Nội dung được dịch bởi AI, chỉ mang tính chất tham khảo
Đặc trưng của điện trở biên nhiệt tại giao diện rắn-lỏng dựa trên phương pháp phản xạ nhiệt trường tần số sóng liên tục
Tóm tắt
Các thuộc tính vận chuyển nhiệt của giao diện rắn-lỏng vẫn đang trong tình trạng cấp bách cần nghiên cứu với việc sử dụng rộng rãi công nghệ làm mát bằng chất lỏng quy mô nano, liệu pháp hỗ trợ bằng hạt và công nghệ bôi trơn. Trong bài báo này, chúng tôi đã phát triển một hệ thống thực nghiệm về phản xạ nhiệt trong miền tần số sóng liên tục để đo độ dẫn nhiệt của chất lỏng và độ dẫn nhiệt giao diện giữa rắn-lỏng cùng với mô hình vận chuyển nhiệt hai chiều dựa trên mô hình lý thuyết đường truyền, đồng thời độ dẫn nhiệt, độ dẫn nhiệt giao diện và góc tiếp xúc của chất lỏng trên bề mặt lớp cảm biến nhôm đã được đo cho nước, ethanol và hexadecane. Ngoài ra, chúng tôi đã mô phỏng quá trình vận chuyển nhiệt tại giao diện Al/nước bằng động lực học phân tử với kết quả mô phỏng đồng nhất với kết quả thực nghiệm. Kết quả cho thấy rằng quá trình vận chuyển nhiệt tại giao diện rắn/lỏng phụ thuộc vào sự kết hợp chế độ ngang của độ ướt của chất lỏng, gia tăng lực tương tác giữa các phân tử rắn và lỏng, từ đó liên kết năng lượng của phonon tần số thấp với chất lỏng, dẫn đến làm giảm độ dẫn nhiệt giao diện.
Từ khóa
#thuộc tính vận chuyển nhiệt #giao diện rắn-lỏng #độ dẫn nhiệt #mô hình lý thuyết đường truyền #động lực học phân tửTài liệu tham khảo
Cahill DG, Braun PV, Chen G, Clarke DR, Fan S, Goodson KE, Keblinski P, King WP, Mahan GD, Majumdar A, Maris HJ, Phillpot SR, Pop E, Shi L (2014) Nanoscale thermal transport. II. 2003–2012, Appl Phys Rev 1:011305. https://doi.org/10.1063/1.4832615
Lahiri A, Behrens N, Pulletikurthi G et al (2018) Electrochemically induced phase separation and in situ formation of mesoporous structures in ionic liquid mixtures[J]. ence Adv 4(10). https://doi.org/10.1126/sciadv.aau9663
Kheirabadi AC, Groulx D (2016) Cooling of server electronics: A design review of existing technology. Appl Therm Eng 105:622–638. https://doi.org/10.1016/j.applthermaleng.2016.03.056
Zhang Z, Jiang Y, Huang C et al (2018) Guiding kinetic trajectories between jammed and unjammed states in 2D colloidal nanocrystal-polymer assemblies with zwitterionic ligands[J]. Sci Adv 4(8):eaap8045. https://doi.org/10.1126/sciadv.aap8045
Sievers C, Noda Y, Qi L, Albuquerque EM, Rioux RM, Scott SL (2016) Phenomena Affecting Catalytic Reactions at Solid-Liquid Interfaces. ACS Catal 6:8286–8307. https://doi.org/10.1021/acscatal.6b02532
Songen H, Marutschke C, Spijker P, Holmgren E, Hermes I, Bechstein R, Klassen S, Tracey J, Foster AS, Kuhnle A (2017) Chemical Identification at the Solid-Liquid Interface. Langmuir 33:125–129. https://doi.org/10.1021/acs.langmuir.6b03814
Milanese M, Iacobazzi F, Colangelo G et al (2016) An investigation of layering phenomenon at the liquid–solid interface in Cu and CuO based nanofluids[J]. Int J Heat Mass Transf 103:564–571. https://doi.org/10.1016/j.ijheatmasstransfer.2016.07.082
Comtet J, Rayabharam A, Glushkov E et al (2021) Anomalous interfacial dynamics of single proton charges in binary aqueous solutions[J]. https://doi.org/10.1126/sciadv.abg8568
