Теплопроводность минплиты: виды, технические характеристики, лучшие производители минераловатных плит

Теплопроводность минеральной ваты Isover, Ursa, Knauf, Rockwool

admin | 26.04.2017 | Утепление минеральной ватой | Комментариев нет

Содержание статьи о теплопроводности минеральной ваты

• Минеральная вата характеристики
• Теплопроводность утеплителей
• Коэффициент теплопроводности минеральной ваты
• Минеральная вата Isover характеристики теплопроводности
• Минвата Урса характеристики теплопроводности
• Коэффициент теплопроводности Кнауф
• Rockwool коэффициент теплопроводности
• Каталоги утеплителей Isover, Ursa, Knauf, Rockwool

Одной из главных характеристик минеральной ваты является ее теплопроводность. Именно этот показатель является основным при выборе теплоизоляционного материала для тех или иных целей. В данной статье рассмотрим теплопроводность минеральной ваты таких производителей, как Isover, Ursa, Knauf и Rockwool.

Минеральная вата характеристики

Минеральная вата является одним из самых качественных современных теплоизоляционных материалов. Она используется для утепления домов, жилых и нежилых зданий, оборудования и т.п. Для каждой цели используются определенные материалы с разными характеристиками.

Основные характеристики минваты:

• размеры минваты;
• механическая стойкость;
• теплопроводность;
• плотность;
• водоотталкивающие свойства;
• химическая стойкость;
• толщина минеральной ваты.

Данный материал обладает хорошими эксплуатационными характеристиками, именно поэтому он настолько популярен. Чтобы знать, как выбрать минеральную вату и на что обращать внимание, советуем ознакомиться с характеристиками минеральной ваты. Эту информацию вы найдете в другой статье.

Теплопроводность утеплителей

Теплопроводность – одна из главных характеристик строительных материалов и утеплителей, в том числе и минеральной ваты. Чем ниже этот показатель, тем меньший слой утеплителя понадобится для теплоизоляции стен, крыши, пола и других строительных конструкций.

Коэффициент теплопроводности утеплителей (Вт/м °С) с необходимой толщиной слоя:

• кирпичная кладка – 0,520/1460 мм;
• керамзит – 0,170/869 мм;
• стекловата – 0,044/189 мм;
• базальтовая вата – 0,039 /167 мм;
• пенополистирол – 0,037 /159 мм.

Коэффициент теплопроводности минеральной ваты

Коэффициент теплопроводности минеральной ваты – это одна из основных характеристик, влияющих на сферу использования материала. Теплопроводность представляет собой процесс переноса тепла от материалов с высшей температурой к материалам с меньшей температурой и наоборот.

Минеральная вата является волокнистым теплоизоляционным материалом, к которому относится каменная (базальтовая), шлаковая и стеклянная вата. Каждый из этих видов имеет свой коэффициент теплопроводности. Теплопроводность стекловаты – 0,030-0,052 Вт/м*К, теплопроводность базальтовой ваты – 0,035-0,046 Вт/м*К, для шлаковой ваты этот показатель варьируется в диапазоне 0,46-0,48 Вт/м*К. Качество теплоизоляции определяется толщиной утеплителя и его теплопроводностью. Значения теплопроводности должны соответствовать государственным нормам:

• λ10, ГОСТ 7076-994;
• λ25, ГОСТ 7076-99;
• λА, СП 23-101-2004;
• λБ, СП 23-101-2004.

Минеральная вата Isover характеристики теплопроводности

Все утеплители из минеральной ваты производителя Isover имеют низкий коэффициент теплопроводности – в пределах от 0,032 до 0,044 Вт/мК. Благодаря этому обеспечивается отличная теплозащита и звукоизоляция. Естественно, немалую роль в этом играет и уникальная структура волокна.

Самый низкий коэффициент теплопроводности имеют плиты ISOVER Каркас-П32 – 0,032 Вт/мК. Они используются для изоляции каркасных стен. Теплопроводность ISOVER Классик – 0,041 Вт/мК, ISOVER Штукатурный Фасад – 0,038. Ниже будет приведен каталог этого и других производителей, где эта информация описана более подробно в доступной форме.

Минвата Урса характеристики теплопроводности

Минеральная вата Урса обладает одним из лучших показателей теплопроводности. Теплоизоляционные плиты обеспечивают надежное утепление дома. Это вызвано использованием «дышащей» волокнистой структуры и воздушных прослоек. Отдельного внимания заслуживает минвата Урса Гео, так как она производится по экологичной технологии с использованием уникальной рецептуры. Рассмотрим характеристики теплопроводности минеральной ваты компании Урса.

