分子拓扑指数性质及在电子设备相变材料中的应用

发布时间：2020-11-14 18:39

　　 随着电子设备日趋小型化和高集成化,电子元器件功率不断变大,而体积却不断变小,热流密度不断增加,导致电子设备工作时温度过高,这就要求对其进行有效的温度控制。所谓相变温控就是利用相变材料的相变过程储存或释放热量,从而实现对电子设备温度的控制,其装置不仅体积小、结构简单,还具有经济节能、性能可靠等优点,近年来被广泛应用到航天器和各种便携式电子设备的温度控制上。在相变温控技术中,相变材料的热物理性质是关注重点,它影响到相变材料的选择和应用范围。分子拓扑指数是定义在化合物分子结构图上的一种拓扑不变量,它可以反映化合物材料的物理化学性质。本文从利用分子拓扑指数预测相变材料热物理性质的角度出发,对两类分子拓扑指数(augmented Zagreb指数、harmonic指数)和石蜡类相变材料进行了研究。主要工作如下:(1)研究了树、单圈图和二树图的分子结构模型,解决了具有完美匹配的树和单圈图模型的augmented Zagreb指数的极小值和极图问题,解决了二树图模型的极小和第二小harmonic指数以及相应极图问题,得到了图的harmonic指数与色数之间的关系,证明了关于harmonic指数的一个猜想,为构造预测石蜡相变温度和相变潜热的数学模型提供理论基础和计算方法。(2)研究了线图、全图和细分图模型的augmented Zagreb指数,解决了线图、全图和细分图模型的augmented Zagreb指数的极值和极图问题,为电子设备温控技术中合成相变材料的设计提供理论指导。(3)计算了石蜡类相变材料的augmented Zagreb指数、harmonic指数和Balaban中心指数。利用一元、多元线性回归法和多项式回归法建立了多个QSPR模型,分别对石蜡的相变温度和相变潜热进行了预测,并通过模型分析(相关系数、显著性概率值等指标的取值)、残差分析等方法对模型进行了检验。结果表明,本文所建立的QSPR模型合理、有意义、计算结果可靠,可以为电子设备高温相变材料的选择提供新的研究思路。
【学位单位】：中北大学
【学位级别】：博士
【学位年份】：2019
【中图分类】：TN60;TB34
【部分图文】：

如果长时间在这种温度环境下工作极易引起电子设备失效。美国空军的一份调查报告指出由温度引起的电子设备失效率高达55%[2]，占所有失效因素的一半以上（如图1.1所示）。由此可见，运用有效的温控技术保证航天器电子设备正常工作，对航空航天领域的发展具有重要的意义。图 1.1 电子设备失效形式及比例[2]相变材料(PMC)是指在某一特定的温度下，从一种聚集态转变为另一种聚集态的物质，同时伴随着大量储热或放热现象。相变温控就是利用相变材料的相变过程储存

测器电池温度的允许范围-10℃～25℃，为此美国航空航天局分别将十二烷和十六烷封装在热存储胶囊中，用来调节火星探测器的电池温度[7]。另外，在火星表面探测器上还使用了石蜡相变材料控制驱动热开关，如图1.2所示，用于不同温度环境下火星探测器的绝热和保温。

不错的研究成果。“嫦娥一号”卫星光学成像探测系统焦面组件使用了含相变材料（正二十烷）的热管（如图1.3所示），利用正二十烷的相变潜热抑制电荷耦合器件工作时的升温。实际应用结果表明：该结构不仅有效降低了电荷耦合器件工作时的温度，还很好地解决了卫星在绕月飞行时外热流环境变化引起的电子元器件温度波动过大的问题[9]。图 1.3 含相变材料（正二十烷）的热管截面图[9]Vrable D. L.等利用相变材料熔化和凝固过程中等温或近似等温的特点，将相变材料应用在了太空雷达天线上，使得太空雷达天线在运行过程中不需要消耗其他能源就能保持温度的恒定[10]。吴万范等将多种相变材料（石蜡、高密度聚乙烯和膨胀石墨）应用到了太空船电子设备的温控设计上，以帮助抑制短时高热流密度等极端温度环境对电子设备造成的破坏[11]。Leimkuehler T. O.等针对低月轨道航天器的发热情况，设计了以纯水为相变材料
【参考文献】

相关期刊论文 前10条

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2 陈锦丽;;具有k个悬挂点的仙人掌图的调和指标[J];闽南师范大学学报(自然科学版);2014年02期

3 尹辉斌;郭晓娟;高学农;;相变温控在电子器件热控制中的应用进展[J];广东化工;2014年01期

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8 张鸿声;汪南;朱冬生;杨硕;;纳米铜粉/石蜡复合相变储能材料的性能研究[J];材料导报;2011年S1期

9 吴斌;邢玉明;;填充泡沫复合相变材料的热控单元热性能研究[J];航空动力学报;2010年11期

10 马勉军;霍红庆;张小青;;月面载荷被动热控技术[J];中国空间科学技术;2010年05期

本文编号：2883824