Liu X, Surblys D, Kawagoe Y et al (2019) A molecular dynamics study of thermal boundary resistance over solid interfaces with an extremely thin liquid film[J]. Int J Heat Mass Transf 147:118949. https://doi.org/10.1016/j.ijheatmasstransfer.2019.118949
Giri A, Hopkins PE (2014) Spectral analysis of thermal boundary conductance across solid/classical liquid interfaces: A molecular dynamics study. Appl Phys Lett 105. https://doi.org/10.1063/1.4891332
Guo Y, Surblys D, Kawagoe Y, Matsubara H, Liu X, Ohara T (2019) A molecular dynamics study on the effect of surfactant adsorption on heat transfer at a solid-liquid interface. Int J Heat Mass Transf 135:115–123. https://doi.org/10.1016/j.ijheatmasstransfer.2019.01.131
Han H, Mérabia S, Müller-Plathe F (2017) Thermal Transport at Solid-Liquid Interfaces: High Pressure Facilitates Heat Flow through Nonlocal Liquid Structuring. The Journal of Physical Chemistry Letters 8:1946–1951. https://doi.org/10.1021/acs.jpclett.7b00227
Huang D, Ma R, Zhang T, Luo T (2018) Origin of Hydrophilic Surface Functionalization-Induced Thermal Conductance Enhancement across Solid-Water Interfaces. ACS Appl Mater Interfaces 10:28159–28165. https://doi.org/10.1021/acsami.8b03709
Li M, Liu J, Yu W et al (2021) Atomistic molecular dynamic simulations of the thermal transport across h-BN/cellulose nanocrystal interface[J]. Int J Heat Mass Transf 171(7):121043. https://doi.org/10.1016/j.ijheatmasstransfer.2021.121043
Schmidt A, Chiesa M, Chen XY, Chen G (2008) An optical pump-probe technique for measuring the thermal conductivity of liquids. Rev Sci Instrum 79:064902. https://doi.org/10.1063/1.2937458
Harikrishna H, Ducker WA, Huxtable ST (2013) The influence of interface bonding on thermal transport through solid–liquid interfaces. Appl Phys Lett 102:251606. https://doi.org/10.1063/1.4812749
Sun F, Zhang T, Jobbins MM, Guo Z, Zhang X, Zheng Z, Tang D, Ptasinska S, Luo T (2014) Molecular bridge enables anomalous enhancement in thermal transport across hard-soft material interfaces. Adv Mater 26:6093–6099. https://doi.org/10.1002/adma.201400954
Tian Z, Marconnet A, Chen G (2015) Enhancing solid-liquid interface thermal transport using self-assembled monolayers, Appl Phys Lett 106. https://doi.org/10.1063/1.4921758
Tomko JA, Olson DH, Giri A, Gaskins JT, Donovan BF, O’Malley SM, Hopkins PE (2019) Nanoscale Wetting and Energy Transmission at Solid/Liquid Interfaces. Langmuir 35:2106–2114. https://doi.org/10.1021/acs.langmuir.8b03675
Goni M, Patelka M, Ikeda S, Sato T, Schmidt AJ (2018) Frequency domain thermoreflectance technique for measuring the thermal conductivity of individual micro-particles. Rev Sci Instrum 89:074901. https://doi.org/10.1063/1.5025173
Rodin D, Yee SK (2017) Simultaneous measurement of in-plane and through-plane thermal conductivity using beam-offset frequency domain thermoreflectance. Rev Sci Instrum 88:014902. https://doi.org/10.1063/1.4973297