Самый распространенный материал данной компании – URSA GEO М-11 в рулонах. Он имеет коэффициент теплопроводности 0,040 Вт/мК. Такой же показатель в URSA GEO М-11Ф. Немного высшую теплопроводность имеют плиты URSA GEO Лайт и URSA GLASSWOOI П-15 (0,044 и 0,042 соответственно). URSA GEO Универсальные плиты и URSA GEO Скатная крыша, используемые для теплоизоляции крыши – материалы с наименьшим коэффициентом теплопроводности (0,035-0,036). Невысокий коэффициент имеют и маты URSA М-25, предназначенные для утепления конструкций сложной формы.

Коэффициент теплопроводности Кнауф

Наименование материала	Вид материала	Предназначение	Коэффициент теплопроводности (Вт/мК) ?10, ?25, ?А1, ?Б2
Термо Плита 037	плита	утеплитель для всего дома	0,037, 0,040, 0,041, 0,043
ТЕПЛОкровля 037A	плита	теплоизоляция кровли	0,037, — , 0,041, 0,043
ТЕПЛОстена 032 А	плита	утепление «под сайдинг», сборные стеновые сэндвич-панели, утепление навесных вентилируемых фасадов	0. 032, — , 0.039, 0.042
ТЕПЛОрулон 040	рулон	теплоизоляция полов мансардных помещений, чердачных и междуэтажных перекрытий, полов по лагам	0,040, 0,044, 0,044, 0,047

Компания Кнауф выпускает материалы первого класса для теплоизоляции. Вся продукция сертифицирована и соответствует государственным и международным стандартам. Благодаря использованию уникальной технологии ECOSE компании удалось занять одно из первых мест на рынке теплоизоляционных материалов.

Коэффициент теплопроводности (Вт/мК) λ10, λ25, λА1, λБ2 для разных изделий отличается. Самый низкий показатель имеют плиты ТЕПЛОстена 032 А, предназначенные для утепление навесных вентилируемых фасадов, утепление «под сайдинг» и как слой в сборных стеновых сэндвич-панелях.

Rockwool коэффициент теплопроводности

Наименование материала	Вид материала	Предназначение	Коэффициент теплопроводности (Вт/мК)
Rockmin	плита	тепло- и звукоизоляция вентилируемых покрытий и чердаков, кровель, стен, деревянных балочных перекрытий, подвесных потолков, легких каркасных стен и перегородок, а также полов на лагах.	0,039
Domrock	мат		0,045
Superrock	плита		0,035
Panelrock	плита	тепло- и звукоизоляция стен наружных зданий	0,036
Wentirock max	плита	утепление вентилируемых фасадов	0,036
Monrock max	плита	утепление всех типов плоских крыш	0,039
Dachrock prof	плита		0,045
Fasrock max	плита	тепло- и звукоизоляция внешних стен системой фасадного утепления методом «легким мокрым»	0,037
Fasrock L	плита		0,042
Fasrock	плита		0,039
Stroprock	плита	тепло- и звукоизоляция полов на грунте и перекрытий под бетонной стяжкой	0,041
Alfarock	мат	изоляция труб и трубопроводов	0,037
Rockmata	мат		0,036
Wired Mat и Alu Wired Mat	мат		0,042

Использование минеральной ваты Роквул для теплоизоляции дома позволяет зимой сохранять тепло, а летом – прохладу. Плиты и маты обладают оптимальным коэффициентом теплопроводности – от 0,035 до 0,045 Вт/м К. Утеплители данного производителя широко используются в строительстве частных, общественных и производственных зданий.

Наиболее низкий коэффициент теплопроводности (0,035-0,037 Вт/м К) имеют плиты Superrock, Panelrock, Wentirock max, Fasrock max, а также маты Rockmata, Alfarock. 

Видео – краш-тест на огнестойкость минеральной ваты

Каталоги продукции и инструкции по монтажу ведущих производителей

Изовер

Каталог ISOVER ВентФасад

Каталог ISOVER Классик Плюс

Каталог ISOVER Классик

Каталог продукции ISOVER для Сауны

Каталог продукции ISOVER СкатнаяКровля

Каталог продукции ISOVER ШтукатурныйФасад

Инструкция по монтажу фасадной теплоизоляции

Каталог продукции ISOVER на основе каменного волокна

Каталог продукции ISOVER на основе стекловолокна

Утепление скатных кровель и мансард

Кнауф

Инструкция по монтажу теплоизоляции «Вентилируемый фасад»

Инструкция по монтажу системы теплоизоляции «Скатная кровля»

Каталог профессиональных решений по тепловой, пожарной и звуковой защите зданий

Натуральный утеплитель для частного домостроения, каталог продукции

Новое поколение натуральных безопасных утеплителей от Кнауф

Ursa

URSA теплоизоляция из минерального волокна

Каталог утеплителей Урса – Скатные крыши

Каталог утеплителей Урса – Плоские крыши

Каталог утеплителей Урса – Навесные вентилируемые фасады

Каталог утеплителей Урса – Полы и перекрытия

Каталог утеплителей Урса – Перегородки

Каталог утеплителей Урса – Штукатурные фасады

Каталог утеплителей Урса – Трехслойные наружные стены из камней, блоков и жел

Каталог утеплителей Урса – Каркасные стены и стены из сэндвич-панелей

Каталог утеплителей Урса – Стены подвалов и фундаменты

Ниже представлены коэффициенты теплопроводности и использование разных марок рассматриваемых производителей.

