正版新书]智能导热材料的设计及应用封伟9787302649052

第1章 导热概述 …………………………………………………………………… 1

1.1 导热材料 ………………………………………………………………… 1
1.2 导热机理 ………………………………………………………………… 1
1.3 影响因素 ………………………………………………………………… 3
1.3.1 导热填料 ………………………………………………………… 4
1.3.2 导热基体 ………………………………………………………… 8
1.3.3 导热界面 ………………………………………………………… 9
1.4 测试方法 ………………………………………………………………… 12
1.4.1 稳态法 ………………………………………………………… 12
1.4.2 非稳态法 ……………………………………………………… 13
1.5 研究现状及产业分析 …………………………………………………… 14
1.6 本章小结 ………………………………………………………………… 15
参考文献 ……………………………………………………………………… 16

第2章 智能导热材料概述 ……………………………………………………… 20

2.1 智能导热材料概念 ……………………………………………………… 20
2.2 智能导热材料传热机理 ………………………………………………… 21
2.2.1 声子热传导 …………………………………………………… 21
2.2.2 本征型智能导热材料声子传导 ……………………………… 22
2.2.3 嵌入式智能导热材料声子传导 ……………………………… 23
2.3 影响因素 ………………………………………………………………… 24
2.3.1 环境温度 ……………………………………………………… 24
2.3.2 体积形态 ……………………………………………………… 26
2.3.3 其他因素 ……………………………………………………… 28
2.4 智能导热材料分类 ……………………………………………………… 28
2.4.1 金属基智能导热材料 ………………………………………… 29
2.4.2 非金属碳基智能导热材料 …………………………………… 32
2.4.3 聚合物基智能导热材料 ……………………………………… 37

Ⅳ


2.4.4 相变智能导热材料 …………………………………………… 38
2.4.5 热致形状记忆智能材料 ……………………………………… 40
2.4.6 热致变色智能材料 …………………………………………… 41
2.4.7 高导热智能热界面复合材料 ………………………………… 42
2.5 本章小结 ………………………………………………………………… 44
参考文献 ……………………………………………………………………… 44

第3章 智能化性能设计 ………………………………………………………… 48
3.1 温度感知 ………………………………………………………………… 48
3.1.1 形状记忆聚合物材料 ………………………………………… 48
3.1.2 温敏型水凝胶材料 …………………………………………… 52
3.1.3 液晶弹性体材料 ……………………………………………… 54
3.2 智能导热调控 …………………………………………………………… 58
3.2.1 纳米悬浮液材料 ……………………………………………… 58
3.2.2 相变材料 ……………………………………………………… 59
3.2.3 原子插层材料 ………………………………………………… 60
3.2.4 软物质材料 …………………………………………………… 61
3.2.5 受特定外场调控的材料 ……………………………………… 61
3.3 自修复导热调控 ………………………………………………………… 62
3.3.1 自修复概况 …………………………………………………… 63
3.3.2 外援型自修复导热复合材料 ………………………………… 64
3.3.3 本征型自修复导热复合材料 ………………………………… 66
3.4 热响应开关 ……………………………………………………………… 78
3.4.1 固液相变热开关 ……………………………………………… 79
3.4.2 软物质开关 …………………………………………………… 84
3.4.3 金属或无机热开关 …………………………………………… 86
3.5 多重智能功能集成 ……………………………………………………… 87
3.5.1 热管理-传感材料 ……………………………………………… 88
3.5.2 热管理-红外材料 ……………………………………………… 90
3.5.3 热管理-相变材料 ……………………………………………… 91
3.5.4 热管理-自修复材料 …………………………………………… 92
3.6 本章小结 ………………………………………………………………… 94
参考文献 ……………………………………………………………………… 94

第4章 智能导热材料设计 ……………………………………………………… 108

4.1 智能导热基体材料设计 ……………………………………………… 108

Ⅴ


4.1.1 聚合物智能导热基体 ………………………………………… 108
4.1.2 金属智能导热基体 …………………………………………… 116
4.1.3 无机非金属智能导热基体 …………………………………… 119
4.2 智能导热填料设计 …………………………………………………… 123
4.2.1 金属基导热填料 ……………………………………………… 123
4.2.2 碳基导热填料 ………………………………………………… 129
4.2.3 无机导热填料 ………………………………………………… 137
4.2.4 智能导热填料 ……………………………………………… 142
4.2.5 其他导热填料 ………………………………………………… 143
4.3 智能导热材料复合技术 ……………………………………………… 148
4.3.1 网络构建 ……………………………………………………… 149
4.3.2 界面修饰 ……………………………………………………… 156
4.3.3 复合技术 ……………………………………………………… 157
4.4 本章小结 ……………………………………………………………… 164
参考文献 ……………………………………………………………………… 165

