改善纯聚二甲基硅氧烷( PDMS )传热的影响因素研究:分子动力学研究

ty10086 提交于 周三, 08/25/2021 - 15:52
文章英文标题
A study of influence factors to improve the heat transfer of pure-polydimethylsiloxane (PDMS): A molecular dynamics study
正文
采用分子动力学模拟方法研究了热界面材料聚二甲基硅氧烷( PDMS )的传热影响因素,结果表明,非晶PDMS比晶态PDMS具有更大的热导率,较长的链段有利于热导率的提高。根据上述结论,分析了骨干上结构的差异。研究发现,非晶态PDMS骨架具有较为平整的扭转势面,从而与结晶态PDMS相比具有一定的转动柔软性。更有意思的是,通过二面角的分布,我们还发现非晶态PDMS主链的二面角分布随链长的增加而保持恒定,但对于晶态PDMS,对于长链,二面角向小角度移动,表明非晶态PDMS具有相对稳定的主链结构。通过计算声子态密度( PDOS ),我们发现更多的硅( Si )和氧( O )原子有利于骨架的振动,从而提高了热导率。总之,通过模拟,我们得出了这6个因素(非晶状态、朗格链、良好的转动柔软性、更强的振动、更多的Si和O原子以及沿热流方向更高密度)对热导率正向影响,可以为选择更好的构型提高热导率提供可靠的理论依据。
文章内容(英文)
Molecular dynamics simulation were performed to study the influence factors on the heat transfer of polydimethylsiloxane (PDMS), a kind of thermal interface materials (TIMs). The results show that the amorphous PDMS has larger thermal conductivities compared with that of crystalline PDMS, and longer chains are beneficial to the thermal conductivity. Based on the conclusion above, the differences of the structure on the backbone were analyzed. It was found that the amorphous PDMS backbone have flatter torsional potential surface, thus have a certain rotational softness compared with the crystalline PDMS. More interestingly, through the distribution of dihedral angle, we also found that the distribution of the dihedral angle of the amorphous PDMS backbone keep constant with the increasing of the chain lengths, but for crystalline PDMS, the dihedral angle moves to smaller angles for longer chains, indicating that amorphous PDMS have relative stable backbone structure. By calculating the phonon density of state (PDOS), we found that more silicone (Si) and oxygen (O) atoms are beneficial to the vibration of the backbone, thus increasing the thermal conductivity. In all, through the simulation, we concluded that the six factors (amorphous state, langer chains, good rotational softness, stronger vibration, more Si and O atoms and higher density along the heat flux direction) have positive effect on the thermal conductivity, which can provide the reliable theoretical basis for the selection of the better configuration to improve the thermal conductivity.
来源出处
Journal|[J]Colloids and Surfaces A: Physicochemical and Engineering AspectsVolume 618, 2021.
DOI
https://doi.org/10.1016/J.COLSURFA.2021.126409

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