通过表面化学功能化调控气相二氧化硅纳米颗粒间界面热传输以提升隔热性能
应用物理
2021-04-20 v3 材料科学
摘要
由于高孔隙纳米复合材料中固态热传输强烈依赖于组成纳米材料间的热边界 conductance（TBC），进一步抑制TBC对提升隔热材料性能十分重要。本文以冲压成型气相二氧化硅纳米颗粒制备的纳米复合材料为对象，通过硅烷偶联法对气相二氧化硅纳米颗粒进行多种表面功能化，并研究其对热导率（Km）的影响。未做表面功能化时，该二氧化硅纳米复合材料在材料密度0.2 g/cm3下，常压与真空条件热导率分别约为20和9 mW/m/K；实验结果表明Km可随分子化学结构而调控。采用最优长度的线性烷基链进行表面修饰可使Km显著降低约30%，结合红外遮光剂可进一步增强抑制至约50%。抑制幅度对末端链长度敏感。其大小还与化学结构中反应性硅羟基数目有关，其中氟碳表面修饰带来最大抑制。表面疏水化通过显著抑制TBC（可能通过减少原本作为界面热传导通道的水分子）而有益于隔热。另一方面，当链长较长时，该抑制效应被随链长增强的硅烷偶联分子声子透射所抵消。分析模型与本文仿真结果支持上述结论，从而可预测更优隔热的化学结构。
引用
@article{arxiv.2006.12758,
title = {Modulation of interfacial thermal transport between fumed silica nanoparticles by surface chemical functionalization for advanced thermal insulation},
author = {Takashi Kodama and Nobuhiro Shinohara and Shih-Wei Hung and Xu Bin and Masanao Obori and Donguk Suh and Junichiro Shiomi},
journal= {arXiv preprint arXiv:2006.12758},
year = {2021}
}