聚乙烯/碳材料复合材料的制备及导热性能研究(2)
3.1XRD21
3.2扫描电镜..22
3.2.1原料扫描电镜形貌..22
3.2.2扫描电镜形貌..22
3.3导热性能分析..23
3.3.1样品尺寸大小...23
3.3.2薄膜固体导热性能..25
3.3.3块状固体导热性能...26
3.4导热模型计算..31
3.4.1导热模型的选择...31
3.4.2导热模型计算...31
4结论..33
致谢..34
参考文献..35
1 绪论
1.1 研究的背景制备聚合物材料与碳材料的复合材料实际上就是良好导热材料的制备与研究，导热材料广泛应用于换热工程、采暖工程、电子电器工业等领域。换热器是将热流体的部分热量传递给冷流体， 使流体温度达到工艺流程规定的指标的热量交换设备，又称热交换器。换热器作为传热设备，被广泛用于锅炉暖通、游泳池水温调节等方面，随着节能技术的飞速发展，换热器的种类越来越多。据统计, 在现代化学工业中换热器的投资大约占设备总投资的30%，在炼油厂中占全部工艺设备的40% 左右，海水淡化工艺装置则几乎全部是由换热器组成的。对国外换热器市场的调查表明，换热器已进入一个新的研究时期，管体或板式换热器材料的力学性能、换热效率、抗振与防垢效果从理论研究到结构设计再到材料等方面也均有了新的进步。[1]换热器使用的就是导热材料，就换热器而言，换热器是将热流体的部分热量传递给冷流体的设备。 常见的或者传统的导热材料或换热器使用多为导热性能较好的金属材料[2]，从另一方面来说，材料与其他物质会发生化学反应，尤其是金属材料， 用金属材料所制的换热器可以起到良好的导热作用， 而其耐腐蚀性能差、易结垢、体积大和重量大等缺点严重影响了换热器的发展，随着工业及环保概念的不断发展和进步，对导热材料的研究和要求也在不断的提高。
1.2 研究的目的及意义普通传统的换热器用的是金属导热材料， 课题设想的是用其他材料代替金属材料，起到更好的性能。在本次课题中，选择由高分子材料代替金属材料，因为高分子材料具有耐腐蚀、重量小、力学性能好等优点，但是高分子材料最致命的缺点就是它的导热系数很低。提高高分子聚合物的导热性能有几种途径， 本次课题中运用的是导热系数大的材料与高分子聚合物复合，经过适当的工艺处理和复合途径，可以进一步的应用于生活和工业中。
1.3 物质的传热机理物质的导热本身或机理与组成物质的微观粒子的运动密切关联
。1.3.1 传热的基本类型物质内部传导热能的载体主要有分子、电子、声子和光子。对应导热过程分别为分子导热、电子导热和光子导热机理来描述[3]。1
.3.2 传热的基本规律表征物质内部导热能力的大小一般用热导率表示， 它表示在单位时间及单位导热距离单位温度变化时，单位面积所通过的热量。（1）金属材料导热金属材料的导热性能在通常情况下最好，因为金属中有大量自由电子，电子质量轻且不受束缚，自由电子不断地运动，所以能够很快地实现热量的传递。金属材料导热的主要机理就是电子间的相互作用或碰撞。 在另一方面， 金属是晶体，晶体的晶格和点阵振动也是导热的一方面，即声子的导热机理。而对纯金属材料来说，电子导热比声子导热的影响更大。[4]（2）无机非金属材料导热在无机非金属材料中，例如一般的离子晶体，其晶格中的自由电子很少，所以晶格振动是无机非金属材料导热的主要机理。假设晶格中某一质点处于较高的温度下，它的热振动较强烈，平均振幅也较大，而其邻近质点处于温度较低，热振动较弱。由于质点间存在相互作用力，振动较弱的质点在振动较强的质点影响下，振动加剧，热运动能量增加。这样热量就产生了转移和传递，使整个晶体中热量从温度较高处传向温度较低处，产生热传导现象。简言之，非金属晶体热量是晶格振动的格波来传递的。[5]如果把晶格热振动看成是严格的线性振动， 则晶格上各质点是按各自的频率独立的作简谐振动。也就是说，格波间没有相互作用，各种频率的声子间不想干扰，没有声子与声子碰撞，没有能量转移，声子在晶格中是畅通无阻的，主要热量是以声子的速度在晶体中得到传递。实际上，在很多晶体中热量传递很迟缓，这是因为晶格热振动不一定是线性的，晶格间有着一定的耦合作用，声子间会产生碰撞， 是声子的平均自由程减小。 格波间相互作用越强， 声子间碰撞几率越大，相应的平均自由程越小，热导率也越低。因此，这种声子间碰撞引起的散射是晶格中热阻的主要来源。
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