第5章 智能导热材料应用 ……………………………………………………… 176

5.1 温度智能调控 ………………………………………………………… 176
5.1.1 智能纺织品服装 ……………………………………………… 176
5.1.2 温度智能感知 ………………………………………………… 181
5.2 温度智能响应 ………………………………………………………… 193
5.2.1 智能机器人 …………………………………………………… 194
5.2.2 热致响应 ……………………………………………………… 196
5.2.3 其他应用 ……………………………………………………… 198
5.3 温度智能开关 ………………………………………………………… 208
5.3.1 偶氮类开关 …………………………………………………… 208
5.3.2 自适应开关 …………………………………………………… 216
5.4 其他应用 ……………………………………………………………… 222
5.4.1 柔性导热材料 ………………………………………………… 222
5.4.2 火灾预警材料 ………………………………………………… 225
5.4.3 感知温度调节装置 …………………………………………… 226
5.4.4 动态色彩应用 ………………………………………………… 226
5.4.5 智能包装技术 ………………………………………………… 227
5.4.6 蒸汽封堵材料 ………………………………………………… 228
5.4.7 形状记忆智能设备 …………………………………………… 230
5.4.8 仿生机器人 …………………………………………………… 231
5.4.9 电池安全技术 ………………………………………………… 232
5.4.10 绿色建筑 …………………………………………………… 233

Ⅵ


5.5 本章小结 ……………………………………………………………… 234
参考文献 ……………………………………………………………………… 235

第6章 智能导热材料在优选芯片中的应用 …………………………………… 242

6.1 芯片散热发展现状 …………………………………………………… 242
6.1.1 主动式散热 …………………………………………………… 242
6.1.2 被动式散热 …………………………………………………… 247
6.2 芯片导热材料的设计 ………………………………………………… 249
6.2.1 Chiplet技术挑战与导热材料设计 ………………………… 249
6.2.2 MCM 封装 …………………………………………………… 251
6.2.3 2.5D 封装及导热材料设计 ………………………………… 251
6.2.4 3D 封装及导热材料设计 …………………………………… 253
6.2.5 电热力耦合问题及散热解决方案 …………………………… 253
6.3 发展现状 ……………………………………………………………… 255
6.3.1 风冷散热 ……………………………………………………… 256
6.3.2 液冷散热 ……………………………………………………… 258
6.3.3 LED 照明 …………………………………………………… 258
6.3.4 激光器件 ……………………………………………………… 260
6.4 芯片散热材料未来发展趋势 ………………………………………… 262
参考文献 ……………………………………………………………………… 263

第7章 结论与展望 ……………………………………………………………… 266

7.1 智能导热材料技术瓶颈 ……………………………………………… 267
7.1.1 智能材料工艺设计 …………………………………………… 267
7.1.2 智能导热材料制备技术瓶颈 ………………………………… 273
7.2 潜在应用 ……………………………………………………………… 273
7.2.1 变热阻器 ……………………………………………………… 273
7.2.2 节能空调 ……………………………………………………… 274
7.2.3 固态制冷 ……………………………………………………… 274
7.2.4 热计算机 ……………………………………………………… 275
7.2.5 人体热管理 …………………………………………………… 276
7.2.6 能量转换与存储 ……………………………………………… 276
7.2.7 红外隐身 ……………………………………………………… 277
7.2.8 电池智能热调控 ……………………………………………… 277
7.3 展望 …………………………………………………………………… 278
参考文献 ……………………………………………………………………… 279

封伟，教授、博士生导师。国家杰出青年科学基金获得者，国家“万人计划”科技创新领军人才，国务院政府特殊津贴专家，天津市杰出人才，首批天津市“131”创新团队负责人，教育部新世纪优秀人才，中国复合材料学会导热复合材料专业委员会首任主任。长期从事功能有机碳复合材料的制备及导热性能研究，在Chemical Society Review、Advanced Materials等国际期刊上发表SCI论文214篇，授权中国发明专利62项，美国发明专利3项，国防专利3项。

根据当今智能导热材料的发展现状，从材料的概念、传热原理、结构设计及应用等角度展开详细介绍。本书可作为相关专业本科生和研究生的教材，希望通过此书可以提高广大读者及相关领域研究人员对智能导热材料的兴趣，为从事此研究的工程技术人员提供参考。