宮薛菲，楊啟容，姚爾人，劉 亭，官云許，張 遠(yuǎn)

(1. 青島大學(xué) 機(jī)電工程學(xué)院，山東 青島 266000； 2. 上海海事大學(xué) 商船學(xué)院， 上海 201306)

0 引 言

能源是人類生存和發(fā)展的基礎(chǔ)，它與我們的生產(chǎn)生活密不可分，能源問(wèn)題制約著人類物質(zhì)精神生活的進(jìn)一步提高[1]。如何做到能量的隨取隨用，提高能源利用效率，即有效解決能源的供耗問(wèn)題顯得至關(guān)重要，其中儲(chǔ)能材料扮演著舉足輕重的角色。材料科學(xué)、太陽(yáng)能[2]、航空航天以及工業(yè)余熱回收利用等領(lǐng)域的迅速發(fā)展都為儲(chǔ)能材料的研究和應(yīng)用創(chuàng)造了條件。我國(guó)儲(chǔ)能材料的理論和應(yīng)用研究還比較薄弱，但正處于快速發(fā)展的時(shí)期。

儲(chǔ)能材料是利用物質(zhì)發(fā)生物理或者化學(xué)變化來(lái)儲(chǔ)存能量的功能性材料[3]，它所儲(chǔ)存的能量可以是電能、機(jī)械能、化學(xué)能和熱能，也可以是其他形式的能量。儲(chǔ)能材料主要可以分為顯熱儲(chǔ)能材料、潛熱儲(chǔ)能材料和熱化學(xué)儲(chǔ)能材料3大類[4]，其中固-固相變儲(chǔ)能材料因其相變過(guò)程中沒(méi)有液相的產(chǎn)生，體積變化較小，無(wú)毒，無(wú)腐蝕，對(duì)容器的材料和制造技術(shù)要求不高[5]，因而是儲(chǔ)能材料中極具應(yīng)用前景的一類。

季戊四醇是一種典型的新戊基多元醇類，化學(xué)名稱是2，2-二羥甲基-1，3丙二醇[6]。季戊四醇的碳鏈較長(zhǎng)，分子量較高，醚鍵穩(wěn)定[7]，因其高度對(duì)稱性分子結(jié)構(gòu)(體心立方結(jié)構(gòu)，分子中含有4個(gè)等同的羥甲基)所形成特有的性質(zhì)，并且季戊四醇材料在晶型轉(zhuǎn)變時(shí)能可逆地吸收和釋放大量的相變潛熱[8]，因而作為固-固相變的一種儲(chǔ)能材料，對(duì)其研究正在不斷深入。導(dǎo)熱系數(shù)較小是制約儲(chǔ)能材料實(shí)際應(yīng)用的一項(xiàng)重要參數(shù)，季戊四醇的導(dǎo)熱率大概在0.1～0.5W/(m·K)范圍內(nèi)[9-10]，導(dǎo)熱率較小，因而，為了提高季戊四醇的實(shí)際應(yīng)用價(jià)值，提高其導(dǎo)熱系數(shù)具有重要研究意義。研究人員通過(guò)將高導(dǎo)熱填料加入基體材料，制備復(fù)合材料，提高原基體材料導(dǎo)熱性能，常見(jiàn)的高導(dǎo)熱填料有Al2O3、AlN、BN、SiC、碳纖維、石墨、碳納米管、石墨烯等[11-20]。

