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摘要: 通過電紡技術(shù)與溶劑熱方法的相結(jié)合,制備了BiOI納米片/TiO2納米纖維復(fù)合異質(zhì)結(jié)構(gòu)(BiOI/TiO2)。BiOI納米薄片在電紡TiO2納米纖維表面密集均勻地復(fù)合,所得復(fù)合結(jié)構(gòu)具有較高的活性面積和分立結(jié)構(gòu),表現(xiàn)出較強(qiáng)的可見光催化活性。實(shí)驗(yàn)證明,BiOI/TiO2復(fù)合結(jié)構(gòu)的可見光催化活性明顯優(yōu)于純的TiO2納米纖維和BiOI納米薄片。此外,由于BiOI/TiO2復(fù)合結(jié)構(gòu)所具有納米纖維網(wǎng)氈結(jié)構(gòu),使其在污水處理領(lǐng)域展現(xiàn)了潛在的應(yīng)用價(jià)值。
摘要: 利用冷凍干燥法制備了純海藻酸鈣(CA)和氧化石墨烯/海藻酸鈣(GO/CA)復(fù)合薄膜材料。采用掃描電子顯微鏡和傅里葉變換紅外光譜儀對材料的表面形貌和化學(xué)特性進(jìn)行表征。研究了GO與CA重量百分比、接觸時(shí)間、吸附劑加入量、溫度和溶液pH等實(shí)驗(yàn)參數(shù)對GO/CA薄膜吸附亞甲基藍(lán)(MB)的影響。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明:GO的加入有助于提高復(fù)合材料的吸附容量,GO的重量百分比為20%時(shí),復(fù)合薄膜對MB的吸附容量達(dá)到187.5 mg/g,吸附平衡時(shí)間大約為600 min,隨著吸附劑加入量從5增加到35 mg,MB的去除率由87.1%增至99.1%,說明GO/CA薄膜是一種良好的MB吸附材料。
摘要: 碳化硅因其高硬度和良好的耐磨性而成為一種重要磨料。在碳化硅制備過程中往往會產(chǎn)生一些超細(xì)的碳化硅粉體,無法達(dá)到磨料使用要求。本文以所制備的硅鋁溶膠作為粘結(jié)劑與碳化硅微粉進(jìn)行混合、制粒、燒結(jié),以獲得可用作磨料的碳化硅粉體。通過激光粒度、XRD、SEM對樣品進(jìn)行表征發(fā)現(xiàn):硅鋁溶膠作為結(jié)合劑能有效結(jié)合碳化硅微粉,增大碳化硅顆粒粒徑。硅鋁溶膠濃度和燒結(jié)溫度對樣品粒徑均有一定影響,溶膠濃度和燒結(jié)溫度升高可以增大樣品的粒徑,但濃度過高對于粒徑增加有限反而影響制粒,在溶膠濃度為10 wt%、燒結(jié)溫度1300℃達(dá)到最優(yōu)效果。
摘要: 采用真空熱壓法原位形成強(qiáng)化相Al2O3,制備出Al2O3顆粒增強(qiáng)Ti2AlN基復(fù)合材料。本文采用金相顯微鏡,掃描電鏡,透射電鏡分析了熱壓態(tài)復(fù)合材料的微觀組織,采用x-射線衍射分析(XRD)分析了熱壓態(tài)復(fù)合材料的相組成。制備的Al2O3/Ti2AlN復(fù)合材料由熱力學(xué)穩(wěn)定的α-Al2O3相和Ti2AlN相組成,其中Al2O3顆粒彌散分布在連續(xù)的Ti2AlN基體里。Al2O3相的體積分?jǐn)?shù)為40% ± 5%,呈等軸狀,顆粒尺寸分布在500 nm~2 μm之間,平均為1 μm左右。Ti2AlN相晶粒為盤狀,厚度大約是100 nm,長度在0.5~2 μm之間,平均幾何尺寸0.3 μm左右。
