科技成果

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成果名称: 纳米流体能量转换机理及其在高性能防护材料中的应用

成果登记号: 9612015J0052

第一完成单位: 西安交通大学

联 系 人: 车春丽

成果类型: 基础理论

应用行业: 制造业

成果简介:

   项目来源于自选课题,属于细观微纳米力学、微观流体力学研究领域。   项目开创了纳米流体能量学这一崭新的基础科研领域:纳米尺度超高性能能量转换热力学,并将该领域理论应用于高性能安全防护材料研究。相关研究成果奠定了这一领域的基础理论框架,揭示了微观条件下纳米流体独特的流固耦合特性与能量转换机制。项目主要研究内容为:纳米流体独特的微观能量转换热力学机理以及拥有高能量密度、高变形能力的纳米流体材料,该材料的吸能效率高于传统吸能材料一个量级以上。研究成果在多种领域都有非常重要的应用,比如汽车保险杠、武器装甲、智能变形结构等。   项目以纳米流体材料为研究基础,纳米多孔材料超大的比表面积可以实现高性能和高输出的能量转换。所开发的纳米流体材料实现的吸能效率高于传统材料一个量级以上。项目对纳米流体中流体的微观输运性质以及系统的能量转化机理做了详细系统的研究,目前项目研究内容已经形成了一套包含能量各个方向转化以及微观流固耦合力学性质的理论系统。项目材料可用于车用装甲、保险杆等安全防护领域,材料安全系数高,制造简单,无污染。由于流体材料的流动性,纳米流体材料需要与合适的封装材料联合使用。   项目主要的创新点有:(1)首次提出纳米流体能量转换机制,利用纳米材料超大表面积与微观条件下的流固耦合特性,该材料的能量吸收效率可达100J/g以上,为当前传统吸能材料的数十倍乃至上百倍以上,极具远见地的指出了了高性能防护结构和高能量密度、高变形能力驱动结构的研究方向。(2)首次系统研究了纳米流体的能量吸收和驱动机理,揭示了流体在微孔中奇特的输运、渗透、反渗透特性,全方位研究了不同材料参数和环境参数对其性能影响,建立了相应的材料属性数据库。(3)发展了一种多空间和时间尺度的模拟方法,把分子尺度的第一原理模拟/分子动力学模拟,介观尺度的非平衡相场理论以及宏观尺度的均匀化连续介质模型和有限元模拟有机结合,该模拟设计平台不仅适用于纳米流体的理论研究,同时也可用于当前活跃的各类跨尺度研究内容。   该项目研究已获得2015年度陕西省高等学校科学技术奖一等奖。