Коэффициент теплопроводности чем выше тем: Коэффициент теплопроводности | Кана-ДА. Строительство каркасных домов в Хабаровске

Расчет коэффициента теплопередачи / ППУ XXI ВЕК – Напыление ППУ

Эта статья поможет вам самостоятельно выяснить, какие потери тепла вы несете. Для этого необходимо знать четыре основные термина. С первого взгляда они означают одно и то же, поэтому и надо рассмотреть их внимательнее.

Коэффициент теплопередачи

Коэффициент теплопередачи показывает, как хорошо элемент конструкции (крыша, стена, пол) проводит тепло. Чем ниже этот показатель, тем хуже пропускается тепло и тем лучше теплоизоляция.

Определение коэффициента теплопередачи звучит следующим образом: потеря энергии квадратным метром поверхности при разности температур внешней и внутренней. Это определение влечет за собой взаимосвязь ватт, квадратных метров и Кельвина  W/(m2·K).

Кельвин – это единица температуры. 0 Кельвинов – минимально возможное значение температуры. При разности температур значения Кельвина совпадают с градусами по Цельсию.Следующий пример с неизолированной стеной в старой постройке показывает значение коэффициента теплопередачи.

В начале 20 века внешние стены дома строили из полнотелого кирпича толщиной 24 см, с двух сторон стена покрывалась штукатуркой толщиной 1,5 см. коэффициент теплопередачи такой стены примерно составляет 2 W/(m2·K).

При разности температур в 1Кельвин (например 21 градус внутри помещения и 20 снаружи) потеря энергии составляет 2 Ватта за квадратный метр. Стена площадью 30 метров квадратных (12*2,5) теряет примерно 60 Ватт.

При понижении внешней температуры соответственно увеличивается потеря энергии. При внешней температуре 0, разница составит 21 градус, а потеря тепла 21 Kельвин x 60 Ватт/Kельвин = 1260 Ватт или 1,26 кВатт. За 24 часа получается 24ч х 1,26 кВатт=30 кВатт/сут., что соответствует расходу топлива объемом 3 литра.

Коэффициент теплопередачи – это предпочтительный способ сравнения конструкций с энергетической точки зрения.

Теплопроводность лямбда λ

Теплопроводность – это свойство материала. Она показывает, насколько хорошо материал проводит тепло и не зависит от его плотности. Теплопроводность подходит для сравнения различных изоляционных материалов, но не для архитектурных конструкций. Теплопроводность – это тепловой ток (Ватт) на разность температур на площадь поперечного сечения умножить на толщину материала. Чем больше толщина материала, тем меньше теплового тока (и наоборот: чем больше площадь поперечного сечения, тем больше теплового тока). Теплопроводность считается по формуле  W/(m·K). Но это не означает «Ватт разделить на метр, умноженный на Кельвин». А «Ватт, разделить на метр квадратный(поперечное сечение)умножить на  метр (толщина материала) разделить на Кельвин» 

Если разделить теплопроводность на толщину материала, то получится коэффициент пропуска тепла с единицей измерения тепловой ток(Ватт) на квадратный метр поверхности и на Кельвин. Эта формула совпадает с коэффициентом теплопередачи, но значения этих понятий различны. Коэффициент теплопередачи учитывает термическое сопротивление воздуха в помещении на стену, также как внешнего воздуха на внешнюю стену.

В расчетах коэффициента теплопередачи расчет ведется исходя из разницы в температуре воздуха, а в коэффициенте пропуска тепла – в температуре материалов.

Сопротивление пропуску тепла R

Сопротивление пропуску тепла является обратной величиной коэффициенту пропуска тепла R = d/λ. D при этом толщина слоя. Сопротивление пропуску тепла описывает, как определенный материал не пропускает тепло.  Чем выше сопротивление пропуску тепла, тем лучше теплоизоляция. Единица измерения m

2K/W.

Что обозначает и как определяется теплопроводность строительных материалов?


Коэффициенты теплопроводности и теплоемкости  материалов

При выборе теплоизоляционного материала или утеплителя очень важно знать его характеристики. И самыми важными являются коэффициенты теплопроводности и теплоемкости. В принципе, эти параметры взаимозависимые.

Итак, теперь немного вспомним общей информации из школьных уроков физики, что бы более подробно разобраться.
Теплопередача — процесс передачи тепловой энергии, который происходит обязательно при разности энергий ( температуры ) между атомами или молекулами при взаимодействии друг с другом. Он может быть как внутри одного вещества, между областями с разными температурами, так и через границу соприкосновения разных веществ. Скорость теплопередачи зависит от свойств вещества и разности температур.

