2023 年第53 卷第10 期

一維材料的熱物理性質(zhì)：低至原子級(jí)的瞬態(tài)表征

Amin Karamati1*，徐屾2*，林歡3*，Mahya Rahbar1*，王信偉1?

(1.Department of Mechanical Engineering,Iowa State University,Ames 50011,USA；2.上海工程技術(shù)大學(xué)機(jī)械與汽車(chē)工程學(xué)院，上海 201620；3.青島理工大學(xué)環(huán)境與市政工程學(xué)院，山東青島 266033)

*共同第一作者

?通訊作者：王信偉，E-mail: xwang3@iastate.edu

摘要：因?yàn)榻Y(jié)構(gòu)尺寸效應(yīng)導(dǎo)致了強(qiáng)烈的能量載流子散射，一維微/納米尺度材料的熱物理性質(zhì)顯著區(qū)別于其相應(yīng)的塊體材料。本文深入評(píng)述了微/納米尺度熱物性瞬態(tài)表征的前沿技術(shù)。其中用到的瞬態(tài)激勵(lì)源包括階躍焦耳加熱、階躍激光加熱、脈沖激光加熱和頻域調(diào)幅激光加熱。在熱探測(cè)方面，采用了基于電學(xué)和拉曼散射的測(cè)溫/溫度響應(yīng)物理原理。這些技術(shù)可以測(cè)量從亞毫米級(jí)至原子級(jí)（單原子厚度）尺度的導(dǎo)熱系數(shù)、熱擴(kuò)散率和比熱容。本文側(cè)重于綜述這些瞬態(tài)技術(shù)相較于穩(wěn)態(tài)技術(shù)的優(yōu)勢(shì)、物理原理、挑戰(zhàn)和潛在應(yīng)用，突顯它們?cè)诮沂疽痪S材料原子尺寸級(jí)別復(fù)雜熱輸運(yùn)現(xiàn)象方面的重要意義。

關(guān)鍵詞：一維材料；熱物性；瞬態(tài)表征；拉曼散射；微/納尺度

引用格式：JUSTC,2023,53(10): 1001

拓?fù)淞孔硬牧系暮铣?、性質(zhì)及應(yīng)用

吳俊杰，張穎，向斌?

(中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué)材料科學(xué)與工程系,中國(guó)科學(xué)院能量轉(zhuǎn)換材料重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,先進(jìn)光子科學(xué)技術(shù)安徽省實(shí)驗(yàn)室,安徽合肥 230026)

?通訊作者：向斌，E-mail: binxiang@ustc.edu.cn

摘要：拓?fù)淞孔硬牧弦蚱錆撛诘钠婷钗镄院驮陔娮悠骷系膽?yīng)用，已成為凝聚態(tài)物理領(lǐng)域研究的前沿和焦點(diǎn)。目前在拓?fù)淞孔硬牧现?，拓?fù)涑瑢?dǎo)材料和拓?fù)浯判圆牧鲜莾深?lèi)極具吸引力的體系。盡管對(duì)這些材料的研究已取得很大進(jìn)展，然而對(duì)其合成、性質(zhì)及應(yīng)用，尤其是在合成方面，仍缺乏系統(tǒng)性的綜述。因此，本文重點(diǎn)介紹了兩類(lèi)典型拓?fù)淞孔硬牧系膶?shí)驗(yàn)制備，并簡(jiǎn)要介紹了他們潛在的物理性質(zhì)及應(yīng)用。最后，我們對(duì)拓?fù)淞孔硬牧象w系的研究現(xiàn)狀和未來(lái)發(fā)展提出了自己的思考。

關(guān)鍵詞：合成；拓?fù)淞孔硬牧?/p>

引用格式：JUSTC,2023,53(10): 1002

新型雙層包裹聚磷酸銨的設(shè)計(jì)及其在耐老化阻燃交聯(lián)聚乙烯復(fù)合材料中的應(yīng)用

賈鵬飛，孫鵬飛，于富豪，宋磊，胡源?，汪碧波?

