Национальный цифровой ресурс Руконт - межотраслевая электронная библиотека (ЭБС) на базе технологии Контекстум (всего произведений: 573912)
Консорциум Контекстум Информационная технология сбора цифрового контента
Уважаемые СТУДЕНТЫ и СОТРУДНИКИ ВУЗов, использующие нашу ЭБС. Рекомендуем использовать новую версию сайта.

Введение в нанотеплофизику (994,00 руб.)

0   0
Первый авторДмитриев А. С.
ИздательствоМ.: Лаборатория знаний
Страниц793
ID443508
АннотацияЭта книга — одна из первых в мировой литературе монографий, посвященных тепловым процессам в наномасштабных системах. Проанализированы классические и современные представления о теплофизике нанообъектов. Рассмотрены механизмы переноса тепла в различных наноструктурах, методы вычисления теплопроводности, в том числе в нанопроволоках и нанотрубках, нанокомпозитах и наножидкостях. Проведен анализ радиационного теплопереноса на наномасштабах. Особое внимание уделено роли межфазных границ и влиянию размерных (классических и квантовых) эффектов, приводящих к особенностям и аномалиям теплопереноса. Отражено современное состояние интенсивно развивающихся областей теплофизики — нанотермогидродинамики и нанотермоэлектричества.
Кому рекомендованоДля студентов, аспирантов и специалистов в области физики твердого тела, нанонауки и нанотехнологий, физики и техники низких температур, энергетики и теплофизики.
ISBN978-5-00101-669-4
УДК536-002.532
ББК22.37+22.365
Дмитриев, А.С. Введение в нанотеплофизику : [монография] / А.С. Дмитриев .— 2-е изд. (эл.) .— Москва : Лаборатория знаний, 2020 .— 793 с. : ил. — (Нанотехнологии) .— Библиогр.: с. 738-790; Деривативное эл. изд. на основе печ. аналога (М.: БИНОМ. Лаборатория знаний, 2015); Электрон. текстовые дан. (1 файл pdf : 793 с.); Систем. требования: Adobe Reader XI; экран 10" .— ISBN 978-5-00101-669-4 .— URL: https://rucont.ru/efd/443508 (дата обращения: 08.12.2021)

Предпросмотр (выдержки из произведения)

Рассмотрены механизмы переноса тепла в различных наноструктурах, методы вычисления теплопроводности, в том числе в нанопроволоках и нанотрубках, нанокомпозитах и наножидкостях. <...> Баллистический перенос тепла в одностенных углеродных нанотрубках . <...> Теплоперенос в мезоскопических структурах нанопроволока / нанотрубка–подложка . <...> Фононный теплоперенос через пересекающиеся нанотрубки (термосопротивление в узлах). <...> Фононный теплоперенос через компактные пеллеты пересекающихся нанотрубок . <...> Частично баллистический режим в термическом резервуаре . <...> Открытие и изучение различных объектов наномира: наночастиц, нанопроволок и нанопроволочных сверхрешеток, нанотрубок, а также сложных наноматериалов на их основе (наножидкостей и нанокомпозитов, кластеров и наноагрегатов, «ковриков» из нанотрубок и т. д.) — показало множество противоречий при использовании описания их тепловых свойств на базе классических закономерностей. <...> Подробно описано понятие температуры в нанобъектах, приведены методики и основные результаты по вычислению внутренней энергии и теплоемкости наночастиц, нанопроволок и нанотрубок. <...> В главе даны теоретические подходы к вычислению теплопроводности (теплопроводимости) наноструктр, а кроме того, имеется множество опытных данных, подтверждающих важность размерных эффектов и вклада поверхности в теплоперенос. <...> В главе подробно рассмотрены условия на стенке при течении жидкостей со скольжением (длина скольжения и вклад поверхности в длину скольжения и скорость жидкости на стенке). <...> Кроме того, представлено большое число опытных данных по переносу тепла в подобных материалах (нанокомпозиты на основе полимеров и других базовых материалов с нановключениями в виде наночастиц, нанопроволок, нанопор, нанотрубок и нановолокон). <...> Групповая скорость фононов определяется при этом выражением vkg d/d , а скорость звука — соотношением vk k s0d /d lim( ) . t)exp( ), inka 23 Рис. <...> V nD () 1 2     Вспомним <...>
Введение_в_нанотеплофизику.pdf
Стр.2
Стр.3
Стр.4
Стр.5
Стр.6
Стр.7
Стр.8
Стр.9
Введение_в_нанотеплофизику.pdf
А. С. Дмитриев В НАНОТЕПЛОФИЗИКУ 2-E ИЗДАНИЕ, ЭЛЕКТРОННОЕ ВВЕДЕНИЕ Москва Лаборатория знаний 2020
Стр.2