Теплопроводность — это способность любого материала проводить или передавать тепло по своей длине. В качестве ее меры, для сравнения различных материалов, введен коэффициент теплопроводности, который измеряется в ВАТТ/(МЕТР х ТЕМПЕРАТУРУ ). То есть, если простыми словами: какое количество энергии будет выделятся и какая будет температура с одного конца стержня ( у испытуемого материала на теплопроводность) длинной 1 метр, при одинаковом нагреве с другого конца. Наглядное видео опытов смотрите в конце статьи.

Теплоемкость, способность материала принимать тепловую энергию, нагреваться по всему объему и ее накапливать, при воздействии температуры.

Сначала рассмотрим в твердом теле. Напомню, в нем атомы или молекулы не перемешиваются друг с другом, они прочно связаны с соседними, условно говоря, в виде кристаллической решетки, сохраняя общую форму тела, но колеблются около точек равновесия — узлов кристаллической решетки.
кристаллическая решетка твердого тела
В твердых телах тепловая энергия передается через колебания ( вибрацию ) атомов или молекул, но сами они остаются на месте, в узлах кристаллической решетки. Чем выше частота или амплитуда колебаний, тем выше температура тела. Нагревая с одного конца стержень, атомы начинают сильнее вибрировать, толкая соседние. Так как плотность твердого тела очень высокая, то есть количество атомов и молекул в единице объема очень велико, то и энергии будет передаваться много.

Но при соударении «выбивается» квант света — фотон, то часть энергии теряется в окружающее пространство, сначала в виде невидимого глазу, теплового инфракрасного излучения, а при большем нагреве уже и видимого.

Вот почему светится лампочка при нагреве нити накаливания. В результате, в не изолированной системе, каждый последующий атом будет получать меньше энергии.

Газы

В отличии от твердых тел, атомы или молекулы газа, мало того, что вообще не связаны друг с другом, они и не хотят связываться. Отталкиваясь друг от друга, молекулы газа стремятся равномерно заполнить весь объем пространства ограниченное твердым телом.

Движение молекул хаотичное, так называемое броуновское и температура газа зависит от скорости этого хаотичного движения. Для сравнения, молекулы воздуха, при обычном давлении и температуре 20 градусов движутся со скоростью 500 метров в секунду между соударениями. Хотя перемещение в пространстве гораздо меньше.

Тепло в газе передается за счет передачи энергии скорости через соударение с другими молекулами. Но эта энергия может еще переносится на большое расстояние за счет конвекции — перемещении газа целыми потоками.

Есть еще понятие естественная конвекция — при нагреве нижних слоев газа, которые ближе к земле, увеличивается общая скорость броуновского движения, молекулы сильнее расталкивают друг друга, от этого уменьшается плотность газа и этот нижний, нагретый слой становится легче и подымается вверх, а на его место опускается холодный, верхний слой.

Паропроницаемость строительных материалов

        Все люди, когда строят свой дом, хотят чтобы он был прочным, надежным, долговечным и чтобы жить в нем было комфортно. В этой статье мы уделим внимание микроклимату помещения, разберемся, по каким параметрам он определяется, и как построить действительно комфортный для проживания дом. На микроклимат помещения влияют физические свойства материалов из которого оно построено, а так же их последовательность внутри ограждающей конструкции. Основные физические свойства материалов: плотность, паропроницаемость, теплопроводность, теплоустойчивость и теплоусвоение.
            Паропроницаемость. Многие слышали, что «дышащие» стены – это вроде бы хорошо. Но далеко не все знают, что это вообще такое. Так вот материал называют «дышащим», если он пропускает не только воздух, но и пар, то есть имеет паропроницаемость. Керамзит, дерево и пенобетон имеют хорошую паропроницаемостью. Некоторой паропроницаемостью облажает кирпич и бетон, но очень маленькой.

Выдыхаемый человеком, выделяемый при приготовлении пищи или принятии ванной, пар, если в доме нет вытяжки, создаёт повышенную влажность. Признаком этого является появление конденсата на окнах или на трубах с холодной водой. Считается, что если стена имеет высокую паропроницаемость, то в доме легко дышится.

          На самом деле это не совсем так. В современном доме, даже если стены в доме из «дышащего» материала, 96% пара, удаляется из помещений через вытяжку и форточку, и только 4% через стены. Если на стены наклеены виниловые или флизиленовые обоями, то стены влагу не пропускают. А если стены действительно «дышащие», то есть без обоев и прочей пароизоляции, в ветреную погоду из дома выдувает тепло. А ещё они менее долговечны. Чем выше паропроницаемость материала, тем больше он может набрать влаги, и как следствие, у него более низкая морозостойкость. Пар, выходя из дома через стену, в «точке росы»  превращается в воду. Производители строительных материалов, таких как газоблок и пенобетон, хитрят, когда рассчитывают теплопроводность материала, они всегда считают, что материал идеально сухой.