Об авторе

admin

Adblock
detector

Утеплитель Rockwool, минплита, маты

Управление устойчивой теплопроводностью термометаматериалов в форме Сенсу

• Список журналов
• Научные отчеты
• PMC4431466

В качестве библиотеки NLM предоставляет доступ к научной литературе. Включение в базу данных NLM не означает одобрения или согласия с
содержание NLM или Национальных институтов здравоохранения.

Узнайте больше о нашем отказе от ответственности.

науч. респ. 2015; 5: 10242.

Опубликовано в сети 14 мая 2015 г. doi: 10.1038/srep10242

, ^{a, 1} , ^{2, 3 , 4} , ^{2, 3, 4} , ² , ^{3, 4, 5} , ^{2, 4} и ^{а, 2 , 4}

Информация об авторе Примечания к статье Информация об авторских правах и лицензиях Отказ от ответственности

Дополнительные материалы

Возможность проектирования управления тепловым потоком имеет бесчисленные преимущества при проектировании электронных систем, таких как термоэлектрические накопители энергии, полупроводниковое освещение и тепловизоры, где тепловая конструкция играет ключевую роль. производительность и надежность устройства. В этой работе мы используем один и тот же сенсорный блок с легким естественным составом, чтобы экспериментально реализовать новый класс тепловых метаматериалов для управления теплопроводностью (например, тепловой концентратор, фокусировка/разрешение, равномерный нагрев), прибегая только к позиционированию и локализации одних и тех же единичный элемент смыслообразной структуры. Блок теплового метаматериала и правильное расположение нескольких идентичных блоков способны передавать, перераспределять и управлять тепловой энергией универсальным образом. Также показано, что элементы нашего блока чувствительной формы можно использовать для управления постоянными токами без каких-либо изменений в компоновке теплового аналога. Это может заметно расширить возможности теплового зондирования, тепловидения, хранения тепловой энергии, термоупаковки, термотерапии и других областей.

Исследователи разрабатывали эффективные методики управления тепловым потоком для различных применений ^{,7 ,8 ,9 ,10 ,11 ,12 ,13} . Манипуляции с тепловым потоком необходимы при разработке технологий во многих областях, таких как термоэлектричество ¹ , топливные элементы ² , термобарьерные покрытия ³ , солнечные элементы ⁴ , электроника и оптоэлектроника ⁵ , материалы с низкой теплопроводностью ⁶ . Кроме того, возможность точного управления тепловым потоком потенциально может привести к разработке тепловых аналогов компонентов электрических схем ⁷ , таких как термодиоды ^{8 ,9 ,10} , тепловые транзисторы ¹¹ и тепловая память ¹² . Совсем недавно термокристаллы были теоретически предложены для управления температурой, направляя тепловую волну так же, как фотонные кристаллы направляют свет 9.0017 13 .

В то время как теплопроводность известна давно, прогресс в управлении тепловым потоком был очень медленным 12 ^{,13 ,14 ,15 ,16} . Совсем недавно, используя многослойный композитный подход, маскировка, концентрация и реверсирование теплового потока были экспериментально продемонстрированы в толстых композитах ¹⁷ и плоских структурах ¹⁸ . Учитывая формоинвариантность уравнения теплопроводности относительно преобразований координат, были реализованы тепловые оболочки с неоднородными анизотропными теплопроводностями ^{19 ,20 ,21} . На основе точной методологии (прямое решение уравнения теплопроводности) двухслойные тепловые плащи из объемных изотропных материалов описаны ^{22 ,23} . Хотя был достигнут значительный прогресс в управлении тепловым потоком, разные функции должны полагаться на разные структуры ^{14 ,15 ,16 ,17 ,18 ,19 ,20 ,21 9 0018 ,22 ,23 ,24 . Это побуждает нас исследовать общий класс блоков из теплового метаматериала, с помощью которых можно экспериментально продемонстрировать ряд интересных функций в улучшенном контроле теплопроводности путем размещения и объединения идентичных блоков.}

В этой статье мы вводим новый класс тепловых метаматериалов, состоящих из двух регулярных материалов в упрощенной планарной геометрии. Блок термического метаматериала с трансформационной оптикой ^{25 ,26} , способен управлять тепловой энергией и тепловым потоком универсальным образом, размещая и комбинируя идентичные элементы sensu (традиционный складной веер в Японии). Мы экспериментально демонстрируем, что комбинация термических единиц метаматериала проявляет новые свойства, такие как создание однородной области нагрева, фокусировка теплового потока и концентрация теплового потока. С одной стороны, эти предлагаемые метаматериалы изготавливаются с использованием обычных материалов, и поэтому к ним легко получить доступ и следить за ними. С другой стороны, эти новые свойства удивительно устойчивы к геометрическому размеру предлагаемых метаматериалов без необходимости изменения состава материала.

