原标题：【优博微展2016】董若宇：微纳粒子的定向性与热导率可控的热智能材料研究

董若宇：2016年清华大学优秀博士学位论文二等奖获得者

微纳粒子的定向性与热导率可控的热智能材料研究

Orientationof micro/nanoparticles andthermal smartmaterials with tunablethermal conductivity

作 者：董若宇

指导教师：曹炳阳教授

培养院系：航天航空学院

学 科：动力工程及工程热物理

读博感言：一分耕耘，一分收获。

研究背景/选题意义/研究价值

在热源功率/环境温度随时间发生剧烈变化的环境下，常规材料由于热导率基本不变，导致系统的温度等热工参数大幅度波动，严重时将使系统不能安全有效地工作。为应对微电子、光电子、航空航天等领域环境条件波动而要求

因而，本博士论文提出基于定向性实时调控热导率的方法：外场控制下低维颗粒在液体中定向对齐分布，沿此定向方向热导率比未施加外场时提高，且热性能的变化具有可逆性。

主要研究内容

本文的研究遵循着外场作用——微观粒子结构——宏观物理性质这条主线：首先，探究了非球形颗粒在平衡态下的转动扩散问题，将其和传统的平动扩散问题对比分析；接下来，在剪切流场、电场和温度场下实现了颗粒的定向控制，以转动扩散系数作为描述定向性的核心参数，提出了提高定向性的统一方法；最后，对不同外场下定向的控制方案进行对比总结，提出使用电场的最优方案，制备氧化石墨烯-硅油分散液热智能材料，初步实现其热性能在直流电场下的可控性。

采用激光闪光法测试氧化石墨烯-硅油分散液热导率，施加的直流电场方向平行于激光闪光法的测试方向

分散液热导率随直流电场强度增大而增大，热导率可调控范围初步达到100%~130%

主要创新点

1、基于统计理论提出棒状颗粒转动扩散系数计算的三种方法：均方角位移法，角速度自相关法和非平衡方法，应用于碳纳米管转动扩散系数的分子动力学模拟

2、分子动力学模拟发现碳纳米管在剪切流场中三维转动存在完全、间断和随机三种特殊定向行为，揭示定向本质为外场和布朗转动的共同作用，为定向性的控制和提高提供了理论依据。在温度梯度场下，基于微流体实验首次观察到非球形聚苯乙烯微胶粒的微弱定向性。

3、制备了可直流电场调节的氧化石墨烯-硅油分散液热智能材料，实现了定向纤维链状结构和热导率的大幅度调节。

代表性学术发表

1、Dong RY, CaoB Y. Anomalous orientations of a rigid carbon nanotube in a sheared fluid.Scientific Reports, 2014, 4: 6120. (SCI收录, IF: 5.578)

2、Cao B Y, DongR Y.Molecular dynamics calculation of rotationa凤凰时时彩平台官网l diffusion coefficient of a carbonnanotube in fluid. Journal of Chemical Physics, 2014, 140: 34703. (SCI收录, IF: 2.952)

3、 Dong R Y,Zhou Y, Yang C, Cao B Y. Experimental study on thermophoresis of colloids inaqueous surfactant solutions. Journal of Physics: Condensed Matter, 2015, 27:495102. (SCI收录,IF:2.346)

来源：清华大学研究生院

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