Теплопроводность отсыревшего газоблока увеличивается в 5 раз, то есть в доме будет, мягко говоря, очень холодно. Но самое страшное, что при падении ночью температуры, точка росы смещается внутрь стены, а конденсат, находящийся в стене замерзает. Вода при замерзании расширяется и частично разрушает структуру материала. Несколько сотен таких циклов приводят к полному разрушению материала. Поэтому паропроницаемость строительных материалов вещь не только бесполезная, но и вредная.

          В многослойной конструкции на паропроницаемость влияет последовательность слоев и расположение утеплителя. На рис 1 видно, что вероятность распределения температуры, давления насыщенного пара Рн и давления не насыщенного пара Рр предпочтительнее, если утеплитель находиться с фасадной стороны ограждающей конструкции. При расположении утеплителя внутри здания между ним и несущей конструкциеей образуется конденсат, который ухудшает микроклимат помещения и постепенно разрушает несущую сину.

         Теплопроводность — один из видов переноса теплоты (энергии теплового движения микрочастиц) от более нагретых частей тела к менее нагретым, приводящий к выравниванию температуры. Если материал стен обладает высокой теплопроводностью, то жить в таком доме будет крайне не комфортно. Стены будут быстро проводить тепло или холод с улицы в помещение.

          Теплоемкость – количество теплоты, которое нужно подвести к объему вещества, для изменения его температуры.

    Теплоусвоение. Теплофизические свойства ограждающей конструкции выравнивать колебания температуры в помещении, за счет поглощения ее материалом стен. Это свойство особенно полезно в условиях теплого кубанского климата. Днем материал стен поглощает тепло и отдает прохладу, ночью поглощает прохладу, отдает тепло. Усвоение тепла материалом ограждающей конструкции определяется коэффициентом теплоусвоения и зависит от величины теплопроводности, теплоемкости и объемной массы стены. Чем выше эти параметры, тем сильнее материал будет сглаживать температуру. Из таблицы 1 видно, что наибольшим теплоусвоением обладают металлы, из каменных конструкций бетон и железобетон.

       Теплоустойчивость. Свойство ограждающей конструкции сохранять при колебаниях потока тепла относительное постоянство температуры на поверхности, обращенной в помещение, называется теплоустойчивостью. От постоянства температуры на внутренней поверхности ограждающих конструкций зависит обеспечение условий комфорта для пребывающих в помещении людей.

         Теплоустойчивость ограждающей конструкции обеспечивается преимущественно теплоемкостью слоя резких колебаний. В часы действия отопления тепло накапливается в этом слое, а при перерывах в работе отопительной системы поступает в помещение, согревая внутренний воздух и обеспечивая относительное постоянство его температуры.
Такая теплоемкость может быть названа активной. Если указанный слой будет выполнен из материала с большим теплоусвоением, то в значительной мере будет обеспечена теплоустойчивость всей ограждающей конструкции.

Величина коэффициента теплопроводности здесь дается в системе единиц СГСЭ. Если выражать тепловой поток в калориях, то коэффициент теплопроводности следует приводить в калориях на градус на 1 CMZ. Новый численный коэффициент будет равен 3 — 10 — 14 кал / град. Из формулы (5.25) следует, что теплопроводность полностью ионизированной плазмы очень быстро растет с температурой. Уже при Г-105 коэффициент теплопроводности водородной плазмы превышает коэффициент теплопроводности серебра при комнатной температуре. [1]

Величина коэффициента теплопроводности определяется как среднее значение для всех 4 плит, так как все они в одинаковой степени участвуют в процессе нагрева. Данные опыта, полученные на основе одновременного испытания 4 образцов, дают более полную и надежную характеристику материала.

Величина коэффициента теплопроводности зависит от объемного веса, влажности и температуры материала. При увеличении объемного веса материала, его влажности и температуры значение коэффициента теплопроводности возрастает. Значения коэффициента теплопроводности строительных материалов приводятся в Строительных нормах и правилах ( см. СНиП П — А.

Величина коэффициента теплопроводности зависит от природы вещества, его структуры, температуры и других факторов. Наибольшим коэффициентом теплопроводности обладают металлы, наименьшим — газы.

Величина коэффициента теплопроводности для одного и того же материала не является величиной постоянной, она может изменяться в зависимости от его объемного веса, влажности, температуры и направления теплового потока.

Величина коэффициента теплопроводности А, зависит от природы тел и от их температуры.
К выводу уравнения теплопроводности для однослойной плоской стенки.     К выводу уравнения теплопроводности для однослойной плоской стенки.

Величина коэффициента теплопроводности Я зависит от природы вещества, его структуры, температуры и ряда других факторов. В зависимости от значений коэффициентов теплопроводности применяемые при конструировании химических аппаратов материалы могут быть условно подразделены на хорошие проводники тепла — металлы и плохие — теплоизоляционные материалы и газы.