石墨烯是由碳原子組成的六角型呈蜂巢晶格的二維碳納米材料，具有優(yōu)良的導(dǎo)電導(dǎo)熱性能和剛度，大的比表面積、良好的熱穩(wěn)定性和化學(xué)穩(wěn)定性。與其他導(dǎo)熱填料相比，石墨烯可以憑借較小的填充量使材料具備更高的導(dǎo)熱性能，因而在科學(xué)研究中備受關(guān)注。趙盼盼[21]分別制備了季戊四醇/石墨固-固復(fù)合相變材料、季戊四醇/納米固-固復(fù)合相變材料，通過(guò)一套密閉性較好的實(shí)驗(yàn)裝置測(cè)試計(jì)算了復(fù)合相變材料的導(dǎo)熱率，當(dāng)石墨粉質(zhì)量百分比為0.5%時(shí)，對(duì)復(fù)合材料導(dǎo)熱性能提升并不明顯，復(fù)合材料的導(dǎo)熱率在0.3 W/(m·K)左右；Venkitaraj[22]等通過(guò)機(jī)械混合法制備了季戊四醇/氧化鋁復(fù)合相變材料，測(cè)試計(jì)算得到，純凈季戊四醇導(dǎo)熱率為0.112 W/(m·K)，當(dāng)氧化鋁添加質(zhì)量百分比分別為0.1%和0.5%時(shí)，導(dǎo)熱率分別提升至0.12152 W/(m·K)和0.1376 W/(m·K)；Venkitaraj[23]等還分別制備了季戊四醇/氧化鋁、季戊四醇/二氧化鈦、季戊四醇/氧化銅復(fù)合相變材料，其填料的質(zhì)量百分比均為0.1%，對(duì)比純的季戊四醇導(dǎo)熱率0.106 W/(m·K)，導(dǎo)熱系數(shù)分別提升至0.1282 W/(m·K)、0.1134 W/(m·K)、0.1209 W/(m·K)，其中氧化鋁的提升效果更為明顯；Peng Hu[24]等采用物理混合法將氮化鋁加入季戊四醇中，制備了氮化鋁質(zhì)量分?jǐn)?shù)為3%的季戊四醇/納米氮化鋁復(fù)合相變材料，通過(guò)差示掃描量熱法(DSC)測(cè)定了復(fù)合材料的熱性能和非等溫結(jié)晶動(dòng)力學(xué)，結(jié)果表明，氮化鋁的加入加快了季戊四醇冷卻過(guò)程中的結(jié)晶速率。

在復(fù)合相變材料的制備過(guò)程中，由于填料與基體材料混合方法、混合均勻程度等都會(huì)對(duì)實(shí)驗(yàn)測(cè)試結(jié)果造成一定影響，而且受研究尺度的限制，宏觀實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)往往不能體現(xiàn)微觀作用機(jī)理，因此，部分研究人員采用了分子動(dòng)力學(xué)模擬的研究方法，對(duì)復(fù)合材料填料與基體的微觀結(jié)合情況進(jìn)行模擬計(jì)算，對(duì)實(shí)驗(yàn)研究有一定的指導(dǎo)意義。Gao[25]等采用全原子分辨率的反向非平衡分子動(dòng)力學(xué)方法，研究了表面接枝鏈對(duì)石墨烯/聚酰胺66納米復(fù)合材料熱導(dǎo)率的影響，結(jié)果表明，通過(guò)接枝聚酰胺66鏈可以降低兩平行碳納米管之間的熱阻，從而提升復(fù)合材料的導(dǎo)熱率；N.Burger[26]等綜述了復(fù)合材料熱導(dǎo)率的理論和實(shí)驗(yàn)研究，指出提高復(fù)合材料或聚合物的熱導(dǎo)率需要加入天然的熱傳導(dǎo)填料，但要獲得更高的熱導(dǎo)率，必須關(guān)注如何改善界面處的熱傳遞；

本文以季戊四醇為基體材料，石墨烯做導(dǎo)熱填料，使用Materials Studio軟件建立季戊四醇/石墨烯復(fù)合相變材料模型，石墨烯的質(zhì)量百分比分別為0、0.5%、1%、1.5%、2%、2.5%、3%，采用反向非平衡分子動(dòng)力學(xué)方法進(jìn)行模擬計(jì)算，通過(guò)模擬數(shù)據(jù)的整理分析，總結(jié)導(dǎo)熱系數(shù)、徑向分布函數(shù)和相互作用能等參數(shù)的變化，對(duì)石墨烯改善季戊四醇導(dǎo)熱性能的微觀機(jī)理進(jìn)行研究，輔以掃描電鏡圖。

1 模 擬

1.1 模型建立

季戊四醇的結(jié)構(gòu)式為C(CH2OH)4，其分子具有典型的星型結(jié)構(gòu)，可以借助Find-it軟件找到季戊四醇的晶胞結(jié)構(gòu)，再經(jīng)去對(duì)稱性等操作得到季戊四醇單體分子，如圖1所示。在Materials Studio軟件中運(yùn)用Amorphous Cell中的Construction功能項(xiàng)，溫度設(shè)為常溫298K，分子數(shù)設(shè)為200個(gè)，季戊四醇密度為1.399g/cm3，構(gòu)建季戊四醇基體模型，晶胞尺寸分別為25、25、51am。根據(jù)相對(duì)原子質(zhì)量計(jì)算質(zhì)量分?jǐn)?shù)，將單層石墨烯模型進(jìn)行處理，分別插入季戊四醇基體模型，從而建立不同復(fù)合比例的GE/PE復(fù)合相變材料模型。初始構(gòu)型并非平衡態(tài)，模型的受力可能過(guò)大，導(dǎo)致模擬運(yùn)行失敗，因此通過(guò)Discover模塊中的Minimizer功能項(xiàng)對(duì)復(fù)合材料模型進(jìn)行能量最小化處理，使模型結(jié)構(gòu)趨于穩(wěn)定，圖2為結(jié)構(gòu)穩(wěn)定的GE質(zhì)量分?jǐn)?shù)為3%的GE/PE復(fù)合相變材料模型。

