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赤藓糖醇/碳纳米管复合相变材料热特性模拟研究

         
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摘要

在“碳达峰、碳中和”的大背景下,能源结构从一次能源向新能源转变刻不容缓.由于新能源具有间歇性、波动性的特点,储能技术可以有效解决上述问题而得到了广泛的关注.相变材料作为储能技术的关键,其热导率低的问题亟需解决.赤藓糖醇作为中低温区常用的高焓值相变材料,热导率仅为0.7 W·m^(–1)·K^(–1),严重制约了实际应用中的能量利用效率.本文以赤藓糖醇作为主要研究对象,采用具有超高导热系数的单壁碳纳米管作为导热增强材料,借助分子动力学模拟的方法探究了碳纳米管长度、质量分数以及分布方式对赤藓糖醇/碳纳米管复合相变材料热导率的影响规律.当碳纳米管轴向长度小于其声子平均自由程时,复合相变材料热导率随碳纳米管轴向长度增加而增大,同时随碳纳米管质量分数增加而增大,但表现出显著的各向异性.由于引入赤藓糖醇–碳纳米管界面,复合相变材料径向热导率相比纯赤藓糖醇反而降低.当碳纳米管在赤藓糖醇中随机分布时,热导率的各向异性得到了显著改善且各方向热导率均得到了提升.通过对比复合前后赤藓糖醇与碳纳米管的声子振动态密度发现,由于两者间的相互作用,碳纳米管的声子振动受到抑制,而赤藓糖醇中声子热输运得到激发,从而提高了热导率.

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