Величина коэффициента теплопроводности представляет собой количество тепла, которое проходит в единицу времени через один квадратный метр изотермической поверхности при температурном градиенте, равном единице.

Величина коэффициента теплопроводности зависит от объемного веса, влажности и температуры материала. При увеличении объемного веса материала, его влажности и температуры коэффициент теплопроводности увеличивается.

Влажность строительного материала и ее определение

Влажность способствует повышению теплопроводности: более сырой материал имеет больший коэффициент теплопроводности и обладает худшими теплозащитными характеристиками по сравнению с сухим. Это вызвано тем, что при увлажнении материала его поры заполняются водой, имеющей высокий коэффициент теплопроводности (приблизительно в 20 раз больший, чем воздух).

Чем больше влаги впитывает материал, тем выше становится его теплопроводность. Например, при повышении влажности кирпичной стены толщиной 0,5 м из обыкновенного глиняного кирпича с нормальной, равной 2 %, до 8 %, ее теплозащита ухудшается более чем на 30 %. И если при температуре внутреннего воздуха +20 СС и наружного  20 °С на поверхности сухой стены температура составляет 14,4 °С, то на сырой стене на 2,7 °С ниже и равняется 11,7°С (рис. 2.5).

Поэтому для теплозащиты домов очень важно, чтобы строительный материал, и в первую очередь утеплитель, был обязательно сухим, а конструкции наружных ограждений были сделаны с таким расчетом, чтобы в них не образовывался конденсат и не скапливалась влага, приводящая к ухудшению теплоизоляционной способности стен, окон, чердачных перекрытий, полов первого этажа.
              На теплопотери через ограждения наибольшее влияние оказывает их способность передавать теплоту, которая зависит от коэффициента теплопроводности и толщины материала. Чем меньше коэффициент теплопроводности и толще стена, тем больше ее термическое сопротивление (передаче теплоты) и лучше ее теплозащитные свойства.

Кроме того, количество теряемой теплоты зависит от сопротивления теплообмену конвекцией и излучением у поверхности внутренней и наружной стен. Чем интенсивнее происходит теплообмен, тем больше теплоты теряется из помещения и передается внутренней поверхности конструкции или отдается поверхностью стены наружу, тем меньше сопротивление теплообмену и хуже теплозащита.

Таким образом, теплозащитная способность стены, ее сопротивление теплопередаче, зависят от интенсивности передачи теплоты на трех участках (у внутренней поверхности, в толще ограждения, у наружной поверхности), каждый из которых имеет свое сопротивление. Общее сопротивление теплопередаче представляет собой их сумму (рис. 2.6).

Теплопроводность железобетона

Теплопроводность железобетона — коэффициент теплопроводностиЖелезобетон является композиционным материалом, который состоит из стали и бетона. Теплопроводность железобетона составляет 1,7 Вт/(м °С), при плотности бетона 2500кг/м3. Известно, что теплопроводность тяжелых бетонов в несколько раз больше, чем у легких.

Характеристики материала.

Тепловой поток, передающийся через всю толщину бетона, возникает из-за разности температур на поверхности материала. Следует учитывать, что бетон проводит тепло хуже чем сталь. Благодаря своей невысокой теплопроводности, любой железобетон обладает очень высокой стойкостью к огню. Железобетон выдерживает очень высокие температуры в течение длительного времени, не трескаясь и не разрушаясь.

Следует отметить и теплоемкость данного материала, которая составляет около 0,00001 °С, следовательно при увеличении температуры, бетон будет расширяться. Сем выше температура, тем сильнее расширяется бетон. Чтобы не было растрескиваний при строительстве из железобетона объектов большой протяженности, их разделяют температурно-усадочными швами.

Теплопроводность любого материала, в том числе и железобетона, зависит от проводимости тепла его составляющих. Следовательно, эта характеристика в основном определяется видом используемого заполнителя бетона и металлических вставок.
От чего зависит и на что влияет.

Между теплопроводностью и плотностью железобетона существует общая зависимость. Аморфные материалы меньше проводят тепло, чем кристаллические. Например, силикатное стекло с плотностью 2500кг/м3 имеет теплопроводность около 0,8 Вт/(м °С), а железобетон 1,7 Вт/(м °С).

Чем выше плотность бетона, тем больше тепла он проводит, но при этом у этого правила есть и отклонения, зависящие от состава материала. Все данные, влияющие на этот показатель, можно рассчитать по специальным формулам. По формулам вычисляется коэффициент, зависящий от плотности материала.

Также, он зависит от влажности. Этот показатель для воды составляет 0,58 Вт/(м °С), поэтому если поры железобетона заполнит вода, то увеличится и проводимость тепла. Увлажненный железобетон несет большие теплопотери и зимой может промерзать и растрескиваться.

