自动温水杯设计文献综述

文献综述（或调研报告）：

本次设计是一种快速将热水变成可直接饮用的自动温水杯设计。

自动温水杯在国内现状：

随着科学的进步，人民生活水平的快速提升，人们对日常生活用品的需求逐渐增加，对日常生活用品使用功能的要求也越发提高。饮水者能在较短的时间内喝到温度适宜的水，不仅可以缩短饮水者漫长的等待时间，而且大大提高了水杯自身的使用价值，提高饮水者的使用兴趣，对人们的身体健康起到了促进作用。水杯是人们日常生活中的必需品，促进人们饮水积极性，在一定程度上对人们的健康有积极作用。因此研发一种造价低廉，结构简单，能够快速降低杯中水温，同时兼具良好保温效果，安全可靠的产品获得广泛关注^【2】

一．散热材料：

1）相变材料。它的传热模型是这样的：相变是物质的物态变化，例如水结冰的过程，在相变过程中材料存在大量的潜热。相变过程也伴随着大量的能量转化，将多余的热量加速传递或者存储起来，在需要时重新释放出来，得到可以应用的热能，这就是相变储能的基本原理。相变材料在相变时涉及大量潜热，在与外界交换热量时，可以通过将相变材料封装起来的方式来收集相变潜热释放的能量，在需要时释放出来加以利用，此为相变储能技术。^【3】

2）聚合物基导热材料：聚合物即指高分子聚合物，其分子量一般在一万以上，是目前应用最广泛的材料之一，其具有良好的可塑性和绝缘性能，对界面材料无腐蚀，价格较低等诸多优点，但它们大多是热的不良导体。在电子 电器行业，高聚物是绝佳的屏蔽涂层、绝缘层、散热介质和减震材料，性质非常优异，但是其较低的导热系数严重限制其大规模应用，因此聚合物基导热材料应运而生。其研究思路主要是通过在聚合物基体中复合一些高导热材料来提高其综合导热性能。比如，采用浇注成型的方法制备的SiC颗粒-SiC晶须增强的双马来酰亚胺树脂复合材料，结果表明SiC颗粒和SiC晶须比例为1：3的时候有最佳的增强性能，在填料含量为40wt%有最佳的导热性能，热导率从0.228W/（m-K）增加到1.125W/（m-K）。Xu等采用熔融共混法制备了SiC-BN增强的聚氨酯复合材料，实验结果表明经过复合之后其热导率有显著增加，在2%SiC-18%BN时具有最佳的热导率0.95W/（m-K），是纯聚氢酯的5倍，作者认为主要是由于SiC的加入能够起到桥接作用，使复合材料的热导率显示出最佳的热学性能。用补强型酚醛树脂对氩化铝进行表面改性，当酚醛树脂与氮化铝质量比为1：4时与三元乙丙橡胶复合，结果表明复合材料导热率相比未改性时提高了44%，作者认为改性提高了氩化铝的抗水解能力，防止了氩化铝变性。系统的研究了球形氧化铝为导热增强剂复合聚氨酯材料，通过对导热填料的表面改性和比例调控，使其热导率得到显著提高，优化后其导热系数达到2.51W/（m-K）。^【4】

3）金属基导热材料：金属是目前应用广泛的导热材料之一，其优点在于强度高、耐磨性好、易加工和实现规模生产等。虽然其具有较高的热导率，但是面对服役条件越来越苛刻的要求，其导热性能仍然有待进一步提高。目前主要通过复合技术来优化其热导率，增强方式主要有纤维增强和颗粒增强两大类，其中又以颗粒增强为主。在诸多金属材料中，铝具有本征热导率高、来源广泛、成型性能好和密度低等诸多优点，因此是目前最受研究者重视的金属基体，据统计本领域90%以上的研究与铝有关。例如，采用真空热压法制得了颗粒直径为200um的金刚石-铝复合材料，结果表明经过金刚石复合处理后，材料的热导率得到显提升，其最佳热导率达到475W/（m-K）。用无压浸渗法制得了低成本的金刚石-铝复合材料，其中金刚石粒径约为100um，复合材料的热导率为298W/（m-K），研究表明在一定范围内粒径越大，导热性越好。此外，碳纳米管作为一种新型材料，其具有超高的热导率，被誉为电子行业的救星，多壁碳纳米管的热导率高达3000W/（m-K），用磁力搅拌和放电等离子烧结法制备了铝-碳纳米管复合材料，但其最大热导率仅为172W/（m-K），原因是碳纳米管与金属形貌和尺度上的差异大，表面化学性质相容性差，严重降低了导热性能，说明将碳纳米管作为增强体技术仍不成熟，需要进一步改善其表面性质，协调两者的兼容性。^【4】

4）陶瓷导热材料：陶瓷拥有常见工程材料中最高的硬度、耐高压和耐高温等诸多优点。其中，氩化铝、氩化硅和氧化错等陶瓷具有优异的导热性能，目前已在诸多领域得到了广泛应用，拥有替代金属的潜力。虽然陶瓷材料的本征热导率高，但是其制备和可加工性能较差，因此严重限制了其大规模应用。此外，陶瓷材料难以大尺寸制备，而且成本较高，因此目前的研究工作主要集中于改善其制备条件和烧结工艺。^【4】

二．散热方式