摘要: 石墨烯具有優(yōu)異的力學(xué)性能、高導(dǎo)熱系數(shù)和低密度,被公認(rèn)為金屬基復(fù)合材料(MMC)的理想增強(qiáng)材料。本文綜述了石墨烯增強(qiáng)鋁基復(fù)合材料的制備方法,歸納了粉末冶金法、攪拌鋳造法及其他多種方法的研究現(xiàn)狀。重點(diǎn)討論了不同制備方法對石墨烯增強(qiáng)鋁基復(fù)合材料組織和性能的影響。并對石墨烯增強(qiáng)鋁基復(fù)合材料的工業(yè)化應(yīng)用前景作了展望。
摘要: 我國是鋁塑復(fù)合材料消費(fèi)量最大的國家之一,但其回收率卻很低。本研究以綠色無污染、高酸性的磷鎢酸作為鋁塑分離劑,考察了磷鎢酸濃度、液固比、分離溫度對鋁塑分離時(shí)間和鋁塑損失率的影響。研究結(jié)果表明,磷鎢酸是一種優(yōu)異的分離劑,在濃度為0.6 mol/L,液固比為300 L/kg,分離溫度為90℃條件下,鋁塑完全分離時(shí)間為32 min,鋁塑損失率為12.9%。開發(fā)低揮發(fā)性且綠色環(huán)保的固體雜多酸有望成為實(shí)現(xiàn)鋁塑高效分離回收的新型分離劑。
利用Al-La2O3的原位反應(yīng)和粉末冶金工藝制備出(Al11La3+Al2O3)/Al復(fù)合材料。結(jié)果表明,高能球磨和高溫?zé)Y(jié)促進(jìn)了原位反應(yīng),使Al與La2O3充分反應(yīng)并制備出致密無缺陷的材料。對其微觀組織的分析表明,微米Al11La3和納米Al2O3顆粒均勻分散于基體之中。這種復(fù)合材料的室溫抗拉強(qiáng)度為328 MPa、延伸率為10.5%,350℃的高溫抗拉強(qiáng)度為119 MPa、延伸率為10.2%。與傳統(tǒng)Al-Cu-Mg-Ag和Al-Si-Cu-Mg耐熱鋁合金相比,本文的制備的(Al11La3+Al2O3)/Al復(fù)合材料其高溫抗拉強(qiáng)度提高了大約20%。這種材料的室溫強(qiáng)化機(jī)制源于Al11La3和Al2O3的位錯強(qiáng)化和載荷傳遞強(qiáng)化,而高溫強(qiáng)化機(jī)制則源于Al2O3的晶界釘扎。
使用不同粒徑的SiC和亞微米Al2O3添加劑制備重結(jié)晶燒結(jié)碳化硅并表征其物相組成、微觀形貌、孔徑分布和耐壓性能,研究了亞微米Al2O3對重結(jié)晶碳化硅的作用機(jī)制。結(jié)果表明,在亞微米Al2O3作用下,重結(jié)晶碳化硅的燒結(jié)過程可分為液相燒結(jié)和重結(jié)晶燒結(jié)兩個(gè)階段。在液相燒結(jié)過程中高活性的亞微米Al2O3促進(jìn)了液相的形成,使SiC的傳質(zhì)方式由擴(kuò)散傳質(zhì)演變?yōu)檎承粤鲃觽髻|(zhì)。在重結(jié)晶燒結(jié)溫度SiC的傳質(zhì)以蒸發(fā)-凝聚為主,形成含鋁氣相并與SiC固溶促進(jìn)了6H-SiC向4H-SiC晶型的轉(zhuǎn)變。引入亞微米Al2O3后,重結(jié)晶碳化硅材料的孔徑分布由單峰分布轉(zhuǎn)變?yōu)槎喾宸植?其中孔徑較小的特征峰對應(yīng)重結(jié)晶燒結(jié)形成,而較大孔徑的特征峰則來源于液相燒結(jié)的形成;同時(shí),隨著保溫時(shí)間的延長SiC晶粒生長發(fā)育更為完全,由不規(guī)則顆粒狀轉(zhuǎn)變?yōu)檩^規(guī)則六方結(jié)構(gòu)。但是,體積密度的下降、SiC晶粒尺寸不均一以及材料孔徑的多峰分布使其耐壓強(qiáng)度降低。