Итак, из всего вышесказанного, можно сделать вывод, что от этой характеристики зависят теплопотери, промерзание, растрескивание и разрушение материала, но при этом при теплопроводности в 1,7 Вт/(м °С) он не боится огня и имеет хорошие свойства.

Статистика Видео:  0

Цоколи и первые этажи: как снизить теплопотери

Содержание статьи:

Утепление фасада плитами ПЕНОПЛЭКС® — оптимальное решение для обустройства стен цокольных и первых этажей.

На фото: цоколь нового торгового центра на Рижском пр. в Пскове с теплоизоляцией ПЕНОПЛЭКС®

От потерь тепла нельзя избавиться, их можно только свести к минимуму. Для этого существует теплоизоляция. Главный критерий эффективности теплоизоляционного материала — коэффициент теплопроводности, обозначаемый греческой буквой λ. Чем этот показатель ниже, тем выше сопротивление теплопередаче у защищаемой ограждающей конструкции.

Коэффициент теплопроводности

Одним из самых низких коэффициентов теплопроводности среди ходовых утеплителей обладает экструзионный пенополистирол. Приложение Т к СП 50.13330.2012 дает значение λ для этого материала от 0,029 Вт/м°С в сухом состоянии до 0,032 Вт/м°С в условиях эксплуатации Б (см. тот же норматив п. 4.3). Производитель теплоизоляции ПЕНОПЛЭКС® из экструзионного пенополистирола обычно дает величину 0,034 Вт/м°С с учетом срока службы. Тем не менее, в приложении Т.к. основному федеральному нормативу по теплозащите не найти теплоизоляционного материала с λ меньше 0,034 Вт/м°С. Это указывает на более высокую эффективность экструзионного пенополистирола по сравнению с другими утеплителями.

Влагостойкость

К сожалению, по соображениям экономии для утепления первых и цокольных этажей всё ещё применяются конструкции с другими материалами, однако недостатки таких конструкций в большей степени связаны с другим критерием выбора утеплителя — влагостойкостью.

На рис.: воздействие влаги на конструкции фасадов с невлагостойкими утеплителями

На схеме показано воздействие влаги на конструкцию стены. Зимой нижняя часть здания находится под снежным покровом, который растепляется, и влага просачивается в конструктивные материалы через стыки, зазоры, трещины, а также по капиллярам. В другие времена года на стену цокольного и первого этажа воздействуют дожди, а также грунтовые воды и почвенная влага, попадающая в землю вследствие осадков.

Невлагостойкий утеплитель, пропитываясь сыростью, быстро теряет теплозащитные свойства — его λ растет, поскольку у воды теплопроводность более чем в 10 раз выше.

На фоне других утеплителей экструзионный пенополистирол выглядит незаменимым. Водопоглощение теплоизоляции ПЕНОПЛЭКС® не превышает 0,5% по объему, это пренебрежимо малая величина. Низкая теплопроводность и практически нулевое водопоглощение экструзионного пенополистирола обеспечивают стенам первых и цокольных этажей надежную теплозащиту на долгие годы. Минимальный срок службы плит ПЕНОПЛЭКС® по результатам испытаний в НИИ Строительной физики составляет 50 лет.

На рис.: схема конструкции стены первого или цокольного этажа с применением теплоизоляции ПЕНОПЛЭКС®, вариант с бетонным основанием и финишным слоем из декоративно-защитной штукатурки

Биостойкость

Следует отметить еще одно важное качество экструзионного пенополистирола — биостойкость. Условия повышенной влажности, в которых находятся цоколи и первые этажи, провоцируют появление различных микроорганизмов, в том числе биодеструкторов: бактерий, плесени, грибка. Однако микологические испытания плит ПЕНОПЛЭКС® показали, что они не могут быть очагом для размножения и развития плесневых грибков и других биодеструкторов.

На официальном сайте теплоизоляции ПЕНОПЛЭКС® можно скачать стандарт организации СТО 54349294-001-2015 «Применение ПЕНОПЛЭКС® в ограждающих конструкциях первых и цокольных этажей», который служит подробным справочным материалом для проектирования фасадных систем. Также на сайте можно скачать BIM-модели ограждающих конструкций с применением теплоизоляции ПЕНОПЛЭКС®, включая фасады.


12.05.2020

Возврат к списку

Произошла ошибка при настройке пользовательского файла cookie

Этот сайт использует файлы cookie для повышения производительности. Если ваш браузер не принимает файлы cookie, вы не можете просматривать этот сайт.