Yuan G, Marconnet AM, Rong X, Maruyama S, Goodson KE (2013) Heat Capacity, Thermal Conductivity, and Interface Resistance Extraction for Single-Walled Carbon Nanotube Films Using Frequency-Domain Thermoreflectance, IEEE Transactions on Components, Packaging and Manufacturing. Technology 3:1524–1532. https://doi.org/10.1109/tcpmt.2013.2254175
Yang J, Maragliano C, Schmidt AJ (2013) Thermal property microscopy with frequency domain thermoreflectance. Rev Sci Instrum 84:104904. https://doi.org/10.1063/1.4824143
Regner KT, Majumdar S, Malen JA (2013) Instrumentation of broadband frequency domain thermoreflectance for measuring thermal conductivity accumulation functions. Rev Sci Instrum 84:064901. https://doi.org/10.1063/1.4808055
Malen JA, Baheti K, Tong T, Zhao Y, Hudgings JA, Majumdar A (2011) Optical Measurement of Thermal Conductivity Using Fiber Aligned Frequency Domain Thermoreflectance, J. Heat Transf-Trans ASME. 133:081601. https://doi.org/10.1115/1.4003545
Schmidt AJ, Cheaito R, Chiesa M (2009) A frequency-domain thermoreflectance method for the characterization of thermal properties. Rev Sci Instrum 80:094901. https://doi.org/10.1063/1.3212673
Hui P, Tan HS (1994) A transmission-line theory for heat conduction in multilayer thin films. IEEE Trans Compon Packag Manuf Technol Part B: 17:426–434. https://doi.org/10.1109/96.311793
Chen G, Hui P (1999) Pulsed photothermal modeling of composite samples based on transmission-line theory of heat conduction. Thin Solid Films 339:58–67. https://doi.org/10.1016/s0040-6090(98)01062-1
Stehfest H (1970) Remark on algorithm 368: Numerical inversion of Laplace transforms. Commun ACM 13:624–625. https://doi.org/10.1145/355598.362787
Zhao Y, Chen G, Wang S, Yoon SF (2004) Thermal characterization of gallium arsenic nitride epilayer on gallium arsenide substrate using pulsed photothermal reflectance technique. Thin Solid Films 450:352–356. https://doi.org/10.1016/j.tsf.2003.11.289
Kirkpatrick S, Gelatt CD Jr, Vecchi MP (1983) Optimization by simulated annealing. Science 220:671–680. https://doi.org/10.1126/science.220.4598.671
Sun F, Tang D, Zhu J (2015) Thermal conductivity measurement of liquids using femto-second laser pump-probe technique Chinese Science Bulletin 60:1320–1327. https://doi.org/10.1360/n972014-01282
Kikugawa G, Ohara T, Kawaguchi T, Kinefuchi I, Matsumoto Y (2014) A Molecular Dynamics Study on Heat Transfer Characteristics Over the Interface of Self-Assembled Monolayer and Water Solvent. J Heat Trans 136. https://doi.org/10.1115/1.4027910
Shenogina N, Godawat R, Keblinski P, Garde S (2009) How wetting and adhesion affect thermal conductance of a range of hydrophobic to hydrophilic aqueous interfaces. Phys Rev Lett 102:156101. https://doi.org/10.1103/PhysRevLett.102.156101
Wei C, Zheng X, Cahill DG, Zhao JC (2013) Invited article: micron resolution spatially resolved measurement of heat capacity using dual-frequency time-domain thermoreflectance. Rev Sci Instrum 84:071301. https://doi.org/10.1063/1.4815867
Bu W, Tang D, Wang Z et al (2008) Modulated photothermal reflectance technique for measuring thermal conductivity of nano film on substrate and thermal boundary resistance[J]. Thin Solid Films 516(23):8359–8362. https://doi.org/10.1016/j.tsf.2008.04.037