熱材料仿生工程

1  材料熱學性能簡介  001
1.1  宏觀熱傳遞  001
1.1.1  熱參數(shù)標準化  002
1.1.2  熱平衡與熱不平衡  002
1.1.3  整體結構熱傳遞  003
1.1.4  控制體積和界面  004
1.1.5  單相和多相介質中的傳導  004
1.1.5.1　單相介質  005
1.1.5.2　多相復合介質  005
1.1.6  熱容  006
1.1.7  相變  007
1.2  微/納尺度熱傳遞  007
1.2.1  微/納尺度熱載體  009
1.2.2  基于玻爾茲曼方程的納米尺度熱動力學理論  009
1.2.3  分子動力學計算  011
1.2.4  表面等離子體共振（SPR）光熱效應  012
1.3  仿生熱材料  012
1.3.1  仿生熱傳導材料  012
1.3.2  仿生儲熱材料  013
1.3.3  仿生熱檢測材料  014
1.3.4  仿生熱能轉換材料  014
1.4  前景與展望  015
致謝  015
參考文獻  015
2  熱材料工程史  018
2.1  引言  018
2.2  熱材料的工程應用歷史  019
2.2.1  熱導率  019
2.2.2  高導熱材料進展  021
2.3  仿生熱材料工程應用  025
2.3.1  親水與疏水表面  025
2.3.2  滴狀凝結  026
2.3.3  熱管  027
2.4  仿生多尺度毛細結構  028
2.5  超親水/超疏水混合毛細結構  031
2.6  仿生集成設計的柔性熱管  031
參考文獻  033
3  仿生表面強化沸騰  036
3.1  引言  036
3.2  仿生表面沸騰  037
3.3  池沸騰表面強化  039
3.4  強化沸騰表面雙親和雙傳導性  043
3.5  強化池沸騰表面活性劑  046
3.6  流動沸騰  049
3.7  結論與展望  052
致謝  052
參考文獻  052
4  仿生蒸發(fā)材料  057
4.1  引言  057
4.2  蒸發(fā)  058
4.2.1  整體加熱和界面加熱的蒸發(fā)理論模型  058
4.2.2  整體加熱和界面加熱示例  059
4.3  仿生蒸發(fā)材料概述  062
4.3.1  仿生界面蒸發(fā)速率  063
4.3.2  仿生皮膚蒸發(fā)冷卻系統(tǒng)  067
4.3.3  仿生蒸發(fā)材料的應用  068
4.3.3.1　蒸餾  068
4.3.3.2　滅菌  069
4.3.3.3　脫鹽  070
4.3.3.4　廢水處理  072
4.3.3.5　電子設備冷卻系統(tǒng)  073
4.4  總結與展望  074
致謝  074
參考文獻  075
5  仿生光熱材料工程  077
5.1  減反射和光熱生物材料  077
5.1.1  乳突陣列型減反射生物材料  079
5.1.2  突起陣列型減反射生物材料  080
5.1.3  三角屋頂型減反射和光熱材料  080
5.2  仿生光熱材料  082
5.2.1  仿生光熱材料合成方法  083
5.2.2  仿生金屬-半導體光熱材料  083
5.2.3  仿生碳基磁性金屬等離子體功能性材料  092
參考文獻  096
6  仿生微流控冷卻  103
6.1  引言  103
6.2  生物熱交換  104
6.3  可穿戴流體控制技術  106
6.3.1  液體冷卻服  106
6.3.2  頭部冷卻裝置  107
6.3.3  可穿戴微流體控制技術  108
6.4  基于射流控制的建筑外窗和外立面  110
6.4.1  流體層蓄熱  111
6.4.2  強制對流熱控制  112
6.4.3  一維穩(wěn)態(tài)傳熱模型  113
6.4.4  自適應外窗的射流網(wǎng)絡  115
6.5  大面積流體網(wǎng)絡的制備方法  116
6.5.1  3D打印  116
6.5.2  射頻焊接  117
6.5.3  計算機數(shù)控銑削  118
6.5.4  微成型  119
6.5.5  黏性指進  120
6.6  總結  122
參考文獻  122
7  熱發(fā)射率：基本要素、測量和生物學實例  128
7.1  術語  128
7.2  基本輻射定律  129
7.3  發(fā)射率的直接測量法  129
7.4  基爾霍夫定律  130
7.5  基爾霍夫定律測量法  131
7.6  衰減全反射法  132
7.7  測定半球發(fā)射率的方法  132
7.8  鏡面反射和漫反射  134
7.9  樣品形狀對發(fā)射率的影響  135
7.10　飛機或衛(wèi)星遙感  135
7.11　生物樣品發(fā)射率測定示例  136
參考文獻  138
8  仿生熱檢測  141
8.1　引言  141
8.2　熱檢測  142
8.2.1  侵入式熱檢測  142
8.2.1.1　溫度計  142
8.2.1.2　熱電偶  143
8.2.1.3　熱敏電阻器  144
8.2.2  非侵入式熱檢測  144
8.2.2.1　基于電子或分子激發(fā)的非侵入式熱檢測  144
8.2.2.2　基于其他物理性質變化的非侵入式熱檢測  145
8.3  仿生熱檢測類型  145
8.3.1  直接使用生物材料進行的熱檢測  146
8.3.1.1　生物材料和熱材料相結合  146
8.3.1.2　具有溫度依賴性的光致發(fā)光（PL）傳感器  147
8.3.1.3　生物分子熱傳感器  148
8.3.2  可能與生物系統(tǒng)熱功能無關的生物結構啟發(fā)的熱檢測  151
8.3.3  受生物系統(tǒng)熱功能啟發(fā)的熱檢測  151
8.3.3.1　熱敏生物聚合物  151
8.3.3.2　受皮膚啟發(fā)的熱檢測  153
8.3.4  仿生熱檢測技術的應用  155
8.4  展望  158
參考文獻  158
9  仿生隔熱儲熱材料概述  162
9.1  隔熱材料概述  162
9.1.1  引言  162
9.1.2  隔熱的基本原理  163
9.2  隔熱材料的工程設計  165
9.2.1  傳統(tǒng)的隔熱材料  165
9.2.2  先進的隔熱材料  166
9.2.3  隔熱材料的應用  167
9.2.3.1　建筑物的隔熱保溫  167
9.2.3.2　航天器的隔熱保溫  168
9.2.3.3　機械系統(tǒng)的隔熱保溫  169
9.2.3.4　紡織行業(yè)的隔熱保溫  169
9.3  仿生隔熱儲熱材料概述  169
9.3.1  生物的隔熱保暖  169
9.3.1.1　脂肪  169
9.3.1.2　羽毛  170
9.3.1.3　毛發(fā)和皮毛  170
9.3.1.4　動物皮毛的傳熱過程  170
9.3.2  基于動物的仿生先進隔熱材料  171
9.3.3  基于黑蝴蝶的仿生儲熱技術  174
9.4  總結與展望  175
致謝  176
參考文獻  
10  仿生疏冰性  180
10.1  固著水滴的結冰  181
10.2  表面水滴的結冰  184
10.2.1　靜止水滴的結冰  185
10.2.2　撞擊表面的水滴結冰  188
參考文獻  191