Настройка браузера на прием файлов cookie

Существует множество причин, по которым файл cookie не может быть установлен правильно. Ниже приведены наиболее распространенные причины:

  • В вашем браузере отключены файлы cookie. Вам необходимо сбросить настройки браузера, чтобы принять файлы cookie, или спросить вас, хотите ли вы принимать файлы cookie.
  • Ваш браузер спрашивает, хотите ли вы принимать файлы cookie, и вы отказались. Чтобы принять файлы cookie с этого сайта, нажмите кнопку «Назад» и примите файл cookie.
  • Ваш браузер не поддерживает файлы cookie. Попробуйте другой браузер, если вы подозреваете это.
  • Дата на вашем компьютере в прошлом. Если часы вашего компьютера показывают дату до 1 января 1970 г., браузер автоматически забудет файл cookie. Чтобы это исправить, установите правильное время и дату на своем компьютере.
  • Вы установили приложение, которое отслеживает или блокирует установку файлов cookie. Вы должны отключить приложение при входе в систему или проконсультироваться с системным администратором.

Почему этому сайту требуются файлы cookie?

Этот сайт использует файлы cookie для повышения производительности, запоминая, что вы вошли в систему, когда переходите со страницы на страницу. Предоставить доступ без файлов cookie потребует от сайта создания нового сеанса для каждой посещаемой вами страницы, что замедляет работу системы до неприемлемого уровня.


Что сохраняется в файле cookie?

Этот сайт не хранит ничего, кроме автоматически сгенерированного идентификатора сеанса в файле cookie; никакая другая информация не фиксируется.

Как правило, в файле cookie может храниться только та информация, которую вы предоставляете, или выбор, который вы делаете при посещении веб-сайта. Например, сайт не может определить ваше имя электронной почты, если вы не решите ввести его. Разрешение веб-сайту создавать файлы cookie не дает этому или любому другому сайту доступ к остальной части вашего компьютера, и только сайт, создавший файл cookie, может его прочитать.

Высокая теплопроводность цепочечно-ориентированного аморфного политиофена

  • Чой, К. Л. Теплопроводность полимеров. Полимер 18 , 984–1004 (1977).

    КАС Статья Google ученый

  • Генри А. Тепловой перенос в полимерах. Энн. Версия Heat Transfer http://dx.doi.org/10.1615/AnnualRevHeatTransfer.2013006949 (2013 г.).

  • Хан З.Д. и Фина А. Теплопроводность углеродных нанотрубок и их полимерных нанокомпозитов: обзор. Прог. Полим. науч. 36 , 914–944 (2011).

    КАС Статья Google ученый

  • Ван Х., Хо В., Сегалман Р. А. и Кэхилл Д. Г. Теплопроводность высокомодульных полимерных волокон. Макромолекулы 46 , 4937–4943 (2013).

    КАС Статья Google ученый

  • Лю, Дж. и Ян Р. Зависимая от длины теплопроводность одиночных вытянутых полимерных цепей. Физ. Ред. B 86 , 104307 (2012 г.).

    Артикул Google ученый

  • Аркадий А., Михаил Б., Олег Г., Эяль З. Влияние надмолекулярной структуры на эластичность полимерных нановолокон. Природа Нанотех. 2 , 59–62 (2007).

    Артикул Google ученый

  • Чой, К.Л., Вонг, Ю.В., Ян, Г.В. и Канамото, Т. Модуль упругости и теплопроводность сверхвытянутого полиэтилена. Дж. Полим. науч. 37 , 3359–3367 (1999).

    КАС Статья Google ученый

  • Лим, К., Тан, Э. и Нг, С. Влияние кристаллической морфологии на свойства растяжения электроформованных полимерных нановолокон. Заяв. физ. лат. 92 , 141908 (2008 г.).

    Артикул Google ученый

  • Чой, К. Л., Чен, Ф.К. и Лук, В.Х. Теплопроводность ориентированных кристаллических полимеров. Дж. Полим. науч. 18 , 1187–1207 (1980).

    КАС Google ученый

  • Папков Д. и др. Одновременно прочные и жесткие сверхтонкие непрерывные нановолокна. ACS Nano 7 , 3324–3331 (2013).

    КАС Статья Google ученый

  • Прашер, Р.Материалы термоинтерфейса: историческая перспектива, состояние и направления развития. Проц. IEEE 94 , 1571–1586 (2006).

    КАС Статья Google ученый

  • Курабаяши К., Ашеги М., Тоузельбаев М. и Гудсон К. Э. Измерение анизотропии теплопроводности в полиимидных пленках. J. Микроэлектромех. Сист. 8 , 180–191 (1999).

    КАС Статья Google ученый

  • Лу, Г. и другие. Сушка усилила адгезию массивов политиофеновых нанотрубочек к гладким поверхностям. ACS Nano 2 , 2342–2348 (2008 г.).

    КАС Статья Google ученый

  • Сяо, Р., Чо, С.И., Лю, Р. и Ли, С.Б. Контролируемый электрохимический синтез структур проводящих полимерных нанотрубок. Дж. Ам. хим. соц. 129 , 4483–4489 (2007).

