二氧化硅气凝胶导热率模拟计算开题报告

1. 本选题研究的目的及意义

二氧化硅气凝胶作为一种纳米多孔材料，具有极低的密度、低导热率、高比表面积等优异特性，在保温隔热、航空航天、电子器件等领域展现出巨大的应用潜力。

对其导热性能的研究，不仅有助于深入理解其微观结构与宏观性能之间的关系，也为设计和制备性能更加优异的气凝胶材料提供理论指导。

本课题的研究意义在于：1.探索二氧化硅气凝胶导热机理：通过模拟计算，可以分析不同传热机制（气体传导、固体传导、辐射传热）对整体导热率的贡献，以及微观结构参数（如孔径、孔隙率、骨架尺寸等）对导热性能的影响规律。

2. 本选题国内外研究状况综述

二氧化硅气凝胶作为一种备受关注的新型材料，其导热性能的研究一直是国内外学者的研究热点。

近年来，随着计算材料学的快速发展，模拟计算方法被广泛应用于气凝胶材料的研究中，为深入理解其导热机理、优化制备工艺、拓展应用领域提供了新的思路和方法。

国内研究现状：国内学者在二氧化硅气凝胶导热性能的实验研究方面取得了一系列成果，例如，制备了不同微观结构的气凝胶材料，并测试了其导热系数，分析了孔隙率、孔径尺寸等因素对导热性能的影响。

3. 本选题研究的主要内容及写作提纲

本研究将采用分子动力学模拟方法对二氧化硅气凝胶的导热率进行模拟计算，主要内容包括以下几个方面：1.二氧化硅气凝胶模型的构建：采用合理的算法和参数，构建不同孔隙率、孔径和微观结构的二氧化硅气凝胶模型，并对其进行结构弛豫和优化，以确保模型的合理性和准确性。

2.导热率的计算：利用分子动力学模拟软件gromacs等，对构建的二氧化硅气凝胶模型进行模拟计算，得到不同温度、孔隙率和微观结构下的导热系数。

3.导热机理的分析：分析不同传热机制（气体传导、固体传导、辐射传热）对整体导热率的贡献，以及微观结构参数（如孔径、孔隙率、骨架尺寸等）对导热性能的影响规律。

4. 研究的方法与步骤

本研究将采用以下方法与步骤开展研究：
1.文献调研阶段：-全面搜集和阅读国内外有关二氧化硅气凝胶制备、表征、导热机理及模拟计算方法等方面的文献资料，了解该领域的最新研究进展和发展趋势，为本研究提供理论基础。

2.模型构建与优化阶段：-基于相关文献和实验数据，选择合适的分子动力学模拟软件（如gromacs、lammps等），确定模拟体系的原子间相互作用势函数。

-采用合理的算法（如反演蒙特卡洛法、voronoitessellation法等）构建不同孔隙率、孔径和微观结构的二氧化硅气凝胶模型。

5. 研究的创新点

本研究的创新点在于拟采用更精细的分子动力学模拟方法和更合理的模型构建策略，以期更准确地预测二氧化硅气凝胶的导热率，并深入揭示其导热机理。

具体而言，本研究将在以下几个方面进行创新：
1.多尺度模拟方法的应用：结合分子动力学模拟和有限元分析方法，构建多尺度模型，更全面地考虑气凝胶材料的微观结构和宏观性能之间的关系，提高模拟结果的准确性和可靠性。

2.新型势函数的开发：针对二氧化硅气凝胶材料的特点，开发更准确的原子间相互作用势函数，以提高模拟计算的精度。

6. 计划与进度安排

第一阶段 （2024.12~2024.1）确认选题，了解毕业论文的相关步骤。

第二阶段（2024.1~2024.2）查询阅读相关文献，列出提纲

第三阶段（2024.2~2024.3）查询资料，学习相关论文

7. 参考文献（20个中文5个英文）

[1] 王晓东, 邱利威, 张洪杰, 等. 气凝胶材料导热特性研究进展[j]. 材料导报, 2018, 32(18): 3263-3273.

[2] 徐金江. 二氧化硅气凝胶复合材料的制备及性能研究[d]. 南京: 南京理工大学, 2020.

[3] 李晓娜, 王晓冬, 张立群, 等. 二氧化硅气凝胶的制备工艺及其热性能研究[j]. 功能材料, 2019, 50(7): 7055-7060.