摘要 温度对锂离子电池的性能、寿命和安全性有至关重要的影响。因此,了解单个电池单元和电池组内的热量产生和耗散对于制定适当的热管理策略至关重要。关键挑战之一是电池单元的界面传热难以量化。采用稳态绝对法和瞬态激光闪光扩散率法分别测量电池层堆栈和单个电池层的热导率。结果表明,闪光扩散率法在横向和平面内方向均具有更高的热导率。差异主要是由界面热阻引起的,因此可以通过稳态和瞬态测量来估算。为了研究界面热传输对单个电池级别以外的影响,使用了多物理场电池模型。该模型建立在电池组的多尺度多领域建模框架之上,该框架考虑了多种物理现象之间的相互作用。通过数值实验量化了使用热管理材料的电池模块的好处。在热失控事件中,发现界面热阻可以通过显著减少电池之间的热传递来缓解电池模块中的热失控。关键词:锂离子电池、热管理、界面热阻、多物理场建模术语 T 温度 k 热导率 α 热扩散率 ρ 密度 C p 热容量 li 厚度
在过去的十年中,拉曼光谱已被证明是一种强大的光谱方法,有助于了解纳米级复杂而迷人的能量传输世界。人们开发了各种基于拉曼的方法来测量二维材料和其他纳米级结构的热性能。光热拉曼法常用于确定原子级薄材料(如石墨烯和过渡金属二硫属化合物 (TMD))的界面热阻 (R ″ tc ) 和热导率 (k)。[1–4] 该技术同时使用激光加热样品和拉曼信号表征。温度相关的拉曼信号和 3D 热传导模型用于提取热性能测量值。通过焦耳加热的拉曼测温法同样可以探测界面能量传输和热导率;通过用激光加热代替电流加热源,可以使用物理建模和温度相关的拉曼信号来确定 R ″ tc 。 [5,6] 最近,人们设计了另一种综合光热拉曼方法,使用连续波和脉冲激光来测量二维材料的热性能。[7] 该方法通过比较一系列激光光斑尺寸和脉冲持续时间的不同拉曼温度响应来测量单层和多层石墨烯的 k。此外,双激光拉曼测温法和双波长闪光拉曼映射法分别用于测量二维材料和纳米线的热导率。[8,9]
摘要:本文回顾了激光光热幻影技术在传感和测量现代电子设备中接头层热阻方面的最新应用。本文介绍了一种基于在连接固体之间形成薄中间层的界面热阻的简单理论模型。实验表明,焊料层的热性能不能简单地基于焊料成分热性能的平均值来评估。本文介绍了一种用于测量焊接和胶接接头热参数的激光热波方法。所开发的理论模型通过将理论结果与激光束偏转法获得的实验数据进行拟合,可以定量估计接头的局部热导率及其热阻。研究了含铅和无铅焊料制成的接头。焊料层热性能的异常分布可以用能量色散 X 射线光谱检测到的各种原子的扩散来解释。激光束偏转法可以揭示表面预处理质量对界面热阻的强烈影响。
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。
提高 ITC 的传统策略是 (i) 用热界面材料填充两个接触表面之间的间隙,23 (ii) 提高界面的耦合强度,或 (iii) 增加共价键的密度。24 据报道,使用键合有机纳米分子单层可以使铜和二氧化硅之间的 ITC 增加四倍,这可以提供与金属和电介质材料的强键合相互作用。25 据报道,在金和无定形聚乙烯系统中,通过分子桥也可以类似地增加 ITC。26 然而,即使对于通过强共价键连接的两个理想的光滑界面,由于两种不同材料之间的晶格常数和固有声子性质差异很大,界面热阻仍然存在。27,28 人们已经付出了很多努力来提高具有强共价键的界面的 ITC。例如,Tian 等人。发现原子混合引起的界面粗糙度可以提高声子传输系数和 ITC。29 此外,虽然点缺陷降低了纳米材料的热导率,但它
纳米级界面能量耦合的重要性日益凸显,这与微纳电子学的快速发展相一致。纳米级界面热阻 (ITR) 受温度影响很大,但由于纳米级表征的极端挑战,迄今为止人们对其了解甚少。这项工作报告了一项开创性的高水平研究,研究了温度如何影响横向尺寸 < 8 纳米的单壁碳纳米管 (SWCNT)-SiO 2 界面的 ITR。从 297 到 77 K,ITR 从 530 增加到 725 到 (1.56 – 1.74) × 10 4 K ⋅ m ⋅ W − 1。报道的室温下 ITR 与 SWCNT/SiO 2 界面的数据一致。将 ITR 随温度的变化与基于声子漫射失配模型 (DMM) 的预测进行了比较。然而,在线性色散的德拜近似下,DMM 低估了 ITR,因此观察到了很好的定性一致性。我们对温度的 ITR 依赖性采取 T − n 的形式,其中对于样品的两个不同位置,n 分别为 2.4 和 2.56。这种观察结果类似于远低于德拜温度时比热对温度的依赖性。我们引入了一个称为有效界面能量传输速度 (vi,eff) 的概念,试图排除比热在 ITR 温度依赖性中的作用,以揭示温度对界面能量耦合的固有影响。非常有趣的是,对于报告的各种界面,vi,eff 在很宽的温度范围内变化很小。预计在未来的研究工作中将进一步探索和完善这一概念。
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,