показывает схему случайного кластера блоков термометаматериала (SSTM) в форме sensu , состоящих из двух обычных объемных материалов. Конструкция блока SSTM основана на преобразовательной оптике ^{25 ,26} , которая схематически показана на вставке. Полукольцевая область () в виртуальном пространстве выдавливается в большую область ( a  ≤  r  ≤  b ) в реальном пространстве, где виртуальное пространство и реальное пространство обозначаются как и соответственно. Уравнения преобразования могут быть выражены как , и . Тогда теплопроводность в области ( a  ≤  r  ≤  b ) получается как . При δ  → 0 получаем . Рационально положить κ _r = κ _b 2 ⁿ и κ _θ = κ _б 2 ^{− n} , если n достаточно велико, где κ _b — теплопроводность фона. На основе теории эффективной среды (EMT) анизотропный материал может быть практически реализован путем поочередного укладки двух материалов A и B в азимутальном направлении. Для практической реализации, когда фон представляет собой нержавеющую сталь, мы выбираем медь и полидиметилсилоксан (ПДМС) в качестве материалов A и B соответственно. Таким образом, мы можем получить блок SSTM, состоящий из 18 медных клиньев и 18 клиньев PDMS, показанных на рис. Электропроводность меди, PDMS и нержавеющей стали составляет κ _Cu =394 Вт/км, κ _PDMS =0,15 Вт/км и κ 90 203 б =16 Вт/км соответственно. Мы выбираем a  = 1,2 см и b  = 6 см как для моделирования, так и для экспериментов.

Открыть в отдельном окне

( a ) Схема случайного кластера сенсорообразных тепловых метаматериалов, состоящих из двух обычных объемных материалов. На вставке схематично показан принцип преобразования термической единицы метаматериала. ( b ) Два источника тепла, расположенные вблизи внутренней границы блока теплового метаматериала, аналогичны характеристикам оптической гиперлинзы. ( c ) Источник тепла, размещенный рядом с внешней границей блока термического метаматериала, демонстрирующий собирательную способность.

Чтобы понять функциональные возможности блока SSTM, в . В настройке моделирования для четырех сторон нержавеющей стали (фон) установлена ​​фиксированная температура 0 °C. Верхняя и нижняя поверхности задаются адиабатической границей. Это гарантирует, что тепло в основном передается, а не конвективно. Когда два точечных источника тепла размещены вблизи внутренней границы блока SSTM, смоделированный тепловой профиль показан на рис. Хорошо видно, что тепловые поля двух источников тепла почти идеально передаются от внутренней границы к внешней границе, аналогично работе оптической или акустической гиперлинзы ^{27 ,28 ,29 ,30} . В отличие от концептуальной термокристаллической суперлинзы для визуализации ближнего поля ¹³ , наша схема может обеспечить более эффективную стратегию для тепловизионного изображения дальнего поля. И наоборот, при размещении точечного источника тепла вблизи внешней границы блока ССТМ тепловая энергия передается в центр практически без затухания, как показано на рис. Этот пример представляет лишь небольшую часть потенциала блока SSTM, и далее будут продемонстрированы более интересные функциональные возможности, которые могут быть реализованы за счет комбинации блоков SSTM.

Сначала мы экспериментально продемонстрировали, как сформировать однородную область нагрева между четырьмя удаленными источниками тепла, разделив и окружив их четырьмя нашими блоками SSTM. Изготовленная конструкция схематично показана на рис. Следует отметить, что мы термически изолировали все изготовленные образцы, используя слой ПДМС толщиной примерно 100 мкм. Преимущества слоя ПДМС двойственны: тепловая конвекция воздухом значительно снижается, а слой ПДМС поверх образца почти «черный» (т. камера. Распределения температуры четырех удаленных источников тепла с блоками SSTM и без них количественно рассчитаны в , в которых расстояние между двумя соседними источниками тепла (от центра левого источника тепла до центра правого источника тепла) составляет 13 см. Мы можем видеть, что распределение температуры в форме долины для случая без блоков SSTM становится однородным после включения четырех блоков SSTM. В экспериментальной установке мы используем четыре латунных цилиндра радиусом 1 см в качестве источников тепла, а четыре границы соединены с резервуаром, наполненным ледяной водой (0 °C). Четыре латунных цилиндра соединены с плитой, установленной под углом 60°. Температурный профиль поперечного сечения фиксируется инфракрасной камерой Flir i60. Результаты измерений с единицами SSTM и без них показаны соответственно на , что, как и ожидалось, очень хорошо согласуется с теоретическими результатами на . С точки зрения преобразования координат это связано с тем, что геометрические размеры источников тепла были увеличены в 9 раз.0177 b / a  = 5 раз с использованием SSTM. Это свойство может найти потенциальное применение в медицинских методах, таких как тепловая терапия, где требуется равномерный нагрев участка тела.

