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雷竞技官网冯妍卉教授团队在固体纳米材料热性能研究方面取得阶段性进展

单位(作者):能源与环境工程学院雷竞技官网 | 来源: | 更新时间:2020-03-31 | 点击数:

近日,北京科技大学冯妍卉教授团队在物理学顶级刊物Physics Reports-Review Section of Physics Letters上发表题为“A review of recent advances in thermophysical properties at the nanoscale: From solid state to colloids”的长篇综述,总结了数据驱动在纳米材料热性能研究中的应用,讨论了现阶段研究中存在的挑战和不足,并提出了未来的研究热点和方向。

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论文的第一部分主要介绍了固体纳米材料热物性能的最新研究进展,包括热导率、比热容和热扩散系数的理论和实验研究,其中重点介绍了理论模型的发展过程,目前存在且被广泛应用的测量技术以及影响热物性的主要因素分析。当前,热导率测量技术主要包括T型法,3ω法,T-3ω法,热桥法,激光拉曼光谱法以及时域热反射法,而影响热导率的主要因素是晶粒尺寸,晶界,界面,掺杂及缺陷等。对于比热容的研究,论文分别介绍了杜龙-珀蒂定律(Dulong-Petit Law),Einstein模型和Debye模型的适用条件及基本原理,其测量技术包括3ω法及交流热量法,影响其性能的因素主要为晶界,温度等参数。纳米材料热扩散系数的测量主要采用激光闪光法,激光拉曼闪光法,红外热像仪,瞬态电热发,光热阻法等。

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文章第二部分主要介绍了胶态的纳米流体热物性的最新研究进展,包括各种数学模型(从经典到先进模型)的发展过程、实验测量技术、理论与实验以及影响纳米流体热导率、比热容、密度、动力粘度和传热速率的主要因素。其中纳米流体热导率的经典模型包括适用于球形纳米颗粒的Maxwell模型,考虑纳米颗粒形状的Hamilton模型,适用于高体积分数纳米颗粒的Bruggeman模型,考虑了纳米层的Yu-Choi模型以及考虑了布朗运动的Xuan模型和Koo-Kleinstrener模型等。而纳米流体热导率的测量技术主要包括瞬态热线法,激光闪光法,3ω法,稳态平板法,瞬态平面热源法。此外,颗粒形状尺寸,颗粒体积分数,团聚,温度,PH值以及超声处理等因素对纳米流体的热导率及粘度皆产生不可忽视的影响。毛细管粘度计,同心轴粘度计以及锥形板粘度计则广泛地应用于粘度的测量实验中。

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最后,文章总结了数据驱动在纳米材料热性能研究中的应用,并简要讨论了现阶段研究中存在的挑战和不足,如纳米材料的制备技术与成本问题,纳米流体的团聚问题,界面热阻严重阻碍超高导热复合材料的合成等等,并提出了未来的研究热点和方向。

据悉,《Physics Reports》是物理科学界久负盛名、最具影响力的国际综述性期刊之一。该刊只邀请知名学者撰写前沿领域综述,对相关领域的发展具有重要的引领和指导作用。该综述论文的第一作者为雷竞技官网邱琳副教授,通讯作者为雷竞技官网冯妍卉教授和西安交通大学的Omid Mahian教授,美国弗吉尼亚大学Pamela M. Norris教授、德克萨斯基督教大学Efstathios E. Michaelides教授、波兰热舒夫技术大学Gaweł Żyła教授、英国伦敦帝国理工学院Christos N. Markides教授等多位学者也共同参与其中。该论文是《Physics Reports》 自1971年创刊以来,以中国大陆科研机构为第一单位发表的第六十五篇论文,工程热物理学科领域发表的第八篇论文,也是北京市科研机构在工程热物理学科领域发表的第二篇论文。

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(图片:能环学院)

(责编:杜嘉庆、邢华超)