圖1 季戊四醇單體分子Fig 1 Pentaerythritol monomer molecule

圖2 GE/PE復(fù)合相變材料模型Fig 2 GE/PE composite phase change material model

1.2 模擬方法

分子動(dòng)力學(xué)模擬選用compass力場(chǎng)，分子力場(chǎng)即為原子尺度上的勢(shì)能場(chǎng)，而compass力場(chǎng)是第一個(gè)將無(wú)機(jī)分子體系力場(chǎng)與有機(jī)分子體系力場(chǎng)相結(jié)合的分子力場(chǎng)，適用于大部分有機(jī)高分子和金屬氧化物等分子體系。

采用反向非平衡動(dòng)力學(xué)(RNEMD)的方法，通過(guò)將冷層中最熱的粒子和熱層中最冷的粒子的動(dòng)能進(jìn)行能量交換，強(qiáng)加一個(gè)能量通量jz于模型z方向上，待系統(tǒng)達(dá)到穩(wěn)態(tài)時(shí)，可得到模型z方向上的溫度梯度，復(fù)合材料的導(dǎo)熱系數(shù)λ可以通過(guò)能量通量jz和模型z方向上溫度梯度dT/dz進(jìn)行計(jì)算，計(jì)算公式為：

(1)

能量通量jz的計(jì)算公式為：

(2)

其中，t表示能量交換的時(shí)間，A表示能量通量方向上的截面積，m表示參與能量交換的原子的總質(zhì)量，vhot表示模型中熱域原子的速度，vcold表示模型中冷域域原子的速度。

復(fù)合材料中石墨烯導(dǎo)熱填料與季戊四醇基體材料界面處的導(dǎo)熱性能用界面熱導(dǎo)λi來(lái)表征，可以通過(guò)能量通量jz和接觸面處的溫度梯度(ΔT/Δz)進(jìn)行計(jì)算，計(jì)算公式為：

(3)

模型的界面熱導(dǎo)由對(duì)稱的兩側(cè)界面熱導(dǎo)λi的均值求得。

復(fù)合材料中石墨烯與季戊四醇基體之間的界面作用效果用相互作用能EInteraction來(lái)表征，相互作用能的絕對(duì)值越大就表明界面處石墨烯與季戊四醇的相互作用越強(qiáng)。相互作用能EInteraction的計(jì)算式為：

|EInteraction|=|ETotal-(EPolymer+EGraphene)|

(4)

其中，ETotal表示石墨烯/季戊四醇復(fù)合材料的總能量，EPolymer表示復(fù)合材料中季戊四醇基體的總能量，EGraphene表示復(fù)合材料中石墨烯的總能量。

復(fù)合材料的微觀結(jié)構(gòu)和原子間的相互作用用徑向分布函數(shù)RDF來(lái)表征，其定義為距離原子A半徑為r的范圍內(nèi)找到原子B的概率與原子B完全隨機(jī)分布時(shí)對(duì)應(yīng)概率的比值，計(jì)算公式為：

(5)

其中，ρAB表示模擬系統(tǒng)的密度，4πr2δr表示以A原子為中心，r為半徑，厚度為δr的球殼體積，K表示模擬計(jì)算的總時(shí)間，NAB表示系統(tǒng)中原子A和原子B的原子總數(shù)，δr表示原子間隔距離寬度，△N表示距離原子A半徑為r到r+δr范圍內(nèi)出現(xiàn)的原子B的數(shù)量。

