扭转对碳纳米管束热物性影响文献综述

 2022-10-26 16:40:05
  1. 文献综述(或调研报告):

1、引言

纳米管是目前可人工制备的一种低维材料由于其特殊的低维结构而表现出许多独特的力学、电学、光学和热学性质, 在信息、生物、电子、航空等多个领域有重要的应用前景,已成为纳米科学和技术的国际研究热点。由于碳纳米管具有高热导率和单向导热的热学性质, 它可以作为复合材料的添加剂来提高材料的热学和力学性能,制备纳米流体来提高流体的导热性能,对材料进行表面修饰以强化相变和对流换热等。在这些应用中, 迫切需要深入了解碳纳米管的导热性质和规律。[1]

碳纳米管独特的性能不仅是因为石墨晶格的影响,更是因其低维的特性。几年来,不同的学者已采用实验测量、晶格动力学理论和分子动力学模拟等方法对碳纳米管的高热性质做了研究。实验已经测得碳纳米管在室温下拥有高达几千 的超高热导率,而这正是由于其高度稳定的单层原子结构所导致的。

2、单根碳纳米管的扭转[2]

为了研究扭转对碳纳米管导热性能的影响,对碳纳米管在的温度下施加的扭转力,扭转在周期性边界条件下进行。以碳纳米管为例,扭转程度按进行,其中为扭转角,为碳纳米管的轴向长度。

如图1所示,在扭转力小于0.0065时,碳纳米管保持其圆柱体的结构外形,热导性能仅变化了1%。但是当扭转力增加到0.013时,碳纳米管开始出现变形,变形沿着碳纳米管的轴向不断发展,导致碳纳米管的热导率出现了一个20%的突变。

图1 单根碳纳米管热导率随扭转程度的变化

3、碳纳米管束的扭转

图2展示了一种常规的单壁碳纳米管束(SWCNT)结构:由周围六根单壁碳纳米管包围中间一根碳纳米管,以此来研究扭转对碳纳米管束热物性能的影响。

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