熱能調(diào)控微納結(jié)構(gòu)材料

《納米科學(xué)與技術(shù)》叢書序

前言

第1章微納結(jié)構(gòu)材料的結(jié)構(gòu)及表征

1.1微納結(jié)構(gòu)材料的結(jié)構(gòu)特性

1.1.1結(jié)構(gòu)的多尺度性

1.1.2結(jié)構(gòu)的多樣性

1.1.3結(jié)構(gòu)的多分散性

1.2界面結(jié)構(gòu)的表征

1.2.1比表面積的測定方法

1.2.2界面層結(jié)構(gòu)的表征方法

1.3體相結(jié)構(gòu)的測定方法

1.3.1實(shí)空間結(jié)構(gòu)表征

1.3.2倒易空間結(jié)構(gòu)表征

參考文獻(xiàn)

第2章微納結(jié)構(gòu)材料的熱物理性能表征

2.1實(shí)驗(yàn)表征方法

2.1.1熱島法

2.1.23∞法

2.1.3T形法

2.1.4飛秒激光抽運(yùn)一探測熱反射法

2.1.5熱顯微鏡法

2.2隔熱材料熱輸運(yùn)

2.2.1理論模型

2.2.2實(shí)驗(yàn)測量方法

2.3蓄熱材料熱輸運(yùn)

2.3.1概述

2.3.2相變儲能材料傳蓄熱特性測量

參考文獻(xiàn)

第3章微納結(jié)構(gòu)熱物理理論

3.1熱學(xué)性質(zhì)的理論

3.1.1聲子描述

3.1.2聲子比熱容

3.1.3聲子熱導(dǎo)率

3.2微納結(jié)構(gòu)熱輸運(yùn)特性的計(jì)算

3.2.1玻爾茲曼輸運(yùn)方程求解

3.2.2分子動力學(xué)模擬

3.2.3聲子波包模擬

3.2.4晶格動力學(xué)方法

3.2.5蒙特卡洛模擬

3.2.6聲子格林函數(shù)法

3.2.7第一性原理

參考文獻(xiàn)

第4章微納結(jié)構(gòu)材料及其高效隔熱

4.1隔熱與節(jié)能

4.2隔熱材料

4.2.1隔熱機(jī)理

4.2.2隔熱材料的基本性能參數(shù)

4.2.3常用隔熱材料及一般特性

4.2.4隔熱保溫材料的發(fā)展趨勢

4.3多孔微納結(jié)構(gòu)與高效隔熱

4.3.1熱流傳導(dǎo)機(jī)理

4.3.2多孔材料作為組分填充

4.4具備多孔微納結(jié)構(gòu)的高效隔熱材料

4.4.1隔熱保溫發(fā)泡材料

4.4.2真空絕熱板

4.4.3氣凝膠

4.4.4多孔有機(jī)硅陶瓷

4.4.5等離子噴涂熱障涂層

4.4.6太空飛船隔熱板

參考文獻(xiàn)

第5章微納結(jié)構(gòu)材料及其熱能儲存

5.1相變材料

5.1.1熱能存儲方式

5.1.2相變材料的定義

5.1.3相變材料的分類及性質(zhì)

5.1.4相變材料的選擇標(biāo)準(zhǔn)

5.2相變材料的應(yīng)用

5.2.1在熱能存儲領(lǐng)域

5.2.2在溫度調(diào)控領(lǐng)域

5.3相變材料的使用方法

5.3.1定型化相變材料

5.3.2相變微膠囊材料

5.4相變儲能微膠囊材料的應(yīng)用研究

5.41建筑節(jié)能領(lǐng)域

54.2紡織品服飾領(lǐng)域

5.4.3功能熱流體領(lǐng)域

5.44工業(yè)余熱

5.4.5軍事領(lǐng)域

5.4.6其他應(yīng)用

5.5展望

參考文獻(xiàn)

第6章微納結(jié)構(gòu)熱能材料應(yīng)用實(shí)例

6.1微納結(jié)構(gòu)熱能材料在建筑領(lǐng)域的應(yīng)用

6.1建筑墻體的保溫隔熱

6.1.2建筑采光和太陽能利用

6.2微納結(jié)構(gòu)熱能材料在航空航天領(lǐng)域的應(yīng)用

6.2.1高效隔熱

6.2.2高導(dǎo)熱、強(qiáng)化傳熱：金屬/陶瓷復(fù)合材料

6.2.3火箭燃料儲箱材料：氣凝膠多孔材料

6.3微納結(jié)構(gòu)熱能材料在化工、冶金和玻璃陶瓷行業(yè)的應(yīng)用

6.3.1管道的保溫隔熱

6.3.2玻璃陶瓷窯爐和冶金

6.4微納結(jié)構(gòu)熱能材料在太陽能發(fā)電和電力領(lǐng)域的應(yīng)用

6.5微納結(jié)構(gòu)熱能材料在機(jī)械電子領(lǐng)域的應(yīng)用

6.5.1發(fā)動機(jī)

6.5.2高速列車

6.6微納結(jié)構(gòu)熱能材料在其他領(lǐng)域的應(yīng)用

6.6.1野外、物流的低溫運(yùn)輸包裝

6.6.2低溫貯箱

6.63船體保溫材料

6.6.4防火隔熱

6.6.5服裝

參考文獻(xiàn)

索引

《熱能調(diào)控微納結(jié)構(gòu)材料》為讀者提供從材料的微納結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)到材料熱物理基本規(guī)律的相關(guān)知識，可供從事節(jié)能材料、納米技術(shù)研究的科研人員閱讀與參考，也可作為化學(xué)、材料、物理等專業(yè)的研究生和大學(xué)本科高年級學(xué)生的專業(yè)參考書。