2 掃描電子顯微鏡(SEM)分析

掃描電子顯微鏡是一種觀測(cè)樣品表面形態(tài)的大型電子設(shè)備，近年來(lái)隨著科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展進(jìn)步，掃描電子顯微鏡的性能也不斷提升，放大倍數(shù)可達(dá)幾十萬(wàn)倍，而且具有制作樣品簡(jiǎn)單、成像清晰立體等優(yōu)點(diǎn)，被廣泛的應(yīng)用于物理、化學(xué)、醫(yī)學(xué)等眾多研究領(lǐng)域。掃描電鏡從原理上來(lái)說(shuō)，就是通過(guò)電子束掃描樣品，由于電子與物質(zhì)的相互作用會(huì)激發(fā)出各種物理信息，記錄產(chǎn)生的二次電子、背散射電子、俄歇電子、特征X射線和連續(xù)譜X射線、透射電子等等信息，從而確定被測(cè)樣品的微觀形貌、結(jié)構(gòu)及成分等。

實(shí)驗(yàn)材料為季戊四醇(型號(hào)3632-2010，天津市科密歐化學(xué)試劑有限公司)和石墨烯粉末(型號(hào)XYG-P-0762，德陽(yáng)烯碳科技有限公司)，將季戊四醇與石墨烯采用機(jī)械混合法混合制作樣品，本實(shí)驗(yàn)使用的是場(chǎng)發(fā)射掃描電鏡(JSM-7800F，日本電子株式會(huì)社)，觀測(cè)前對(duì)樣品進(jìn)行噴金處理，目的是增強(qiáng)樣品的導(dǎo)電性，有利于電子束在樣品表面?zhèn)鲗?dǎo)，從而有利于提高樣品成像的質(zhì)量。

3 結(jié)果與分析

3.1 石墨烯/季戊四醇復(fù)合相變材料的導(dǎo)熱性能

圖3顯示了不同GE質(zhì)量分?jǐn)?shù)的GE/PE復(fù)合相變材料的導(dǎo)熱系數(shù)變化，從圖中可以看出，當(dāng)GE所占質(zhì)量分?jǐn)?shù)比分別為0.5%、1%、1.5%、2%、2.5%、3%時(shí)，模擬計(jì)算得到GE/PE復(fù)合相變材料的導(dǎo)熱系數(shù)分別為0.6252、0.6701、0.6888、0.7143、0.7565和0.7634 W/(m·K)，與模擬計(jì)算得到的純凈季戊四醇導(dǎo)熱系數(shù)0.5152 W/(m·K)相比，GE/PE復(fù)合相變材料導(dǎo)熱性能提升幅度為21.35%～48.18%，隨著石墨烯添加量的增加，導(dǎo)熱系數(shù)整體隨之增大，當(dāng)GE質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.5%時(shí)，導(dǎo)熱系數(shù)提升幅度最大，GE質(zhì)量分?jǐn)?shù)為1%、1.5%、2%、2.5%時(shí)，導(dǎo)熱系數(shù)呈現(xiàn)較為緩慢的增加，當(dāng)GE質(zhì)量分?jǐn)?shù)為3%時(shí)，導(dǎo)熱系數(shù)增幅最小。

圖3 不同GE質(zhì)量分?jǐn)?shù)的GE/PE復(fù)合相變材料導(dǎo)熱系數(shù)Fig 3 The thermal conductivity of GE/PE composite phase change materials with various GE mass fractions

圖4給出了不同GE質(zhì)量分?jǐn)?shù)的GE/PE復(fù)合相變材料的界面導(dǎo)熱系數(shù)變化曲線，對(duì)比圖3，可看出GE/PE復(fù)合相變材料的界面導(dǎo)熱系數(shù)變化與材料整體導(dǎo)熱系數(shù)變化趨勢(shì)近乎一致，因?yàn)榻缑鏌釋?dǎo)表征了復(fù)合材料中填料與基體材料的結(jié)合情況，所以模擬結(jié)果符合兩者作用機(jī)理。具體變現(xiàn)為，當(dāng)GE質(zhì)量分?jǐn)?shù)由0.5%增加到1%時(shí)，GE/PE復(fù)合相變材料界面熱導(dǎo)由1.2675 W/(m·K)增加到2.0051 W/(m·K)，增加幅度最大，之后隨著GE質(zhì)量分?jǐn)?shù)的增加，界面熱導(dǎo)也緩慢增加，當(dāng)GE質(zhì)量分?jǐn)?shù)由2.5%增加到3%時(shí)，GE/PE復(fù)合相變材料界面熱導(dǎo)由3.2466 W/(m·K)增加到3.3142 W/(m·K)，增加幅度最小。界面熱導(dǎo)的變化反映了復(fù)合材料整體導(dǎo)熱系數(shù)的變化，即局部提升帶動(dòng)整體提升。

