Se 32 和 CVS-Se 30 S 2 的 (κ l )。(c) Cu 基复合晶体中 κ l 随晶胞体积 (V c ) 的变化
我们展示了如何同时控制 ZnO 薄膜的电和热传输特性,该薄膜是通过原型原子层沉积 (ALD) 工艺从二乙基锌 (DEZ) 和水前体制备的。关键的 ALD 工艺参数是在 DEZ 前体脉冲之后施加的 N 2 吹扫时间。我们利用 X 射线反射率测量来表征薄膜的生长特性,利用光致发光光谱来表征结构缺陷,利用电传输测量来表征载流子密度、电阻率和塞贝克系数,利用时域热反射测量来表征热导率。光致发光光谱数据表明,延长吹扫时间会产生结构缺陷,从而增加电子载流子密度;这可以解释薄膜电导率增强的原因。同时,缺陷可能会阻碍薄膜中的热传输。因此,实现电导率的同时增加和热导率的降低对热电学至关重要。此外,在光学和微电子领域中,人们非常希望对半导体 ZnO 薄膜的本征电传输特性进行简单的控制。
单条聚合物链的热导率是合理设计聚合物基热管理材料的重要因素,而链的应变状态对其影响很大。在本研究中,利用非平衡分子动力学模拟,计算了代表典型聚合物链的单条聚乙烯链的热导率与应变的关系。为了研究不同共价键模型的影响,分别比较了反应性和非反应性势模型(AIREBO 和 NERD 势)的结果。当应变 ε 小到 ε < − 0.03 时,即在轻微压缩下,无论采用哪种势模型,热导率值都相似,且随应变的增加而增加。然而,当应变较大(最高 ε < 0.15)时,这两种势模型表现出截然不同的行为:由非反应性势计算的热导率随应变的增加而不断增长,而由反应性势模型计算的热导率则达到饱和。内部应力和振动态密度的分析表明,饱和行为是由于 C-C 键伸长时共价键力减弱所致,因此反应模型的结果可能更为真实。然而,当 ε > 0.1 时,由于开关函数的影响,反应势也产生了非物理结果,描述了共价键的形成和断裂。目前的结果表明,在研究拉伸应变下的聚合物性能时,必须仔细选择势模型和变形范围。© 2022 作者。除非另有说明,否则所有文章内容均根据知识共享署名 (CC BY) 许可证获得许可 (http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/)。https://doi.org/10.1063/5.0095975
PCM 在潜热存储应用中的主要问题之一是提高热导率。已经进行了一些理论和实践研究来检查各种潜热存储系统的传热过程 [30]。目前,提高 PCM 热导率的主要方法是添加高热导率基质和化学改性添加剂的表面。这些包括表面和接枝功能团改性,以及添加多孔三维 (3D)、二维 (2D)、一维 (1D) 和零维 (0D) 结构添加剂。虽然改性和接枝功能团可以增加材料相容性并降低界面热阻,但改性的成功率较低且操作更复杂。加入导热基质可以形成导热链,从而减少声子散射并加快热量传输。另一方面,较高的添加剂质量含量将大大限制 PCM 的储热能力。因此,在选择提高 PCM 热导率的技术时,应考虑适当的添加量和实验条件。
通过定向冰模板法制备了基于具有各向异性结构的纤维素纳米晶体 (CNC) 和多壁碳纳米管 (MWCNT) 的轻质且机械强度高的混合泡沫。各向异性混合 CNC-MWCNT 泡沫表现出高度各向异性的热导率和方向相关的电磁干扰 (EMI) 屏蔽性,对于含有 22 wt% MWCNT 的混合泡沫,在 8 到 12 GHz 之间最大的 EMI 屏蔽效率 (EMI-SE) 为 41–48 dB。EMI-SE 主要由吸收 (SE A ) 决定,这对于微波吸收器应用非常重要。低径向热导率的建模强调了声子散射在异质 CNC-MWCNT 界面处的重要性,而轴向热导率主要由沿取向的棒状颗粒的固体传导决定。轻质 CNC-MWCNT 泡沫结合了各向异性热导率和 EMI 屏蔽效率,这种特性十分独特,可用于定向热传输和 EMI 屏蔽。