《納米科學(xué)與技術(shù)熱能調(diào)控微納結(jié)構(gòu)材料》在綜合國內(nèi)外研究工作的基礎(chǔ)上，結(jié)合作者承擔(dān)的國家納米研究重大專項(xiàng)“高效節(jié)能微納結(jié)構(gòu)材料體系研究”工作撰寫而成?！都{米科學(xué)與技術(shù)熱能調(diào)控微納結(jié)構(gòu)材料》共6章，第1章介紹微納結(jié)構(gòu)材料微結(jié)構(gòu)表征方法及常用儀器；第2章介紹微納結(jié)構(gòu)材料熱物理性能的表征；第3章介紹微納結(jié)構(gòu)熱物理理論分析和模擬；第4章介紹高效隔熱材料結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及性能評價(jià)；第5章介紹相變儲能材料在熱調(diào)控方面的應(yīng)用；第6章列舉常用微納結(jié)構(gòu)節(jié)能材料及其應(yīng)用領(lǐng)域。

錫伯族，1968年生。博士、研究員、博士生導(dǎo)師，現(xiàn)任中國科學(xué)院化學(xué)研究所高分子物理與化學(xué)國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室主任。主要從事高分子復(fù)合材料的微尺度加工的物理與化學(xué)基本問題研究工作。2003年獲國家杰出青年科學(xué)基金(結(jié)題特優(yōu))，2009年入選“新世紀(jì)百千萬人才工程”國家級人選，2010年獲政府特殊津貼，2011年被聘為納米研究重大科學(xué)研究計(jì)劃項(xiàng)目首席科學(xué)家，2013年獲國家自然科學(xué)獎二等獎(第一完成人)?，F(xiàn)為中國化學(xué)會常務(wù)理事、秘書長，《高分子學(xué)報(bào)》副主編，《化學(xué)通報(bào)》副主編．《高分子科學(xué)》(英文版)編委，Chemistry-An Asian Journal編委。自2000年以來，以通訊聯(lián)系人身份在Angew Chem Int Ed，J Am Chem Soc，Adv Mater等國際核心期刊發(fā)表文章100余篇，其中單篇最高SCl引用300余次。獲授權(quán)中國發(fā)明專利20余項(xiàng)。

氮化鎵基LED的發(fā)展逐漸從追求單一的高流明效率向多功能化過渡，數(shù)字照明、通訊照明正在逐漸成為前沿研發(fā)熱點(diǎn)，基于氮化鎵LED的微納光子學(xué)和光電子學(xué)將是一個極其重要的研究領(lǐng)域。本項(xiàng)目擬開展表面微納結(jié)構(gòu)對LED出光特性的調(diào)控作用研究，設(shè)計(jì)反射面微納結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)TE光的反射和位相轉(zhuǎn)換，設(shè)計(jì)出光面為金屬/介質(zhì)的復(fù)合微納光柵結(jié)構(gòu)，大幅度提高LED的偏振出光消光比和出光效率，獲得偏振消光比100：1的高效偏振出光LED。進(jìn)一步深入研究金屬微納結(jié)構(gòu)中等離子激元波的電磁特性對LED偏振光輸出的特性的影響，探索LED在未來納米光子學(xué)的應(yīng)用方案。在制備工藝技術(shù)上，創(chuàng)新采用金屬/介質(zhì)復(fù)合光柵，在實(shí)現(xiàn)同樣偏振消光比的前提下，大大降低了對光柵周期和占空比的容差要求，實(shí)現(xiàn)可以大面積（2英寸及以上）制備的工藝技術(shù)。本項(xiàng)目的研究對拓展LED應(yīng)用領(lǐng)域、創(chuàng)新平板顯示的解決方案、探索氮化鎵基材料的微納光電子學(xué)應(yīng)用均具有重要的意義。

隨著理論研究的深入和現(xiàn)代微納加工技術(shù)的進(jìn)步，各種納米或亞微米尺度材料的奇異光電性質(zhì)越來越為人們重視，如金屬微納結(jié)構(gòu)的表面等離激元，光學(xué)微腔，光子晶體等。在另一方面，液晶的各種非顯示應(yīng)用也引起了學(xué)術(shù)界、工業(yè)界的關(guān)注。液晶對電場、磁場乃至于光場極其敏感，具有特別的線性和非線性光學(xué)性質(zhì)，其介電各向異性可以覆蓋紫外到微波的寬闊頻段，成為可調(diào)控光電材料的首選。同時，液晶和固體表面相互的作用一直是物理界關(guān)心的基礎(chǔ)問題。我們擬結(jié)合熱門的微納光學(xué)材料和迅速發(fā)展的液晶光電技術(shù)，利用液晶的外場敏感性和人工微納結(jié)構(gòu)的特異電磁性質(zhì)，通過納米壓印、聚焦離子束加工等技術(shù)手段制備人工介電或金屬微納結(jié)構(gòu)，研究液晶和一維柵格、孔洞陣列等微納結(jié)構(gòu)相互作用的物理規(guī)律，如液晶對微納結(jié)構(gòu)光學(xué)特性的影響，微納結(jié)構(gòu)對液晶的取向作用、等離激元表面增強(qiáng)效應(yīng)誘導(dǎo)的液晶非線性效應(yīng)等。探索這些新穎物性在信息處理、光纖通訊、靈敏感測等領(lǐng)域的應(yīng)用。