圖4 不同GE質(zhì)量分?jǐn)?shù)的GE/PE復(fù)合相變材料界面導(dǎo)熱系數(shù)Fig 4 The interfacial thermal conductivity of GE/PE composite phase change materials with various GE mass fractions

3.2 石墨烯/季戊四醇復(fù)合相變材料的內(nèi)部相互作用

相互作用能反映了石墨烯與季戊四醇接觸面處的結(jié)合情況，影響著GE/PE復(fù)合相變材料界面處的導(dǎo)熱性能。在Materials Studio軟件中，使用Forcite模塊中的Calculation功能項(xiàng)，對(duì)GE/PE復(fù)合相變材料模型進(jìn)行模擬計(jì)算，得到了不同GE質(zhì)量分?jǐn)?shù)下的復(fù)合材料各部分能量大小情況，包括GE/PE復(fù)合相變材料的總能量ETotal、相互作用能EInteraction、石墨烯填料的能量EGraphene和季戊四醇基體的能量EPolymers，其各組分能量大小變化情況如圖5所示。具體表現(xiàn)為，當(dāng)GE質(zhì)量分?jǐn)?shù)從0.5%增加至3%，GE/PE復(fù)合相變材料的相互作用能從60.2238 kcal/mol增大至955.2689 kcal/mol，石墨烯與季戊四醇之間相互作用得到顯著加強(qiáng)，從而促進(jìn)了石墨烯與季戊四醇界面處的熱量傳遞，提升局部導(dǎo)熱性能的同時(shí)，提高了GE/PE復(fù)合相變材料整體的導(dǎo)熱性能。當(dāng)GE質(zhì)量分?jǐn)?shù)由2.5增加至3%時(shí)，相互作用能僅由930.2953 kcal/mol增加到955.2689 kcal/mol，提升幅度很小，說(shuō)明這個(gè)過(guò)程中石墨烯與季戊四醇的結(jié)合程度較小，局部傳熱提升效果一般，與圖4中界面熱導(dǎo)增幅較小的變化相吻合，也與圖3中GE/PE復(fù)合相變材料整體導(dǎo)熱系數(shù)提升幅度較小的變化吻合，印證了相互作用能對(duì)界面熱導(dǎo)和導(dǎo)熱系數(shù)的影響作用。

圖5 GE/PE復(fù)合相變材料相互作用能及各組分能量Fig 5 Interaction energy and various component energy of GE/PE composite phase change materials

圖6 單層石墨烯中C-C鍵鍵長(zhǎng)Fig 6 C-C Bond length in monolayer graphene

圖7 GE/PE復(fù)合相變材料中石墨烯碳原子徑向分布函數(shù)Fig 7 The radial distribution function of graphene carbon atom in GE/PE composite phase change materials

徑向分布函數(shù)反映了物質(zhì)的分子原子間相互作用，可表征材料微觀結(jié)構(gòu)，本文利用Materials Studio軟件的Forcite模塊對(duì)GE/PE復(fù)合相變材料中的石墨烯分子進(jìn)行了RDF(Radial distribution function)分析。圖6為單層石墨烯中碳原子的分布示意圖，從圖中可以看出，石墨烯是由碳原子緊密排布而成的二維材料，以其中任一碳原子為中心，在其周圍可以找到3個(gè)相對(duì)距離不同的碳原子，其間距分別為1.420、2.460和2.841 am，因而對(duì)于標(biāo)準(zhǔn)的石墨烯來(lái)說(shuō)，其徑向分布函數(shù)應(yīng)在1.420、2.460和2.841 am處出現(xiàn)峰值。圖7顯示了不同GE質(zhì)量分?jǐn)?shù)下的復(fù)合材料中石墨烯碳原子的徑向分布函數(shù)，由圖可知，當(dāng)GE質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.5%時(shí)，碳原子徑向分布函數(shù)僅在1.420、2.460和2.841 am處出現(xiàn)峰值，說(shuō)明此時(shí)的石墨烯結(jié)構(gòu)并沒(méi)有發(fā)生變化，隨著GE質(zhì)量分?jǐn)?shù)的增大，碳原子徑向分布函數(shù)在1.420、2.460和2.841am處的峰值都在逐漸減小，并且碳原子徑向分布函數(shù)值不僅僅只出現(xiàn)在以上3個(gè)距離處，越來(lái)越多的徑向距離r值處出現(xiàn)峰值，說(shuō)明石墨烯中碳原子間距在增大，石墨烯結(jié)構(gòu)向著與季戊四醇結(jié)合更好、分散更均勻的方向變化，增強(qiáng)了石墨烯與季戊四醇之間的相互作用，有利于熱量傳遞，從而提高了GE/PE復(fù)合相變材料的導(dǎo)熱性能。