Открыть в отдельном окне

Экспериментальная демонстрация формирования равномерной области нагрева между четырьмя удаленными источниками тепла, окруженными блоками ССТМ. ( a ) Схема изготовленного образца. ( b ) Количественный контраст четырех удаленных источников тепла с SSTM и без него. ( c ) Измеренный тепловой профиль четырех удаленных источников тепла, отдельно заключенных в блоки SSTM. ( d ) Измеренный тепловой профиль четырех удаленных источников тепла без SSTM.

Возникает естественный вопрос, можно ли создать однородную область нагрева, используя только медь одинакового размера. Чтобы ответить на этот вопрос, мы смоделировали случай, когда блоки SSTM заменены четырьмя медными квадрантами того же размера, что и у ; см. рис. S1 в дополнительных материалах. Ясно видно, что 9Медь с рисунком 0177 sensu демонстрирует более высокую температуру и лучшую равномерность нагрева, чем аналоги из неизолированной меди без рисунка того же размера в целом. Также важно изучить производительность кластера SSTM с большим расстоянием между двумя соседними блоками, что показано на рис. S2 в дополнительных материалах. Для количественного сравнения выделена температура центра. В целом производительность естественно ухудшается с увеличением на д . Во всех отдельных случаях различных разделительных расстояний распределение температуры для случая с SSTM всегда намного выше, чем для случая без SSTM.

Далее мы экспериментально продемонстрируем фокусировку теплового потока с помощью модулей SSTM. Рассмотрим источник тепла (латунный цилиндр), окруженный блоком SSTM, а второй блок SSTM расположен рядом с первым блоком SSTM. Мы хотим, чтобы усиленное тепловое поле источника тепла собиралось вторым блоком ССТМ и фокусировалось в его центре. Изготовленная конструкция схематично показана на рис. Латунный цилиндр радиусом 1 см помещают в центр левого блока SSTM, а четыре границы соединяют с ледяной водой (0 °C). Изображение, снятое инфракрасной камерой, показано на . Для контраста мы измерили случай, когда две единицы SSTM отсутствуют, как показано на рис. Распределение температуры вдоль красной полукруглой линии в также рассчитано в , что хорошо согласуется с экспериментом. Если предположить, что источник тепла (помещенный в первый пунктирный кружок) действует как передатчик, а второй пунктирный кружок — как приемник, становится ясно, что тепло направляется от передатчика к приемнику с помощью SSTM. Когда термодатчик помещается в положение приемника, температура значительно повышается, что повышает чувствительность измерения температуры. Мы также исследуем случаи, когда блоки SSTM заменены медными клиньями или медными квадрантами (см. рис. S3 в дополнительных материалах). Очевидно, что эффект фокусировки с голой медью отсутствует.

Открыть в отдельном окне

Экспериментальная демонстрация тепловой фокусировки. ( a ) Схема изготовленного образца. ( b ) Количественный контраст распределения температуры вдоль полукруглой красной линии в ( c ) и ( d ). ( c ) Результат измерения тепловой фокусировки путем помещения источника тепла с блоком SSTM и размещения второго блока SSTM рядом с первым SSTM. ( d ) Результат измерения ( c ) без SSTM.

Кроме того, мы демонстрируем эффективный концентратор теплового потока, размещая два одинаковых блока SSTM. Концентратор получается комбинацией двух встречно-параллельных блоков SSTM, как показано на рис. Для измерения эффекта концентрации локальный нагрев с левой стороны достигается за счет нагревательной пластины, закрепленной на температуре 60 °C, а правая сторона соединяется с резервуаром, наполненным ледяной водой (0 °C). Экспериментальный результат по концентрации теплового потока представлен в , что ясно показывает значительную роль присутствия SSTM. Почти весь тепловой поток в области (0 ≤  r  ≤  b ) концентрируется во внутреннем ядре (0 ≤  r  ≤  a ) без каких-либо отражений и искажений, что указывает на почти идеальную концентрацию. Для количественного сравнения распределения температуры по оси x представлены для обоих случаев (т. е. с SSTM и без него), что ясно показывает, что наличие SSTM (сплошная линия) ограничивает и наращивает температуру в центральной области. более эффективно, чем в случае без SSTM (штриховая линия). Мы также исследуем поведение концентрации в присутствии точечного источника тепла, как показано на рис. В экспериментальной установке левая и правая границы соединены с ледяной водой (0 °C). демонстрирует эффективность предложенной схемы в неоднородном тепловом поле. Параллельно мы изучаем случаи, когда блоки SSTM заменяются медью или PDMS, как показано на рис. S4 в дополнительных материалах. Очевидно, что при использовании голой меди или ПДМС эффект концентрации отсутствует. Вне теплового режима отмечается, что 9Недавно были продемонстрированы концентратор электрического поля постоянного тока 0177 на основе резисторных цепей ³¹ и концентратор магнитного поля постоянного тока на основе сверхпроводниково-ферромагнитных метаматериалов ^{32 ,33} .