用真空壓力浸滲法制備了新型三向正交碳纖維增強(qiáng)鋁基(CF/Al)復(fù)合材料,根據(jù)其內(nèi)部紗線截面形狀和機(jī)織結(jié)構(gòu)特征建立了考慮界面作用的細(xì)觀力學(xué)有限元模型,并將數(shù)值模擬與實(shí)驗(yàn)相結(jié)合研究了復(fù)合材料在經(jīng)向拉伸載荷作用下的漸進(jìn)損傷與斷裂力學(xué)行為。結(jié)果表明,鋁基復(fù)合材料拉伸彈性模量、極限強(qiáng)度與斷裂應(yīng)變的實(shí)驗(yàn)結(jié)果,分別為120.7 GPa、771.75 MPa和0.83%。數(shù)值模擬的計(jì)算誤差分別為-3.21%、1.75%和-9.63%,宏觀應(yīng)力-應(yīng)變曲線的計(jì)算結(jié)果與實(shí)驗(yàn)曲線吻合得較好。在經(jīng)向拉伸載荷作用下復(fù)合材料的基體合金與Z向紗之間的界面先發(fā)生失效,隨著拉伸應(yīng)變量的增大紗線交織處基體合金的損傷逐漸累積并先后發(fā)生Z紗和緯紗的局部開裂失效,在拉伸變形后期基體合金的失效和經(jīng)紗斷裂最終使復(fù)合材料失去承載能力。鋁基復(fù)合材料的拉伸斷口呈現(xiàn)出經(jīng)紗軸向斷裂以及緯紗和Z向紗橫向開裂的形貌,起主要承載作用的經(jīng)紗其軸向斷口較為平齊且纖維拔出長度較短,復(fù)合材料經(jīng)向拉伸時(shí)表現(xiàn)出一定的脆性斷裂特征。
用超聲輔助聚丙烯酰胺凝膠法合成了MgAl2O4:Mg熒光粉。在MgAl2O4體系中引入的Mg金屬顆粒抑制了MgAl2O4相的形成,在900℃及以上的溫度燒結(jié)MgAl2O4:Mg干凝膠粉末,鎂顆粒氧化成MgO。Mg金屬顆粒的引入使MgAl2O4:Mg熒光粉的形貌由細(xì)小的納米顆粒變?yōu)榉奖忝嫘?;MgAl2O4:Mg熒光粉的顏色由在600℃燒結(jié)時(shí)的暗棕色變?yōu)樵?00℃燒結(jié)時(shí)的白色,在1000℃燒結(jié)時(shí)白色變暗。隨著燒結(jié)溫度的提高M(jìn)gAl2O4:Mg熒光粉的能帶先增大后略微減小。引入鎂顆粒使熒光光譜中位于395和425 nm的兩個(gè)熒光峰淬滅,在650、656和680 nm出現(xiàn)三個(gè)新的熒光發(fā)射峰,且隨著燒結(jié)溫度的提高發(fā)光強(qiáng)度減弱。金屬顆粒的表面等離子體共振導(dǎo)致MgAl2O4主晶格熒光淬滅,缺陷能級使MgAl2O4:Mg熒光粉產(chǎn)生了新的熒光發(fā)射峰。