УДК 536-002.532 ББК 22.37+22.365 Д53 С е р и я о с н о в а н а в 2006 г. Дмитриев А. С. Д53 Введение в нанотеплофизику / А. С. Дмитриев. — 2-е изд., электрон. — М. : Лаборатория знаний, 2020.—793 с.—(Нанотехнологии).—Систем. требования: Adobe Reader XI ; экран 10".— Загл. с титул. экрана.—Текст : электронный. ISBN 978-5-00101-669-4 Эта книга—одна из первых в мировой литературе монографий, посвященных тепловым процессам в наномасштабных системах. Проанализированы классические и современные представления о теплофизике нанообъектов. Рассмотрены механизмы переноса тепла в различных наноструктурах, методы вычисления теплопроводности, в том числе в нанопроволоках и нанотрубках, нанокомпозитах и наножидкостях. Проведен анализ радиационного теплопереноса на наномасштабах. Особое внимание уделено роли межфазных границ и влиянию размерных (классических и квантовых) эффектов, приводящих к особенностям и аномалиям теплопереноса. Отражено современное состояние интенсивно развивающихся областей теплофизики — нанотермогидродинамики и нанотермоэлектричества. Для студентов, аспирантов и специалистов в области физики твердого тела, нанонауки и нанотехнологий, физики и техники низких температур, энергетики и теплофизики. УДК 536-002.532 ББК 22.37+22.365 Деривативное издание на основе печатного аналога: Введение в нанотеплофизику / А. С. Дмитриев.—М. : БИНОМ. Лаборатория знаний, 2015. — 790 с. : ил. — (Нанотехнологии).—ISBN 978-5-9963-0843-9. В соответствии со ст. 1299 и 1301 ГК РФ при устранении ограничений, установленных техническими средствами защиты авторских прав, правообладатель вправе требовать от нарушителя возмещения убытков или выплаты компенсации ISBN 978-5-00101-669-4 ○c Лаборатория знаний, 2015
Стр.3
ОГЛАВЛЕНИЕ Введение . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 9 Глава 1. Классическая теплофизика . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 15 1.1. Объекты и методы классической теплофизики. Носители энергии и их основные свойства . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 15 1.2. Классическая термодинамика и статистика . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 17 1.2.1. Законы термодинамики . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 17 1.2.2. Статистические функции распределения . . . . . . . . . . . . . . . . . 17 1.2.3. Вычисление термодинамических функций . . . . . . . . . . . . . . . . 20 1.3. Перенос тепла в классической теплофизике. . . . . . . . . . . . . . . . . . . 30 1.3.1. Средняя длина свободного пробега в межмолекулярных взаимодействиях в газах и теплопроводность . . . . . . . . . . . . . . 30 1.3.2. Перенос тепла в твердых диэлектриках. Фононная теплопроводность . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 32 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 35 1.3.3. Перенос тепла в металлах . 1.3.4. Явления переноса: уравнение Больцмана. . . . . . . . . . . . . . . . . 35 1.3.5. Уравнение Больцмана и макроскопические переменные . . . . . . . 37 1.3.6. Теплопроводность: уравнение Фурье, уравнение Каттанео и их обобщение . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 38 1.4. Уравнения гидродинамики вязкой жидкости . . . . . . . . . . . . . . . . . . 42 1.5. Уравнения конвективного переноса тепла . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 43 1.6. Размерные эффекты в классической термогидродинамике . . . . . . . . . . 46 1.6.1. Теплопроводность в газе с учетом размерных эффектов . . . . . . . . 1.7.1. Феноменологическое описание радиационного переноса тепла . 1.7.2. Рассеяние в диффузионной среде . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1.7.3. Электромагнитное происхождение теплового излучения . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2.2. Объекты нанотеплофизики: наноструктуры и процессы в них . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 46 1.6.2. Поток тепла в баллистическом режиме . . . . . . . . . . . . . . . . . . 47 1.6.3. Переходы между режимами . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 49 1.7. Радиационный перенос тепла . . 51 . 52 . 54 . 57 1.8. Основные ограничения классической теплофизики и новые подходы . . . 57 Глава 2. Наномир и объекты нанотеплофизики . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 59 2.1. Мир наномасштаба . . . . 59 . 60 2.2.1. Объекты нанотеплофизики . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 60 2.3. Особенности теплофизики наномира. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 67 2.3.1. Масштабные факторы в теплофизике . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 71 2.3.2. Классические и квантовые размерные эффекты. . . . . . . . . . . . . 71 2.3.3. Роль объема и поверхности в процессах переноса тепла . . . . . . . . 76
Стр.4
