《高導熱/絕熱介孔異質複合體及其熱物理效應》是依託北京科技大學，由張欣欣擔任項目負責人的重點項目。
基本介紹
- 中文名：高導熱/絕熱介孔異質複合體及其熱物理效應
- 依託單位：北京科技大學
- 項目負責人：張欣欣
- 項目類別：重點項目
項目摘要,結題摘要,
項目摘要
本項目以獲得具有高導熱/絕熱特性的納米複合體材料為目標，通過超分子組裝等多種手段，製備由介孔基材與異質納米顆粒/團簇組裝而成的介孔複合體，探討其微細特性的表征與調控方法。基於複合體微細結構及其異相/異質界面特性的實驗探測，提煉納米尺度和孔隙尺度下材料傳遞現象的物理機制，揭示限域空間非均質、各向異性和異相/異質界面耦合對材料內部能量輸運的影響，修正或重建此類異相/異質結構中能量傳遞的本構關係，探究誘發界面能量傳遞的關鍵因素和影響規律。測試分析介孔異質複合體材料巨觀熱性能與納米尺度及孔隙尺度下輸運模型的尺度關聯，形成考慮異相/異質界面影響的介孔複合體材料熱特性表征、設計和預測研究體系，為高導熱/絕熱材料的研發提供理論基礎和實驗數據。項目意義在於引領一類具有極限傳熱/絕熱性能納米多孔材料的研製，為建立此類材料設計、製備和性能評估的科學體系提供必要的鋪墊和探索。
結題摘要
圍繞介孔異質複合體的製備與表征、熱物理效應分析與測試、材料熱設計的構效關係開展系統的研究。 材料設計與製備方面：成功合成金屬及其氧化物、聚合物等填充的有序介孔二氧化矽基異質複合材料，引入並拓展兩溶劑製備體系。提出超聲浸漬法合成高負載量和高分散性複合材料以及陽極氧化鋁為模板製備聚苯乙烯納米線陣列的新方法。設計構築填充無機鹽的膨脹石墨基和硅藻土基多孔複合材料以及纖維複合氣凝膠等材料，實現一步法製備，提高材料機械性能。合成一系列特殊形貌的具有多孔結構的複合材料。 傳熱機理與熱性能方面：微觀重構有序孔道結構和無規則連續網路多孔結構，針對有序介孔二氧化矽、氧化鋁，無序多孔二氧化矽氣凝膠，建立多孔基材熱導率計算模型。考察納米顆粒、線、團簇等典型納米填充基元的低維效應，以及邊界、晶界散射和近場輻射等微尺度效應。建立複合微/納米結構表征單元體內異質耦合熱傳遞現象的數理描述，提煉複合結構有效熱導率的表達式。實驗測量和模型預測納米顆粒壓片/堆積的巨觀傳熱特性及多尺度耦合效應。 研究表明：高孔隙率二氧化矽是優良的絕熱材料。控制納米顆粒堆積孔隙率可進一步降低介孔板材的巨觀熱導率；當納米顆粒、孔內氣體的熱導率對巨觀熱導率貢獻基本相當時，所對應的堆積孔隙率是獲得絕熱材料的最佳孔隙率。孔道內高填充率組裝納米基元，可有效提高複合材料的熱導率，但非真空條件下受限於孔道內氣體的不良導熱，目前介孔複合材料難以實現超級導熱。硬矽鈣石型矽酸鈣與二氧化矽氣凝膠複合，可大幅度降低複合材料在高溫下的熱導率。 承擔111引智計畫1項，主辦、協辦國際會議各1次。培養 973計畫首席科學家、長江學者獎勵計畫特聘教授各1人。項目組成員獲得亞洲熱物性會議青年學者獎、中國工程熱物理學會傳熱傳質學術會議青年優秀論文獎各1項。共發表（含收錄）期刊論文21篇，會議論文24篇，其中SCI收錄20篇，EI收錄3篇，ISTP收錄1篇，特邀報告5篇；在審SCI論文11篇；申請發明專利10項，其中授權4項。 絕熱材料已向建築、國防領域拓展大規模實踐套用，實現節能示範。儘管目前尚未獲得理想超導熱材料，但依據項目的研究積累，建議今後高導材料的研究重點：一維/二維納米材料的彈道、過擴散及欠擴散輸運等機理，為材料熱設計提供新理論；大分子有機材料的分子結構和分子取向控制，預期可大幅提高其熱導率；氮化硼的複合材料，有望為超導熱材料帶來新思路。