Открыть в отдельном окне

Экспериментальная демонстрация эффективного теплового концентратора. ( a ) Схема изготовленного концентратора путем комбинации двух блоков SSTM. ( b ) Экспериментальная проверка концентрирующих свойств в однородном тепловом поле. ( c ) Расчетное распределение температуры по оси x. На вставке показаны линии теплового потока. ( d ) Экспериментальная проверка концентрирующих свойств при наличии точечного источника тепла, излучающего цилиндрические тепловые фронты.

Концепцию SSTM можно расширить — мы обнаружили, что предложенный подход SSTM также можно применять для управления постоянными токами , что было численно проверено на рис. S5 в дополнительных материалах. В настройке моделирования мы используем те же геометрические параметры и компоненты материала, что и в тепловом режиме. Это означает, что предлагаемый SSTM способен манипулировать как тепловыми полями, так и постоянный ток одновременно, демонстрирующий бифункциональное свойство ^{34 ,35} .

Таким образом, мы предложили новый класс термических метаматериалов с использованием двух обычных объемных материалов (медь и ПДМС) и экспериментально продемонстрировали его уникальные свойства с точки зрения формирования однородной области нагрева, фокусировки теплового потока и концентрации. Эти новые свойства устойчивы к геометрическому размеру блока SSTM независимо от того, увеличен он или уменьшен. Более интересно, что предложенный SSTM способен управлять как тепловым полем, так и dc токи одновременно, проявляя многофункциональное свойство. Наша схема может найти прямое применение в технологических устройствах, таких как термоэлектрические устройства, солнечные элементы, тепловые датчики, тепловизоры, а также в приложениях для теплотерапии. Наши результаты также могут предоставить новые способы управления другими полями, например, постоянными магнитными полями, спиновыми волнами в устройствах спинтроники, электронами в полупроводниках.

Численное моделирование выполняется с помощью коммерческого решателя метода конечных элементов COMSOL Multiphysics. Блок SSTM, встроенный в нержавеющую сталь, состоит из 18 медных клиньев и 18 клиньев из PDMS. Электропроводность меди, PDMS и нержавеющей стали составляет κ _Cu =394 Вт/км, κ _PDMS =0,15 Вт/км и κ _б =16 Вт/км соответственно. Мы выбираем a  = 1,2 см и b  = 6 см как для моделирования, так и для экспериментов. Для измерений температурный профиль поперечного сечения фиксируется инфракрасной камерой Flir i60.

Как цитировать эту статью : Han, T. et al. Управление постоянной теплопроводностью на Термометаматериалы в форме Sensu . науч. Респ.
5 , 10242; doi: 10.1038/srep10242 (2015).

Дополнительная информация:

Щелкните здесь для просмотра. ^{(9.0M, док)}

Т.Х. выражает благодарность Национальному научному фонду Китая за грант № 11304253. Т. Хань, С. Бай и Д. Лю внесли равный вклад в эту работу.

Авторы заявляют об отсутствии конкурирующих финансовых интересов.

Вклад авторов Т.Х. и C.W.Q. внес свой вклад в теоретический анализ и численное моделирование. Т.Х., Х.Б. и Д.Л. выполнил замеры. Т.Х. и Д.Г. подготовил рукопись. Все авторы внесли свой вклад в анализ и пересмотр рукописи. C.W.Q. курировал проект.