(中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué)火災(zāi)科學(xué)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，安徽合肥230027)

?通訊作者：胡源，E-mail: yuanhu@ustc.edu.cn；汪碧波，E-mail: wbibo@ustc.edu.cn

摘要：研究采用雙層包裹聚磷酸銨來(lái)提高交聯(lián)聚乙烯（XLPE）復(fù)合材料的力學(xué)性能、耐老化性和阻燃性。將聚磷酸銨（APP）用二氧化硅包裹，然后用受阻苯酚抗氧化劑3-(3,5-二叔丁基-4 羥基苯基) (AO) 接枝，制備雙層包裹阻燃劑 (MCAPP) 。由于MCAPP 和XLPE 基體具有良好的相容性，提高了XLPE/MCAPP/CFA（XLPE-4）的拉伸強(qiáng)度和斷裂伸長(zhǎng)率。在135oC 老化14 天后，XLPE-4 復(fù)合材料的斷裂伸長(zhǎng)率保留率達(dá)到61.1%，顯著高于XLPE-1(2.6%) 。這說(shuō)明MCAPP 可以提高XLPE 電纜復(fù)合材料的耐老化性能。與XLPE-1 相比，XLPE-4 的最大煙密度和峰值放熱速率分別降低了54.9%和89.7%。因此，雙層包裹的抗氧化策略為獲得高性能的XLPE 復(fù)合材料提供了一個(gè)很好的途徑。

關(guān)鍵詞：包裹聚磷酸銨；交聯(lián)聚乙烯電纜；耐老化；火災(zāi)安全；力學(xué)性能

引用格式：JUSTC,2023,53(10): 1003

打磨引起的殘余應(yīng)力對(duì)BaTiO3 陶瓷撓曲電響應(yīng)的影響

楊旭1，田冬霞1，張曉燕1，左如忠2，初寶進(jìn)1?

(1.中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué)材料科學(xué)與工程系，中國(guó)科學(xué)院能量轉(zhuǎn)換材料重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，安徽合肥 230026；2.安徽工程大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院，安徽省高性能有色金屬材料重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，安徽蕪湖 241000)

?通訊作者：初寶進(jìn)，E-mail: chubj@ustc.edu.cn

摘要：鐵電陶瓷中測(cè)量得到的大的撓曲電響應(yīng)可以用來(lái)源于應(yīng)力弛豫的自發(fā)極化表面層機(jī)理來(lái)解釋。然而，產(chǎn)生極化表面層的應(yīng)力來(lái)源尚未完全清楚。本工作系統(tǒng)地研究了表面應(yīng)力對(duì)不同粒度砂紙打磨的BaTiO3陶瓷的微觀(guān)結(jié)構(gòu)、介電性能和撓曲電響應(yīng)的影響。與原始樣品相比，打磨后的BaTiO3陶瓷的撓曲電系數(shù)由～600 μC/m 降至200 μC/m 以下。但經(jīng)過(guò)200 ℃熱處理并且緩慢冷卻后，所有樣品的撓曲電系數(shù)都恢復(fù)到～500 μC/m。結(jié)果表明，打磨在鐵電陶瓷的表面層上引入了應(yīng)力，在一定程度上影響了其撓曲電響應(yīng)，但打磨引入的應(yīng)力不是極化表面層形成的主要原因。

關(guān)鍵詞：鐵電陶瓷；撓曲電；打磨；表面層

引用格式：JUSTC,2023,53(10): 1004

基于1 m 尺度甲醇油池火模擬計(jì)算的不同輻射模型數(shù)值評(píng)估研究

周千軍，胡勇 ?，蔣勇 ?

(中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué)火災(zāi)科學(xué)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，安徽合肥230027)