圖8 季戊四醇分子中H-O鍵、C-H鍵和C-O鍵鍵長(zhǎng)Fig 8 H-O bond, C-H bond and C-O bond length in pentaerythritol molecule

圖9 GE/PE復(fù)合相變材料中季戊四醇的H-O原子徑向分布函數(shù)Fig 9 The radial distribution function of H-O atom of pentaerythritol in GE/PE composite phase change materials

圖10 GE/PE復(fù)合相變材料中季戊四醇的C-H原子徑向分布函數(shù)Fig 10 The radial distribution function of C-H atom of pentaerythritol in GE/PE composite phase change materials

圖11 GE/PE復(fù)合相變材料中季戊四醇的C-O原子徑向分布函數(shù)Fig 11 The radial distribution function of C-O atom of pentaerythritol in GE/PE composite phase change materials

圖8給出了季戊四醇分子中H-O鍵、C-H鍵和C-O鍵鍵長(zhǎng)，分別為0.933、1.081和1.427 am，因而對(duì)于標(biāo)準(zhǔn)情況下的季戊四醇，其H-O原子、C-H原子和C-O原子的徑向分布函數(shù)分別在這3處存在突出峰值。如圖9～11所示，分別給出了不同GE質(zhì)量分?jǐn)?shù)下，GE/PE復(fù)合相變材料中季戊四醇的H-O原子、C-H原子和C-O原子的徑向分布函數(shù)，由圖可知，隨著GE質(zhì)量分?jǐn)?shù)的增加，H-O原子、C-H原子和C-O原子的徑向分布函數(shù)基本沒(méi)有變化，最高峰值分別出現(xiàn)在H-O鍵、C-H鍵和C-O鍵鍵長(zhǎng)處，這說(shuō)明，石墨烯與季戊四醇復(fù)合，季戊四醇分子在結(jié)構(gòu)上基本沒(méi)有發(fā)生變化，GE/PE復(fù)合相變材料整體導(dǎo)熱性能的提升，得益于石墨烯的變化。

3.3 SEM分析

圖12為放大倍數(shù)2000倍的1 μm純PE掃描電鏡圖，圖13為放大倍數(shù)2000倍的1 μm的GE質(zhì)量分?jǐn)?shù)為3%的GE/PE復(fù)合相變材料掃描電鏡圖，對(duì)比兩圖可以看出，純PE材料電鏡下呈現(xiàn)片層狀外貌，加了石墨烯后，GE/PE復(fù)合相變材料電鏡下呈現(xiàn)的是塊狀外貌，說(shuō)明二者結(jié)合緊密，而季戊四醇的晶型結(jié)構(gòu)也更加致密，從而印證了前文中模擬分析所得結(jié)論。

圖12 純PE掃描電鏡圖Fig 12 SEM image of pure PE

圖13 GE質(zhì)量分?jǐn)?shù)為3%的GE/PE復(fù)合相變材料掃描電鏡圖Fig 13 SEM image of GE/PE composite phase change materials with 3% GE mass fraction

4 結(jié) 論

采用分子動(dòng)力學(xué)模擬的方法，對(duì)GE/PE復(fù)合相變材料的導(dǎo)熱性能進(jìn)行了分析研究，得到的主要結(jié)論如下：

(1)GE/PE復(fù)合相變材料的導(dǎo)熱系數(shù)隨著GE質(zhì)量分?jǐn)?shù)的增加而逐漸增大，當(dāng)GE質(zhì)量分?jǐn)?shù)達(dá)到3%時(shí)，相較于純凈的PE，導(dǎo)熱系數(shù)提升幅度達(dá)48%。

(2)GE/PE復(fù)合相變材料的界面熱導(dǎo)和相互作用能，變化情況均與材料導(dǎo)熱率的變化趨勢(shì)相吻合，說(shuō)明三者是相互影響，相互關(guān)聯(lián)的。

(3)隨著GE質(zhì)量分?jǐn)?shù)的增加，GE/PE復(fù)合相變材料中石墨烯結(jié)構(gòu)會(huì)發(fā)生改變，向著碳原子分散更均勻、與季戊四醇結(jié)合更好的方向變化，而季戊四醇分子結(jié)構(gòu)基本沒(méi)有變化，在材料整體導(dǎo)熱性能提升過(guò)程中，石墨烯占主導(dǎo)作用。