4 Оглавление 2.4. Экспериментальные методы изготовления наноструктур . . . . . . . . . . . 76 2.5. Методы экспериментального исследования термодинамических и кинетических явлений в наноструктурах. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 81 2.5.1. Сканирующая тепловая микроскопия. . . . . . . . . . . . . . . . . . . 81 2.5.2. 3-техника . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 85 2.5.3. Техника термического коэффициента отражения . . . . . . . . . . . . 88 2.5.4. 2-метод измерения тепловых свойств на наномасштабах. . . . . . . 88 Глава 3. Термодинамика наноструктур . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 90 3.1. Носители энергии в конденсированных телах и газах . . . . . . . . . . . . . 90 3.2. Термодинамика наноструктур . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 90 3.2.1. Понятие температуры . . 91 3.2.2. Примеры важности определения температуры. . . . . . . . . . . . . . 93 3.2.3. Понятие термодинамического среднего. . . . . . . . . . . . . . . . . . 93 3.3. Внутренняя энергия и удельная теплоемкость наноструктур . . . . . . . . . 94 3.3.1. Теплоемкость наночастиц . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 94 3.3.2. Теплоемкость нанопроволок . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 99 3.4. Теплоемкость нанотрубок. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 106 3.5. Удельная теплоемкость 2D-графена и 3D-графита . . . . . . . . . . . . . . . 108 3.6. Удельная теплоемкость одностенных пучков нанотрубок и многостенных нанотрубок . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 111 3.7. Неуглеродные нанотрубки . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 113 Глава 4. Кинетика переноса тепла в наноструктурах. . . . . . . . . . . . . . . . . . 115 4.1. Особенности кинетики переноса тепла в наноструктурах . . . . . . . . . . . 115 4.1.1. Механизмы переноса тепла — наномасштабные факторы . . . . . . . 116 4.1.2. Некоторые характерные масштабы и режимы переноса тепла . . . . 119 4.1.3. Пределы теплопереноса в наноструктурированных материалах. . . . 125 4.1.4. Явления наномасштабного переноса тепла. . . . . . . . . . . . . . . . 131 4.2. Общие методы кинетики переноса тепла в различных приближениях . 4.3. Формализм Ландауэра. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 138 4.4. Уравнение Больцмана . . . . . . . . . . . . . 4.4.1. Введение . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 142 4.4.2. Приближение времени релаксации . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4.4.6. Баллистически-диффузионное уравнение . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4.4.5. Полностью дисперсионное приближение для фононного уравнения Больцмана . . . . . . . 4.5.3. Метод атомных функций Грина в кинетике переноса тепла . . . . . . 172 4.6. Фононная гидродинамика . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5.1. Теплопроводность в наноструктурах . 5.1.1. Фононы и их энергетический спектр . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4.4.3. «Серое» приближение для фононного уравнения Больцмана . . . . . 147 4.4.4. «Полусерое» приближение для фононного уравнения Больцмана . . 135 . 142 . 145 . 150 . 151 . 153 4.4.7. Методы Монте-Карло для уравнения Больцмана . . . . . . . . . . . . 161 4.4.8. Уравнение Больцмана на решетке . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 162 4.5. Методы молекулярной динамики . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 163 4.5.1. Основные положения метода молекулярной динамики . 4.5.2. Формула Грина–Кубо . . 163 . 169 . 174 Глава 5. Механизмы переноса тепла. Теплопроводность и теплопроводимость. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 179 . 179 . 180 5.1.2. Общие соотношения для теплопроводности . . . . . . . . . . . . . . . 181
Стр.5
Оглавление 5 5.1.3. Уравнение Больцмана для фононов . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 181 5.2. Теплопроводность 1D- и квази-1D-наноструктур . 5.2.1. Общие положения . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 183 . 183 5.2.2. Теплопроводность квазиодномерных наноструктур. . . . . . . . . . . 185 5.2.3. Модели теплопереноса в нанопроволоках и других квази1D-структурах . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 187 5.2.4. Теплоперенос в нанопроволоках с учетом сложности границы . . . . 213 5.3. Теплоперенос в нанотрубках . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 231 5.3.1. Получение и свойства нанотрубок . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 231 5.3.2. Баллистический перенос тепла в одностенных углеродных нанотрубках . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 234 5.3.3. Квазибаллистический теплоперенос в ОСУНТ . . 5.4. Квантовый перенос тепла. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 250 5.5. Теплопроводность 2D-наноструктур . 5.5.1. Общие свойства графена. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 262 5.5.2. Теплопроводность графена . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5.6.1. Нижний предел теплопроводности . 5.6.2. Верхний предел теплопроводности . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 246 . 261 . 264 . 290 . 291 . 292 . 295 5.5.3. Простая модель теплопроводности графена . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 268 5.5.4. Теплопроводность нанослоев и пленок . . . . . . . . . . . . . . . . . . 270 5.5.5. Теплопроводность наногетероструктур . . . . . . . . . . . . . . . . . . 284 5.6. Пределы теплопроводности . Глава 6. Граничное термосопротивление в наноструктурах. . . . . . . . . . . . . . 294 6.1. Общие представления . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 6.1.1. Термическая контактная проводимость и термическое сопротивление. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 295 6.1.2. Диффузионное термическое стягивание (термическая контракция). . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 297 6.1.3. Баллистическое термическое сопротивление . . . . . . . . . . . . . . 299 6.1.4. Общее термическое сопротивление . . . . 6.2. Вычисление граничного термосопротивления . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 300 6.1.5. Экспериментальное определение термического контактного сопротивления. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 300 . 6.3.2. Модель теплопереноса через малую область контакта между телами . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 301 6.2.1. Модель акустического импеданса (AMM) . . . . . . . . . . . . . . . . . 301 6.2.2. Модель диффузионного импеданса (DMM) . . . . . . . . . . . . . . . 305 6.3. Термосопротивление в наноструктурах. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 309 6.3.1. Общие свойства термических интерфейсных наноматериалов . . 310 . 319 6.3.3. Дифракционный предел в термической проводимости. . . . . . . . . 321 6.3.4. Модель цилиндрического контакта с плоской подложкой. . . . . . . 325 6.3.5. Контактное термосопротивление в различных режимах . . . . . . . . 329 6.3.6. Контактное термосопротивление в баллистическом режиме (разные материалы). . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 331 6.3.7. Контактное термическое сопротивление для реальных поверхностей . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 333 . . . . . . . . . . . 237 5.3.4. Диффузионный перенос в одностенных углеродных нанотрубках . . 241 5.3.5. Теплоперенос в многостенных углеродных нанотрубках . . . . . . . . 242 5.3.6. Нарушение закона Фурье в нанотрубках .
Стр.6
6 Оглавление 6.3.8. Одиночные связи . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 335 6.3.9. Теплоперенос в мезоскопических структурах нанопроволока / нанотрубка–подложка . . . . . . . . . . . . . . . . . . 338 6.4. Термосопротивление в наноструктурах. Мультисвязи . . . . . . . . . . . . . 342 6.4.1. Термическое контактное сопротивление в структурах нанотрубок . . 342 6.4.2. Фононный теплоперенос через пересекающиеся нанотрубки (термосопротивление в узлах). . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 343 6.4.3. Фононный теплоперенос через компактные пеллеты пересекающихся нанотрубок . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 346 6.4.4. Слабые и сильные связи в тепловых изоляционных материалах . 6.4.5. Термическое контактное сопротивление между структурами нанотрубок и другими нанообъектами . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 349 . 353 6.5. Контактное термосопротивление в нановолокнах . . . . . . . . . . . . . . . 355 6.6. Термическое сопротивление в мезоструктурах. Вклад многократного отражения фононов . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 358 6.6.1. Наноконтакт между двумя тепловыми резервуарами . . . . . . . . . . 360 6.6.2. Наноконтакт между наноструктурой и полупространством . . . . . . 361 6.6.3. Определение термического контактного сопротивления. . . . . . . . 362 6.6.4. Эффективная неравновесная температура наноструктуры. . . . . . . 362 6.6.5. Соотношение для контактного сопротивления . 6.6.6. Многократное отражение фононов в наноструктурах . 6.6.7. Частично баллистический режим в термическом резервуаре . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 6.7. Термическое контактное сопротивление на сетке случайных наноконтактов . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 364 . 364 . 365 . 367 6.7.1. Термическое контактное сопротивление в случайно распределенных контактных точках . . . . . . . . . . . . . 367 6.7.2. Теплопроводность с изменением масштабов . . . . . . . . . . . . . . . 368 6.7.3. Контактная модель Арчарда. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 369 6.8. Контактное термическое сопротивление в других наноинтерфейсах . . . . 370 6.8.1. Нанокомпозитный интерфейс нанопроволоки Ag с полимером . 6.8.2. Наноинтерфейс на основе случайно расположенных нанотрубок . . Глава 7. Термогидродинамика на мезо- и наномасштабах . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 370 . 373 . 377 7.1. Роль размерных эффектов в гидродинамике. . . . . . . . . . . . . . . . . . . 379 7.2. Число Кнудсена, кнудсеновский слой и особенности течений . . . . . . . . 381 7.2.1. Медленное обтекание микросферы . . 386 7.2.2. Экспериментальные результаты по обтеканию сферической частицы. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 387 7.2.3. Аналитическое решение на основе уравнения Навье–Стокса. . . . . 387 7.2.4. Аналитическое решение из 13-моментного приближения Грэда . 7.2.5. Аналитическое решение на основе кинетической теории . . . . . . . . 388 . 388 7.3. Кнудсеновский слой с учетом теплопереноса . . . . . . . . . . . . . . . . . . 389 7.4. Гидродинамика и граничные условия . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 392 7.4.1. Исторический экскурс в проблему прилипания и скольжения жидкости на поверхности твердого тела. . . . . . . . . . . . . . . . . . 393 7.4.2. Базисная гидродинамическая теория . 7.4.3. Модель длины скольжения . 7.4.4. Экспериментальные методы . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 396 . 398 . 400 7.4.5. Факторы, влияющие на длину скольжения . . . . . . . . . . . . . . . . 409 7.4.6. Механизм скольжения . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 410 7.5. Термогидродинамика со скольжением . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 410
Стр.7
Оглавление 7 7.5.1. Течение между параллельными стенками . . . . . . . . . . . . . . . . . 411 7.5.2. Течение Пуазейля со скольжением. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 413 7.5.3. Теплообмен с условием скольжения Навье . . . . . . . . . . . . . . . . 416 7.5.4. Тепловые граничные условия . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 421 7.6. Термогидродинамика на наноструктурированной поверхности . 7.6.1. Варианты определения длины скольжения . . . . . . . . . . . . . . . . 423 7.6.2. Структурные масштабы . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 423 . 426 7.6.3. Особенности скольжения на наноструктурированных поверхностях. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 427 7.7. Термогидродинамика внутри наноструктур . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 439 7.8. Некоторые специфические проблемы термогидродинамики наноструктур . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 447 7.8.1. Образование нанопены при испарении жидкости из наноструктур . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 447 7.8.2. Пористые мембраны на основе управляемой структуры нанотрубок . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 450 Глава 8. Теплоперенос в нанокомпозитах и наножидкостях . 8.1. Теплоперенос в нанокомпозитах. 8.1.1. Общие представления . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 453 . 453 . 453 8.1.2. Теплопроводность композитов: эффективная среда . . . . . . . . . . 454 8.1.3. Кинетический подход к переносу в нанокомпозитах . . . . . . . . . . 462 8.1.4. Модифицированные модели эффективной среды. . . . . . . . . . . . 465 8.1.5. Нанокомпозиты: описание вне рамок эффективной среды . . 468 8.2. Теплоперенос в наножидкостях . 8.1.6. Теплоперенос в нанокомпозитах с нерегулярной структурой . . . . . 479 8.1.7. Теплоперенос в напряженных нанокомпозитах . . . . . . . . . . . . . 481 8.1.8. Теплоперенос в нанокомпозитах, содержащих нанотрубки и нановолокна . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 486 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 495 8.2.1. Основные свойства наножидкостей . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 495 8.2.2. Теплопроводность наножидкостей. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 497 8.2.3. Модели для описания теплопроводности наножидкостей . . . . . . . 502 8.2.4. Конвективный теплообмен в наножидкостях . 8.2.5. Теплообмен при кипении наножидкостей . . . . . . 528 . 513 . 517 Глава 9. Нанотермогидродинамика поверхности . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 528 9.1. Особенности наноструктурированных поверхностей . 9.1.1. Особенности природных мезо- и наноструктурированных поверхностей . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 530 9.1.2. Искусственные супергидрофобные поверхности . 9.2. Теоретические модели смачивания . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 538 9.2.1. Модель Юнга . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 547 . 535 . 539 9.2.2. Модели для шероховатых поверхностей: Венцеля и Касси–Бакстера. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 540 9.3. Современные модели смачивания супершероховатых поверхностей . 9.3.1. Обобщенная теория контактных углов на супершероховатых поверхностях. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 547 9.3.2. Вычисление контактных углов . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 552 9.4. Процессы на наношероховатых и супергидрофобных поверхностях . . . . 557 9.4.1. Супергидрофобные поверхности с нанотрубками . . . . . . . . . . . . 558 9.4.2. Супергидрофобные поверхности с наноструктурами . . . . . . . . . . 559
Стр.8
8 Оглавление 9.5. Управление процессами смачиваемости на наношероховатых и супергидрофобных поверхностях . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 561 9.5.1. Электросмачивание. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 563 9.5.2. Тепловое управление режимами смачиваемости. . . . . . . . . . . . . 569 9.5.3. Управление электромагнитным излучением . . . . . . . . . . . . . . . 571 9.6. Физика кипения на наноструктурированных поверхностях . . 9.6.1. Кипение в структуре нанопроволок . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 580 9.6.2. Наноструктурированные микропористые поверхности . . . Глава 10. Тепловое излучение в наноструктурах . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 577 . 586 9.6.3. Наноструктурированные функциональные поверхности . . . . . . . 593 . 10.4. Тепловое излучение наноструктур в дальней зоне . . . . . . . . . . . . . . . 614 10.5. Тепловое излучение наноструктур в ближней зоне . 10.5.1. Тепловое излучение наночастиц. . . . . . . . . . . . . . . . . 10.5.5. Тепловое излучение на малых масштабах: некоторые эксперименты . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 612 . 615 . . . . . . . . . . . . . . . . 10.5.2. Тепловое излучение между двумя наночастицами . . . . . . . . . . . 617 10.5.3. Тепловое излучение в ближнем поле с плоской поверхности. . . . . 619 10.5.4. Тепловое излучение через малый вакуумный зазор . 10.6. Резонансное туннелирование и увеличение теплового потока . . . . . . 628 10.6.1. Механизм фотонного туннелирования. . . . . . . . . . . . . . . . . . 632 10.6.2. Индуцирование поверхностными поляритонами пространственной когерентности. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 633 10.6.3. Микроскопические и макроскопические уравнения Максвелла . 10.7. Некоторые задачи наномасштабного радиационного теплообмена . 10.7.1. Локальный нагрев поверхности и реакция острия сканирующего туннельного микроскопа . . . . . . . . . . . . . . . . . . 636 . 637 . 637 10.7.2. Теплообмен между двумя наночастицами . . . . . . . . . . . . . . . . 639 10.8. Экспериментальные исследования радиационного теплообмена. . . . . . 642 10.8.1. Радиационный теплообмен между двумя стеклянными (диэлектрическими) параллельными пластинами . . . . . . . . . . . 642 10.8.2. Радиационный теплообмен между сферой и подложкой . . . . . . . 645 10.8.3. Радиационный теплообмен между двумя параллельными металлическими пластинами . . 11.1. Введение в термоэлектричество . 11.1.1. Основные понятия . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 11.1.2. Термоэлектрические свойства стандартных материалов . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 10.9. Термофотовольтоника в ближнем поле . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 649 Глава 11. Нанотермоэлектричество . . 648 . 653 . 653 . 653 . 655 11.1.3. Эффективность термоэлектрического преобразования . . . . . . . . 657 11.1.4. Теоретические основы термоэлектрического преобразования . 11.1.5. Термоионные системы и преобразователи. . . . . . . . . . . . . . . . 662 . 658 11.2. Термоэлектричество наноразмерных систем . . . . . . . . . . . . . . . . . . 667 11.2.1. Термоэлектрический перенос в низкоразмерных системах . . . . . . 668 11.2.2. Термоэлектрические наноматериалы. . . . . . . . . . . . . . . . . . . 678 11.2.3. Термоэлектрические материалы — стратегия на будущее . . . . . . . 714 11.3. Термоэлектрические модули и их применение. . . . . . . . . . . . . . . . . 730 Список литературы . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 738 . 600 10.1. Наномасштабный радиационный теплоперенос . . . . . . . . . . . . . . . 600 10.2. Флуктуации электромагнитного поля и тепловой поток . . . . . . . . . . . 607 10.3. Когерентный и некогерентный радиационный перенос тепла . . 615 . 623 . 627
Стр.9