    КАС Статья Google ученый

  • Мартин, К.R. Наноматериалы: синтетический подход на основе мембран. Наука 266 , 1961–1966 (1994).

    КАС Статья Google ученый

  • Кэннон, Дж. П., Берден, С. Д. и Голд, С. А. Влияние смачивающего растворителя на поли(3-гексилтиофен)(P3HT) нанотрубки, изготовленные посредством смачивания шаблона. Синтез. Встретились. 160 , 2623–2627 (2010).

    КАС Статья Google ученый

  • Шен, С., Генри А., Тонг Дж., Чжэн Р. и Чен Г. Полиэтиленовые нановолокна с очень высокой теплопроводностью. Природа Нанотех. 5 , 251–255 (2010).

    КАС Статья Google ученый

  • Баззауи, Э. А. и др. Спектры ГКР политиофена в легированном и нелегированном состояниях. J. Phys. хим. 99 , 6628–6634 (1995).

    КАС Статья Google ученый

  • Луарн, Г., Buisson, JP, Lefrant, S. & Fichou, D. Вибрационные исследования ряда альфа-олиготиофенов в качестве модельных систем политиофена. J. Phys. хим. 99 , 11399–11404 (1995).

    КАС Статья Google ученый

  • Ши, Л. и др. Измерение тепловых и термоэлектрических свойств одномерных наноструктур с помощью микроизготовленного устройства. J. Heat Transfer 125 , 881–888 (2003).

    КАС Статья Google ученый

  • Кэхилл Д.Г., Уотсон С.К. и Пол Р.О. Нижний предел теплопроводности неупорядоченных кристаллов. Физ. Ред. B 46 , 6131–6140 (1992).

    КАС Статья Google ученый

  • Буллен А.Дж., О’Хара К.Е., Кэхилл Д.Г., Монтейро О. и фон Кеделл А. Теплопроводность тонких пленок аморфного углерода. J. Appl. физ. 88 , 6317–6320 (2000).

    КАС Статья Google ученый

  • Лю, Х. и др. Высокая теплопроводность пленки гидрогенизированного аморфного кремния. Физ. Преподобный Летт. 102 , 035901 (2009).

    Артикул Google ученый

  • Аллен, П.Б., Фельдман, Дж. Л., Фабиан, Дж. и Вутен, Ф. Диффузоны, локоны и пропагоны: характер атомных колебаний в аморфном кремнии. Фил. Маг. B 79 , 1715–1731 (1999).

    КАС Статья Google ученый

  • Фельдман Дж. Л., Клюге М. Д., Аллен П. Б. и Вутен Ф. Теплопроводность и локализация в стеклах: численное исследование модели аморфного кремния. Физ. Ред. B 48 , 12589–12602 (1993).

    КАС Статья Google ученый

  • Регнер, К.Т. и др. Вклад широкополосных фононов в теплопроводность, измеренный с использованием теплового отражения в частотной области. Природа Коммуна. 4 , 1640 (2013).

    Артикул Google ученый

  • Осинин С., Носов М. Связь между скоростью звука и ориентацией цепных молекул в анизотропных системах. Мех. Композиции Матер. 2 , 4–6 (1966).

    Google ученый

  • Кола, Б.А. и др. Фотоакустическая характеристика тепловых интерфейсов массива углеродных нанотрубок. J. Appl. физ. 101 , 054313 (2007 г.).

    Артикул Google ученый

  • Мохаммад Ф., Калверт П. Д. и Биллингем Н. К. Термическая стабильность электрохимически полученных политиофена и полипиррола. Бык. Матер. науч. 18 , 255–261 (1995).

    КАС Статья Google ученый

  • Отиаба, К.и другие. Материалы термоинтерфейса для автомобильного электронного блока управления: тенденции, технологии и задачи НИОКР. Микроэлектрон. Надежный 51 , 2031–2043 (2011).

    Артикул Google ученый

  • Кэхилл, Д. Г. и Пол, Р. О. Тепловой поток и колебания решетки в стеклах. Твердотельный коммуник. 70 , 927–930 (1989).

    Артикул Google ученый

  • Чой, К.Л., Тонг, К.В., Вонг, Х.К. и Леунг, В.П. Теплопроводность аморфных сплавов при температуре выше комнатной. J. Appl. физ. 70 , 4919–4925 (1991).

    КАС Статья Google ученый

  • Taphouse, J. H. et al. Тепловые интерфейсы из углеродных нанотрубок улучшены за счет напыления наноразмерных полимерных покрытий. Нанотехнологии 24 , 105401 (2013).

    Артикул Google ученый

  • Тапхаус, Дж.Х., Смит, О.Н.Л., Мардер, С.Р. и Кола, Б.А. Модификатор поверхности пиренилпропилфосфоновой кислоты для снижения теплового сопротивления контактов углеродных нанотрубок. Доп. Функц. Матер. 24 , 465–471 (2014).

