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    鎧裝熱電阻的電和熱傳導性的可逆溫度調節

    來源:www.jz82524.com作者:發表時間:2016-11-04

            鎧裝熱電阻的電和熱傳導性的可逆溫度調節對于許多應用是感興趣的,包括建筑物溫度,熱存儲和傳感器的季節調節。在這里,我們介紹一個一般的策略,以實現使用一級相變在電氣和熱導電性大的對比度在滲透復合鎧裝熱電阻。在相變期間產生的內部應力調制電接觸和熱接觸電阻,導致在相變溫度下的電和熱導率中的大的對比度。對于石墨/十六烷懸浮液,電導率變化2個數量級,并且在18℃附近熱導率變化高達3.2倍。該方法的一般性也在其他鎧裝熱電阻例如石墨/水和碳納米管/十六烷懸浮液中得到證實。

            鎧裝熱電阻的電和熱導電性的可逆溫度調諧對于許多應用是令人感興趣的,諸如建筑物溫度的季節性調節,熱存儲,感測等。雖然電導率可以通過使用金屬 - 絕緣體轉變1-4的溫度來調節,但是熱性質的溫度調節要困難得多,因為熱性質通過固態相變幾乎不變。特別地,能夠接近室溫調節電導率和熱導率的鎧裝熱電阻可證明對于新應用是有用的。

            液 - 固相轉變可以是用于電和/或熱性質的溫度調節的有吸引力的路線,因為具有寬范圍的相轉變溫度的鎧裝熱電阻的可用性。由于液 - 固相轉變通常不引起金屬 - 絕緣體轉變,可以將納米顆粒加入到液體中以控制液態和固態之間的性質對比。特別地,在裝載有納米顆粒的晶體形成液體中,在冷凍時顆粒被擠向晶界。冷凍期間產生的內應力調節顆粒之間的接觸,增加復合鎧裝熱電阻的電和/或熱導電性。相變溫度下的電和/或熱導電性的變化可以通過調節顆粒的濃度進一步優化。通過組合這些效果,可以實現在窄的室溫范圍內表現出電導率和熱導率的大變化的新型復合鎧裝熱電阻。

            在本文中,我們演示此一階相變策略來調節電氣和熱性能。使用石墨/十六烷懸浮液作為實例,我們實現電導率的2階量值變化和在18℃附近的熱導率的三倍變化。該方法的一般性也在其他鎧裝熱電阻例如石墨/水和碳納米管/十六烷懸浮液中得到證實。通過選擇具有正確的相變溫度的主體流體,可以容易地調節這種溫度響應性復合鎧裝熱電阻的臨界溫度以用于特定應用。

    結果
            樣品制備。我們使用十六烷/石墨懸浮液作為例子。十六烷的相轉變溫度為18℃左右,便于實驗。薄片化石墨薄片由于其高的面內強度和高的導電性和導熱性而廣泛應用于復合鎧裝熱電阻。我們采用硫酸插層,微波膨脹和超聲波分散的工藝制備石墨懸浮液9-11。在這些過程之后,天然石墨被剝落成石墨薄片,然后將其與十六烷混合以形成穩定的懸浮液。

            懸掛特性。圖1a顯示了0.2%(體積分數)石墨/十六烷懸浮液的光學顯微鏡圖像,以及在擱架上3個月后顯示50ml這種懸浮液的照片的插圖。石墨懸浮液是穩定的,沒有發現沉積物。石墨薄片的平均直徑為幾微米,厚度為幾納米至幾十納米(圖1b)。由于制備過程中產生的固有應力,大多數石墨薄片是彎曲的,其中一些甚至卷起(圖1c)。所選薄片的高分辨率透射電子顯微鏡圖像(圖1c中的插圖)顯示,薄片具有?30個原子層,晶面距離為0.335nm,與石墨7一致。我們測量十六烷中石墨薄片的遷移率為?0.03cm 2 V -1 s -1,這意味著石墨薄片以十六烷充電。

            X射線光子光譜(XPS)分析表明,石墨薄片的表面含有約8%的氧原子(圖1d),其由石墨表面上的羥基,環氧化物和羧基貢獻。這些官能團可能在石墨懸浮液的穩定性中具有重要作用12,13。

            使用光學顯微鏡對相轉變期間稀釋的石墨/十六烷懸浮液(0.05%石墨/十六烷)的微觀結構進行成像。在液相中,石墨薄片彼此吸引形成石墨簇(圖1e)。在冷凍期間,石墨薄片通過針狀十六烷晶體的各向異性生長被推向晶界,產生三維滲濾網絡(圖1f)。在冷凍的十六烷重熔后,石墨滲透網絡保持,而僅觀察到少量分離的懸浮石墨片(圖1g)。因此,凍結導致石墨濃度的局部增強,這將進一步影響石墨懸浮液的輸送性質。

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