用共沉淀法制備LaMgAl11O19粉體,證明了提高沉淀溫度和pH值可使前驅(qū)粉體的性能明顯提高。應(yīng)用差熱分析和X射線法研究了磁鉛石相的生成溫度和粉體的結(jié)晶度;使用Scherrer 公式并結(jié)合XRD譜計(jì)算了晶粒尺寸;用掃描電鏡觀察了各工藝參數(shù)的前驅(qū)粉體在1500℃時(shí)效5 h后的形貌;使用Malvern ZEN3600粒度儀和Manual measurement軟件分析了粉體硬團(tuán)聚的尺寸分布;用Nd2O3, Gd2O3, Sm2O3替代La2O3,研究了制備多種鎂基六鋁酸鹽粉體的可行性。結(jié)果表明:在pH值為11.5、沉淀溫度為60℃條件下制備的前驅(qū)粉體,其完全相變?yōu)榧僉aMgAl11O19粉體的初始溫度為1440℃,比在常溫下沉淀的前驅(qū)粉體降低了150℃,磁鉛石相的生成效率明顯提高。在1500℃時(shí)效5 h的粉體其晶粒為納米尺度。提高沉淀溫度和pH值有利于減小晶粒尺寸和降低粉體的熱導(dǎo)率。采用相同工藝參數(shù)可制備出純NdMgAl11O19粉體,其晶粒尺寸略大于LaMgAl11O19粉體的尺寸。
選用Nextel610型Al2O3纖維為增強(qiáng)體、ZL210A連續(xù)氧化鋁合金為基體,采用真空壓力浸滲法制備纖維增強(qiáng)鋁基復(fù)合材料(Al2O3f/Al),纖維的體積分?jǐn)?shù)為40%,預(yù)熱溫度分別為500、530、560和600℃,研究了纖維預(yù)熱溫度對Al2O3f/Al復(fù)合材料的微觀組織、纖維損傷和力學(xué)性能的影響。結(jié)果表明:隨著纖維預(yù)熱溫度的提高復(fù)合材料的致密度隨之提高,最大達(dá)到99.2%,材料的組織缺陷最少,纖維的分布均勻;隨著纖維預(yù)熱溫度的提高從復(fù)合材料中萃取出來的Al2O3纖維的拉伸強(qiáng)度不斷降低,纖維預(yù)熱溫度為600℃的復(fù)合材料中Al2O3纖維的拉伸強(qiáng)度僅為1150 MPa,纖維表面粗糙,有大尺寸附著物。纖維的預(yù)熱溫度對Al2O3f/Al復(fù)合材料的拉伸強(qiáng)度有顯著的影響。預(yù)熱溫度為500、530、560和600℃的復(fù)合材料其拉伸強(qiáng)度分別對應(yīng)于298、465、498和452 MPa。組織缺陷、纖維損傷和界面結(jié)合強(qiáng)度,是影響連續(xù)Al2O3f/Al復(fù)合材料強(qiáng)度的主要因素。
用粉末冶金法制備了分別用Al2O3、SiC顆粒增強(qiáng)的顆粒體積分?jǐn)?shù)為25%的6061Al基復(fù)合材料, 在不同溫度對其進(jìn)行固溶-時(shí)效熱處理, 通過拉伸曲線分析和斷口SEM分析研究了增強(qiáng)顆粒與基體適配性對顆粒增強(qiáng)鋁基復(fù)合材料拉伸性能的影響。結(jié)果表明, 低強(qiáng)度Al2O3顆粒不適合用于增強(qiáng)高強(qiáng)度的6061Al基體, 研究了增強(qiáng)顆粒與基體適配性對顆粒增強(qiáng)鋁基復(fù)合材料強(qiáng)化機(jī)制的影響, 發(fā)現(xiàn)主要通過影響應(yīng)力傳遞機(jī)制來影響復(fù)合材料性能, 揭示了適配性與增強(qiáng)顆粒開裂、復(fù)合材料屈服之間的關(guān)系, 得出增強(qiáng)顆粒相對于基體強(qiáng)度越高, 顆粒開裂越少, 并總結(jié)了一種表示增強(qiáng)顆粒與基體適配性關(guān)系的方法。