?通訊作者：胡勇，E-mail: yhu18@ustc.edu.cn；蔣勇，

E-mail: yjjiang@ustc.edu.cn

摘要：池火是火災(zāi)災(zāi)害中最常遇到的火焰類(lèi)型之一，發(fā)展油池火的精細(xì)化建模有利于液體火災(zāi)事故危害性的精準(zhǔn)分析及評(píng)估。眾所周知，熱輻射建模是準(zhǔn)確模擬各種火災(zāi)場(chǎng)景的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。因此，為建立合適的輻射模型，在這項(xiàng)工作中，通過(guò)將四個(gè)不同的輻射模型耦合到開(kāi)源火災(zāi)模擬代碼FDS 中，并使用有限體積法求解輻射強(qiáng)度傳輸方程，對(duì)大尺度甲醇池火開(kāi)展了LES 仿真研究。結(jié)合NIST 的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，對(duì)不同輻射模型的影響特性及結(jié)果進(jìn)行了對(duì)比分析。關(guān)于溫度計(jì)算，基于WSGG 的輻射模型和Cassol的模型表現(xiàn)更好。此外，所有模型都能很好地預(yù)測(cè)脈動(dòng)頻率。然而，關(guān)于輻射熱通量的預(yù)測(cè)，Cassol 的兩個(gè)模型和FDS 默認(rèn)模型的表現(xiàn)優(yōu)于其他模型，獲得每個(gè)組分的準(zhǔn)確光譜信息數(shù)據(jù)和確定混合氣體的WSGG 系數(shù)的方法是成功預(yù)測(cè)火焰輻射的重要因素。

關(guān)鍵詞：油池火；灰氣體模型；LES 模擬；WSGG 模型

引用格式：JUSTC,2023,53(10): 1005

PR 狀態(tài)方程+基團(tuán)貢獻(xiàn)模型預(yù)測(cè)CO2+HFC 二元混合物的氣液相平衡性質(zhì)

吳子睿1，石凌峰1?，孫瑞2，田華2，王軒2，舒歌群1,2

(1.中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué)熱科學(xué)與能源工程系，安徽合肥 230027；2.天津大學(xué)發(fā)動(dòng)機(jī)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，天津300072)

?通訊作者：石凌峰，E-mail: slf@ustc.edu.cn

摘要：由于良好的性能和環(huán)保性，CO2+HFC 二元混合物被認(rèn)為是冷電聯(lián)合循環(huán)系統(tǒng)中良好的替代工作流體。氣液相平衡特性是計(jì)算混合物焓和熵的關(guān)鍵，這冷電聯(lián)合循環(huán)系統(tǒng)的熱力學(xué)分析至關(guān)重要。為了準(zhǔn)確預(yù)測(cè)CO2和HFC (R23，R32，R41，R125，R134a，R143a，R152a，R161，R227ea) 二元混合物的氣液平衡性質(zhì)，本文建立了基于吉布斯自由能混合規(guī)則的群貢獻(xiàn)模型(PR+MHV1+UNIFAC和PR+LCVM+UNIFAC)。通過(guò)CO2和HFC 制冷劑的氣液相平衡實(shí)驗(yàn)獲得了-CO2、-烷烴、-CHF 和-CHF3 等基團(tuán)之間的相互作用參數(shù)，這些基團(tuán)參數(shù)對(duì)于預(yù)測(cè)其氣液相平衡性質(zhì) (壓力和氣相摩爾分?jǐn)?shù)) 至關(guān)重要。PR+LCVM+UNIFAC 模型計(jì)算的AARDp值為5.53%，AADy1值為0.0132，PR+MHV1+UNIFAC 模型的AARDp值和AADy1值分別為7.40%和0.0229。然而，對(duì)于CO2+R32 系統(tǒng)，PR+MHV+UNIFAC 預(yù)測(cè)模型的預(yù)測(cè)精度較高，AARDp和AADy1的值分別為1.53%和0.0045。綜上所述，對(duì)于CO2+HFC 二元混合物，PR+LCVM+UNIFAC 預(yù)測(cè)模型預(yù)測(cè)精度較高，但對(duì)于CO2+R32 二元混合物，PR+MHV1+UNIFAC 模型也具有獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)。根據(jù)基團(tuán)貢獻(xiàn)模型的預(yù)測(cè)結(jié)果，與之前系統(tǒng)使用的PR+MHV1+UNIFAC 模型相比，PR+LCVM+UNIFAC 模型的計(jì)算進(jìn)度顯著提高。

關(guān)鍵詞：冷電聯(lián)合循環(huán)；CO2+HFC 二元混合物；氣液相平衡；基團(tuán)貢獻(xiàn)模型；PR+MHV1+UNIFAC 模型；PR+LCVM+UNIFAC 模型

引用格式：JUSTC,2023,53(10): 1006