復(fù)合材料中金納米粒子光熱效應(yīng)的計算研究.pdf

1、金納米粒子在激光照射下產(chǎn)生強電場,使載流子在內(nèi)部遷移從而產(chǎn)生熱能,在熱擴散的作用下可使其周圍一定范圍介質(zhì)溫度升高。如果將金納米粒子添加到具有一定透光性的熱固性復(fù)合材料中,可利用其光熱轉(zhuǎn)換效應(yīng)在沒有其他外部熱源的條件下實現(xiàn)固化的目的。
　　本文首先采用ANSYS有限元軟件,模擬金納米粒子在環(huán)氧樹脂基復(fù)合材料中發(fā)生光熱效應(yīng)時,高導(dǎo)熱相對溫度分布的影響。研究了碳纖維與碳納米管對溫度分布影響的區(qū)別,并討論了碳納米管的相關(guān)物性參數(shù)對體系溫度

2、分布的影響關(guān)系;然后,采用點熱源在無限大介質(zhì)中的瞬態(tài)溫度分布方程進行了相應(yīng)的計算,討論了激光照射條件對溫度分布的影響;最后,推導(dǎo)得到使指定體積環(huán)氧樹脂固化所需金納米粒子的體積分數(shù)計算公式,并探討相應(yīng)條件對金納米粒子體積分數(shù)的影響關(guān)系。
　　研究結(jié)果表明:1)金納米粒子點熱源對材料的加熱效果與高導(dǎo)熱相尺寸有關(guān)。微米尺寸的碳纖維使金納米粒子光熱效應(yīng)所產(chǎn)生的熱量大部分被擴散而損失掉,而納米尺寸的碳納米管使熱量向遠處擴散的同時增加了有效加

3、熱體積。提高碳納米管熱導(dǎo)率、使碳納米管保持一定長度和降低金納米粒子與碳納米管間的距離,都能提高體系溫度分布均勻性,增大金納米粒子對體系的有效加熱體積。2)用脈沖激光照射含有金納米粒子的復(fù)合材料,對溫度分布的影響因素有周期內(nèi)照射時間、周期內(nèi)散熱時間和激光照射強度;與持續(xù)激光照射相比,調(diào)節(jié)脈沖激光照射條件可提高體系溫度分布均勻性,并顯著降低了所需的激光照射強度。3)要使指定體積環(huán)氧樹脂達到所需溫度,提高光照強度和照射范圍,可減少金納米粒子添