• Венкатасубраманян Р., Сиивола Э., Колпиттс Т. и О’Куинн Б.
  Тонкопленочные термоэлектрические устройства с высокими показателями качества при комнатной температуре. Природа
  413, 597–602 (2001). [PubMed] [Google Scholar]
• Steele B.C. & Heinzel A.
  Материалы для топливно-элементных технологий. Природа
  414, 345–352 (2001). [PubMed] [Академия Google]
• Падчер Н. П., Гелл М. и Джордан Э. Х.
  Теплозащитные покрытия для газотурбинных двигателей. Наука
  296, 280–284 (2002). [PubMed] [Google Scholar]
• Ван П.
  и др.
  Стабильный квазитвердотельный солнечный элемент, сенсибилизированный красителем, с амфифильным рутениевым сенсибилизатором и полимерным гелевым электролитом. Нац. Матер.
  2, 402–407 (2003). [PubMed] [Google Scholar]
• Тиан Б.
  и др.
  Коаксиальные кремниевые нанопровода в качестве солнечных элементов и источников питания наноэлектроники. Природа
  449, 885–889 (2007). [PubMed] [Google Scholar]
• Киритеску С.
  и др.
  Сверхнизкая теплопроводность в неупорядоченных слоистых кристаллах WSe ₂ . Наука
  315, 351–353 (2007). [PubMed] [Google Scholar]
• Li N.B., Ren J., Wang L., Huang P. & Li B.
  Коллоквиум: Фононика: управление тепловым потоком с помощью электронных аналогов и не только. Преподобный Мод. физ.
  84, 1045 (2012). [Google Scholar]
• Терранео М., Пейрард М. и Касати Г.
  Управление потоком энергии в нелинейных решетках: модель теплового выпрямителя. физ. Преподобный Летт.
  88, 094302 (2002). [PubMed] [Google Scholar]
• Ли Б., Ван Л. и Касати Г.
  Термодиод: Выпрямление теплового потока. физ. Преподобный Летт.
  93, 184301 (2004). [PubMed] [Google Scholar]
• Chang C.W., Okawa D., Majumdar A. & Zettl A.
  Твердотельный тепловой выпрямитель. Наука
  314, 1121–1124 (2006). [PubMed] [Google Scholar]
• Ли Б., Ван Л. и Касати Г.
  Отрицательное дифференциальное тепловое сопротивление и термотранзистор. заявл. физ. лат.
  88, 143501 (2006). [Академия Google]
• Вонг Х. С.П.
  и др.
  Память смены фаз. проц. IEEE
  98, 2201–2227 (2010). [Google Scholar]
• Мальдован М.
  Узкий низкочастотный спектр и управление теплом термокристаллами. физ. Преподобный Летт.
  110, 025902 (2013). [PubMed] [Google Scholar]
• Мальдован М. и Томас Э. Л.
  Одновременная локализация фотонов и фононов в двумерных периодических структурах. заявл. физ. лат.
  88, 251907 (2006). [Google Scholar]
• Генно С., Амра С. и Вейнанте Д.
  Трансформационная термодинамика: маскировка и концентрация теплового потока. Опц. Выражать
  20, 8207–8218 (2012). [PubMed] [Академия Google]
• Генно С. и Пувираджесингхе Т. М.
  Преобразование второго закона Фика: один путь к маскировке в массовой диффузии. Дж. Р. Соц. Интерфейс
  10, 20130106 (2013). [Бесплатная статья PMC] [PubMed] [Google Scholar]
• Нараяна С. и Сато В.
  Управление тепловым потоком с помощью инженерных тепловых материалов. физ. Преподобный Летт.
  108, 214303 (2012). [PubMed] [Google Scholar]
• Деде Э. М., Номура Т., Шмаленберг П. и Ли Дж. С.
  Маскировка, фокусировка и обращение теплового потока в ультратонких композитах с учетом эффектов проводимости-конвекции. заявл. физ. лат.
  103, 063501 (2013). [Академия Google]
• Шитни Р., Кадич М., Генно С. и Вегенер М.
  Эксперименты по термодинамике превращения: Формирование потока тепла. физ. Преподобный Летт.
  110, 195901 (2013). [PubMed] [Google Scholar]
• Ma Y., Lan L., Jiang W., Sun F. & He S.
  Переходная тепловая оболочка, экспериментально реализованная с помощью масштабированного уравнения диффузии с анизотропной температуропроводностью. NPG Азия Матер. 5, e73 (2013). [Google Scholar]
• Нараяна С., Саво С. и Сато Ю.
  Защита от переходного теплового потока с использованием термических метаматериалов. заявл. физ. лат.
  102, 2019 г.04 (2013). [Google Scholar]
• Хан Т.
  и др.
  Экспериментальная демонстрация двухслойного теплового плаща. физ. Преподобный Летт.
  112, 054302 (2014). [PubMed] [Google Scholar]
• Сюй Х. , Ши С., Гао Ф., Сунь Х. и Чжан Б.
  Ультратонкий трехмерный тепловой плащ. физ. Преподобный Летт.
  112, 054301 (2014). [PubMed] [Google Scholar]
• Алу А.
  Точка зрения: Термальные плащи становятся горячими. Физика
  7, 12 (2014). [Google Scholar]
• Пендри Дж. Б., Шуриг Д. и Смит Д. Р.
  Управление электромагнитными полями. Наука
  312, 1780–1782 (2006). [PubMed] [Академия Google]
• Леонхардт У.
  Оптическое конформное отображение. Наука
  312, 1777–1780 (2006). [PubMed] [Google Scholar]
• Яков З., Алексеев Л.В., Нариманов Е.
  Оптическая гиперлинза: изображение в дальней зоне за пределами дифракционного предела. Опц. Выражать
  14, 8247–8256 (2006). [PubMed] [Google Scholar]
• Liu Z., Lee H., Xiong Y., Sun C. & Zhang X.
  Оптическая гиперлинза дальнего поля, увеличивающая объекты с субдифракционным ограничением. Наука
  315, 1686 (2007). [PubMed] [Google Scholar]
• Jiang W. X.
  и др.
  Широкополосная полностью диэлектрическая увеличительная линза для получения изображений с высоким разрешением в дальней зоне. Доп. Матер.
  25, 6963–6968 (2013). [PubMed] [Google Scholar]
• Li J., Fok L., Yin X., Bartal G. & Zhang X.
  Экспериментальная демонстрация акустической увеличительной гиперлинзы. Нац. Матер.
  8, 931–934 (2009). [PubMed] [Google Scholar]
• Jiang W. X., Luo C. Y., Ma H. F., Mei Z. L. & Cui T. J.
  Повышение плотности тока электрическим концентратором постоянного тока. науч. Представитель 2, 956 (2012). [Бесплатная статья PMC] [PubMed] [Google Scholar]
• Наво К., Прат-Кэмпс Дж. и Санчес А.
  Сбор и концентрация магнитной энергии на расстоянии с помощью трансформационной оптики. физ. Преподобный Летт.
  109, 263903 (2012). [PubMed] [Google Scholar]
• Prat-Camps J., Navau C. & Sanchez A. Экспериментальная реализация концентрации и передачи магнитной энергии на расстояние метаматериалами. arXiv :1308.5878 2013.
• Li J.Y., Gao Y. & Huang J.P.
  Бифункциональный плащ, использующий средства трансформации. Дж. Заявл. физ.
  108, 074504 (2010). [Академия Google]
• Мочча М. , Кастальди Г., Саво С., Сато Ю. и Гальди В.
  Независимое управление теплом и электрическим током с помощью бифункциональных метаматериалов. физ. Версия X
  4, 021025 (2014). [Google Scholar]

