热能调控微纳结构材料基本介绍

《纳米科学与技术热能调控微纳结构材料》在综合国内外研究工作的基础上，结合作者承担的国家纳米研究重大专项“高效节能微纳结构材料体系研究”工作撰写而成。《纳米科学与技术热能调控微纳结构材料》共6章，第1章介绍微纳结构材料微结构表征方法及常用仪器；第2章介绍微纳结构材料热物理性能的表征；第3章介绍微纳结构热物理理论分析和模拟；第4章介绍高效隔热材料结构设计及性能评价；第5章介绍相变储能材料在热调控方面的应用；第6章列举常用微纳结构节能材料及其应用领域。

《纳米科学与技术》丛书序

前言

第1章微纳结构材料的结构及表征

1.1微纳结构材料的结构特性

1.1.1结构的多尺度性

1.1.2结构的多样性

1.1.3结构的多分散性

1.2界面结构的表征

1.2.1比表面积的测定方法

1.2.2界面层结构的表征方法

1.3体相结构的测定方法

1.3.1实空间结构表征

1.3.2倒易空间结构表征

参考文献

第2章微纳结构材料的热物理性能表征

2.1实验表征方法

2.1.1热岛法

2.1.23∞法

2.1.3T形法

2.1.4飞秒激光抽运一探测热反射法

2.1.5热显微镜法

2.2隔热材料热输运

2.2.1理论模型

2.2.2实验测量方法

2.3蓄热材料热输运

2.3.1概述

2.3.2相变储能材料传蓄热特性测量

参考文献

第3章微纳结构热物理理论

3.1热学性质的理论

3.1.1声子描述

3.1.2声子比热容

3.1.3声子热导率

3.2微纳结构热输运特性的计算

3.2.1玻尔兹曼输运方程求解

3.2.2分子动力学模拟

3.2.3声子波包模拟

3.2.4晶格动力学方法

3.2.5蒙特卡洛模拟

3.2.6声子格林函数法

3.2.7第一性原理

参考文献

第4章微纳结构材料及其高效隔热

4.1隔热与节能

4.2隔热材料

4.2.1隔热机理

4.2.2隔热材料的基本性能参数

4.2.3常用隔热材料及一般特性

4.2.4隔热保温材料的发展趋势

4.3多孔微纳结构与高效隔热

4.3.1热流传导机理

4.3.2多孔材料作为组分填充

4.4具备多孔微纳结构的高效隔热材料

4.4.1隔热保温发泡材料

4.4.2真空绝热板

4.4.3气凝胶

4.4.4多孔有机硅陶瓷

4.4.5等离子喷涂热障涂层

4.4.6太空飞船隔热板

参考文献

第5章微纳结构材料及其热能储存

5.1相变材料

5.1.1热能存储方式

5.1.2相变材料的定义

5.1.3相变材料的分类及性质

5.1.4相变材料的选择标准

5.2相变材料的应用

5.2.1在热能存储领域

5.2.2在温度调控领域

5.3相变材料的使用方法

5.3.1定型化相变材料

5.3.2相变微胶囊材料

5.4相变储能微胶囊材料的应用研究

5.41建筑节能领域

54.2纺织品服饰领域

5.4.3功能热流体领域

5.44工业余热

5.4.5军事领域

5.4.6其他应用

5.5展望

参考文献

第6章微纳结构热能材料应用实例

6.1微纳结构热能材料在建筑领域的应用

6.1建筑墙体的保温隔热

6.1.2建筑采光和太阳能利用

6.2微纳结构热能材料在航空航天领域的应用

6.2.1高效隔热

6.2.2高导热、强化传热：金属/陶瓷复合材料

6.2.3火箭燃料储箱材料：气凝胶多孔材料

6.3微纳结构热能材料在化工、冶金和玻璃陶瓷行业的应用

6.3.1管道的保温隔热

6.3.2玻璃陶瓷窑炉和冶金

6.4微纳结构热能材料在太阳能发电和电力领域的应用

6.5微纳结构热能材料在机械电子领域的应用

6.5.1发动机

6.5.2高速列车

6.6微纳结构热能材料在其他领域的应用

6.6.1野外、物流的低温运输包装

6.6.2低温贮箱

6.63船体保温材料

6.6.4防火隔热

6.6.5服装

参考文献

索引

《热能调控微纳结构材料》为读者提供从材料的微纳结构设计到材料热物理基本规律的相关知识，可供从事节能材料、纳米技术研究的科研人员阅读与参考，也可作为化学、材料、物理等专业的研究生和大学本科高年级学生的专业参考书。

锡伯族，1968年生。博士、研究员、博士生导师，现任中国科学院化学研究所高分子物理与化学国家重点实验室主任。主要从事高分子复合材料的微尺度加工的物理与化学基本问题研究工作。2003年获国家杰出青年科学基金(结题特优)，2009年入选“新世纪百千万人才工程”国家级人选，2010年获政府特殊津贴，2011年被聘为纳米研究重大科学研究计划项目首席科学家，2013年获国家自然科学奖二等奖(第一完成人)。现为中国化学会常务理事、秘书长，《高分子学报》副主编，《化学通报》副主编．《高分子科学》(英文版)编委，Chemistry-An Asian Journal编委。自2000年以来，以通讯联系人身份在Angew Chem Int Ed，J Am Chem Soc，Adv Mater等国际核心期刊发表文章100余篇，其中单篇最高SCl引用300余次。获授权中国发明专利20余项。

氮化镓基LED的发展逐渐从追求单一的高流明效率向多功能化过渡，数字照明、通讯照明正在逐渐成为前沿研发热点，基于氮化镓LED的微纳光子学和光电子学将是一个极其重要的研究领域。本项目拟开展表面微纳结构对LED出光特性的调控作用研究，设计反射面微纳结构实现TE光的反射和位相转换，设计出光面为金属/介质的复合微纳光栅结构，大幅度提高LED的偏振出光消光比和出光效率，获得偏振消光比100：1的高效偏振出光LED。进一步深入研究金属微纳结构中等离子激元波的电磁特性对LED偏振光输出的特性的影响，探索LED在未来纳米光子学的应用方案。在制备工艺技术上，创新采用金属/介质复合光栅，在实现同样偏振消光比的前提下，大大降低了对光栅周期和占空比的容差要求，实现可以大面积（2英寸及以上）制备的工艺技术。本项目的研究对拓展LED应用领域、创新平板显示的解决方案、探索氮化镓基材料的微纳光电子学应用均具有重要的意义。

随着理论研究的深入和现代微纳加工技术的进步，各种纳米或亚微米尺度材料的奇异光电性质越来越为人们重视，如金属微纳结构的表面等离激元，光学微腔，光子晶体等。在另一方面，液晶的各种非显示应用也引起了学术界、工业界的关注。液晶对电场、磁场乃至于光场极其敏感，具有特别的线性和非线性光学性质，其介电各向异性可以覆盖紫外到微波的宽阔频段，成为可调控光电材料的首选。同时，液晶和固体表面相互的作用一直是物理界关心的基础问题。我们拟结合热门的微纳光学材料和迅速发展的液晶光电技术，利用液晶的外场敏感性和人工微纳结构的特异电磁性质，通过纳米压印、聚焦离子束加工等技术手段制备人工介电或金属微纳结构，研究液晶和一维栅格、孔洞阵列等微纳结构相互作用的物理规律，如液晶对微纳结构光学特性的影响，微纳结构对液晶的取向作用、等离激元表面增强效应诱导的液晶非线性效应等。探索这些新颖物性在信息处理、光纤通讯、灵敏感测等领域的应用。