    КАС Статья Google ученый

  • Высокая теплопроводность в аморфных полимерах, созданных электростатически. транспорт в аморфных и сильно неупорядоченных материалах.Согласно этой модели, κ масштабируется с атомной плотностью (ρ

    атом ) как ρатом1/6, которая здесь аппроксимирована плотностью массы (ρ), и линейно со скоростью звука, которая далее зависит от модуля упругости как E 1/2 . Поскольку плотность пленки нельзя рассчитать напрямую из данных PALS, мы интерполировали плотности при различных степенях ионизации на основе сообщаемых объемных плотностей ( 28 ). Если предположить, что плотность пленки линейно зависит от объемной плотности, объемная плотность на ~ 20% выше при pH 12 (α = 92.5%) по сравнению с pH 1 (α = 0%) предполагает относительно небольшой (~ 3%) вклад, связанный с плотностью, в увеличение κ. Рассчитанный модульный вклад в измеренное значение κ составил ~61%. На основании вклада в κ, связанного только с плотностью и модулем, теплопроводность при pH 12 прогнозируется на уровне ~0,56 Вт · м −1 K −1 , что на ~65 % больше κ, чем у Образец с pH 1 (κ = 0,34 Вт м -1 K -1 ), что значительно меньше, чем измеренное усиление ~ 250%.Наоборот, если бы увеличение κ для тонких пленок, полученных центрифугированием, можно было бы приписать исключительно увеличению модуля, модуль упругости пленки с pH 12 составил бы ~130 ГПа, что нефизично для ПАК. На рис. 2C показаны различные вклады в измеренное значение κ для каждого pH, рассчитанное с использованием κ для pH 1 в качестве базовой линии. Отметим, что измеренное значение (κ = 0,38 ± 0,04 Вт м -1 К -1 ) для образца с рН 4 ниже расчетного значения MTCM (0,43 Вт м -1 К -1 ), что согласуется с незначительной ионизацией и, следовательно, удлинением цепи в пленке спин-каст при этом рН.MTCM, основанный на колебательных состояниях, которые не являются ни полностью локализованными, ни распространяющимися (диффузоны), не полностью отражает увеличение κ, измеренное в этой системе. Мы предполагаем, что удлиненные и жесткие цепи ПАК могут привести к увеличению длины диффузии диффузонов. Поскольку ранее было показано, что дальнодействующие моды существуют в неупорядоченных твердых телах, таких как аморфный Si ( 13 , 34 ), также возможно, что небольшая популяция «пропагонов» существует в ПАА с удлиненной цепью.Однако необходимы дальнейшие исследования, чтобы понять подробные механизмы переноса тепла в этих протяженных системах. Отметим, что в предыдущей работе ( 35 ) изучалась теплопроводность ионно-сшитых полимерных солей с κ, достигающим 0,67 Вт·м -1 К -1 ; Таким образом, мы приписываем дополнительное увеличение κ, показанное в этом исследовании, дополнительному эффекту удлинения цепи в тонких пленках полиакрилата, обработанных методом центрифугирования NaOH, что приводит к большей персистентной длине и большей эффективной жесткости полимерных цепей ( 20 ). .Вполне вероятно, что преобладающий колебательный перенос тепла вдоль ковалентно связанной полимерной цепи, обеспечиваемый удлиненной и жесткой морфологией цепи, а также повышенная межцепочечная проводимость за счет более прочных ионных связей приводят к существенному увеличению κ. Измеренное увеличение κ согласуется с недавним вычислительным исследованием, которое предсказывает значительное увеличение κ с увеличением длины персистенции в аморфном полиэтилене ( 36 ). Чтобы дополнительно подтвердить вклад морфологии вытянутой цепи ионизированных цепей ПАК в измеренную теплопроводность, мы провели отжиг паров растворителя (SVA) на пленках ПАК, полученных методом центрифугирования.Поглощение паров растворителя во время SVA увеличивает подвижность цепи, что приводит к морфологическому уравновешиванию полимерных цепей, которые были кинетически заморожены ( 37 , 38 ). Как показано на рис. 2D, различия в теплопроводности между образцами «как изготовлено» и «отожженными в парах растворителя» находятся в пределах экспериментальной погрешности для образцов с низким pH, что указывает на то, что любое нарушение взаимодействия ионов и Н-связей из-за отжига в растворителе существенно не меняет κ. Однако для образцов с рН 10 и 12 были измерены гораздо более низкие теплопроводности для образцов, отожженных в растворителе, что можно объяснить скручиванием (то есть релаксацией) цепей ПАК в процессе отжига в растворителе.

    Добавить комментарий

    Ваш адрес email не будет опубликован.