Статьи из Scientific Reports предоставлены здесь с разрешения Nature Publishing Group

Найден новый метод контроля электропроводности | Новости Массачусетского технологического института

Группа исследователей из Массачусетского технологического института нашла способ управлять как теплопроводностью, так и электропроводностью материалов, просто изменяя внешние условия, например температуру окружающей среды. А обнаруженная ими технология может изменить электропроводность более чем в 100 раз, а теплопроводность — более чем в три раза.

«Это новый способ изменения и контроля свойств» материалов — в данном случае класса, называемого перколированными композитными материалами — путем контроля их температуры, — говорит Ган Чен, профессор энергетики Массачусетского технологического института имени Карла Ричарда Содерберга и директор Pappalardo Micro. и Лаборатории нанотехнологий. Чен является старшим автором статьи, описывающей процесс, которая была опубликована в Интернете 19 апреля и появится в следующем выпуске Nature Communications . Ведущими авторами статьи являются бывшие приглашенные ученые Массачусетского технологического института Руйтин Чжэн из Пекинского педагогического университета и Цзиньвэй Гао из Южно-Китайского педагогического университета, а также нынешний аспирант Массачусетского технологического института Цзяньцзянь Ван. Исследование было частично поддержано грантами Национального научного фонда.

Система, разработанная Ченом и его коллегами, может быть применена ко многим различным материалам как для тепловых, так и для электрических применений. Находка настолько нова, говорит Чен, что исследователи надеются, что некоторые из их коллег немедленно ответят: «Мне это пригодится!»

Одним из потенциальных применений новой системы, объясняет Чен, является предохранитель для защиты электронных схем. В этом случае материал будет проводить электричество с небольшим сопротивлением при нормальных условиях комнатной температуры. Но если цепь начнет нагреваться, это тепло увеличит сопротивление материала, пока при некоторой пороговой температуре он не заблокирует поток, действуя как перегоревший предохранитель. Но затем, вместо необходимости сброса, по мере охлаждения цепи сопротивление уменьшается, и цепь автоматически возобновляет свою работу.

Другим возможным применением является хранение тепла, например, от системы солнечных коллекторов, с последующим использованием его для нагрева воды или домов или для выработки электроэнергии. Значительно улучшенная теплопроводность системы в твердом состоянии помогает ей передавать тепло.

По сути, исследователи поместили крошечные хлопья одного материала в жидкость, которая, подобно воде, образует кристаллы при затвердевании. В своих первоначальных экспериментах они использовали чешуйки графита, взвешенные в жидком гексадекане, но они продемонстрировали универсальность своего процесса, продемонстрировав контроль проводимости и в других комбинациях материалов. Жидкость, используемая в этом исследовании, имеет температуру плавления, близкую к комнатной температуре, что выгодно для работы в условиях, близких к температуре окружающей среды, но этот принцип должен быть применим и для использования при высоких температурах.

Этот процесс работает, потому что, когда жидкость замерзает, давление ее формирующейся кристаллической структуры толкает плавающие частицы в более тесный контакт, увеличивая их электрическую и тепловую проводимость. Когда он плавится, это давление сбрасывается, и проводимость падает. В своих экспериментах исследователи использовали суспензию, содержащую всего 0,2 процента чешуек графита по объему. Такие суспензии удивительно стабильны: частицы остаются неопределенно долго взвешенными в жидкости, как было показано при исследовании контейнера со смесью через три месяца после смешивания.

Путем выбора различных жидкостей и различных материалов, взвешенных в этих жидкостях, критическая температура, при которой происходит изменение, может регулироваться по желанию, говорит Чен.