通過釬焊后拉剪實(shí)驗(yàn)得到了不同壓下量下鋁/鋼復(fù)合界面的結(jié)合強(qiáng)度, 用掃描電鏡觀察了不同壓下量下的鋁/鋼復(fù)合材料拉剪斷口的形貌, 并用能譜儀分析了拉剪斷口上的元素。根據(jù)拉剪強(qiáng)度并結(jié)合斷口形貌, 定義了釬焊用冷軋4A60鋁/08Al鋼復(fù)合材料的最小復(fù)合壓下量為35%, 穩(wěn)定復(fù)合壓下量為50%。
用SEM、TEM、微區(qū)XRD等手段分析了復(fù)合板界面擴(kuò)散層的形貌和結(jié)構(gòu), 研究了熱處理工藝對冷軋銅鋁復(fù)合板材界面擴(kuò)散層結(jié)構(gòu)的影響, 討論界面擴(kuò)散層形成規(guī)律。研究表明, 冷軋銅鋁復(fù)合板經(jīng)過擴(kuò)散熱處理后, 在復(fù)合界面形成具有擴(kuò)散性質(zhì)的界面層, 隨著熱處理時(shí)間的延續(xù), 界面擴(kuò)散層由最初的單層逐漸生長為三層, 進(jìn)一步延長熱處理時(shí)間, 界面層的層數(shù)不變, 厚度略有增加, 界面層含有q(Al2Cu)相、h2(AlCu)相和g2(Al4Cu9)相等金屬間化合物, 界面擴(kuò)散層結(jié)構(gòu)為: 鋁側(cè)的Al-Cu固溶體與q(Al2Cu)相復(fù)合層、h2(AlCu)相層和銅側(cè)的Cu-Al固溶體與g2(Al4Cu9)相復(fù)合層。
先用濕法紡絲制備聚醚砜(PES)多孔纖維并進(jìn)行濕法抄造制備出四種不同面密度的PES多孔纖維網(wǎng)紗(PESV),用真空輔助樹脂灌注成型(VARI)制備出聚醚砜多孔纖維網(wǎng)紗層間增韌碳纖維/環(huán)氧復(fù)合材料。研究了PES多孔纖維在環(huán)氧樹脂的溶解行為以及復(fù)合材料的Ⅰ型層間斷裂韌性(GIC)和Ⅱ型層間斷裂韌性(GⅡC)、層間剪切強(qiáng)度和彎曲性能,并分析了復(fù)合材料層間斷裂的微觀形貌。結(jié)果表明,固化溫度為180℃時(shí),PES多孔纖維完全溶解在環(huán)氧樹脂中;PESV面密度為31.6 g/m2時(shí)CF/EP復(fù)合材料的GIC和GⅡC最佳,分別提高了54.4%和62.2%。其原因是,PES多孔纖維在環(huán)氧樹脂中溶解后相分離形成了PES/環(huán)氧樹脂的兩相結(jié)構(gòu),改善了層間韌性;PESV面密度為21.9 g/m2時(shí),復(fù)合材料的層間剪切強(qiáng)度、彎曲強(qiáng)度和彎曲模量也分別提高了2.9%、4.0%和7.7%。
以低碳鋼Q235為內(nèi)管、以工業(yè)純鈦TA2為復(fù)管,用熱擠壓工藝制備了鈦/鋼復(fù)合管,使用金相顯微鏡、場發(fā)射掃描電子顯微鏡、X射線衍射儀、顯微硬度儀和納米壓痕等手段對其表征,研究了這種鈦/鋼復(fù)合管的力學(xué)性能與結(jié)合界面微觀組織的關(guān)系。結(jié)果表明,鈦/鋼復(fù)合管的外徑為22 mm,內(nèi)外壁厚分別為2.8 mm和0.4 mm,復(fù)合界面結(jié)合良好,界面內(nèi)的主要物相為α-Fe、α-Ti、TiC及Fe2Ti;高溫?cái)D壓使鈦/鋼復(fù)合管結(jié)合界面處的位錯密度提高和晶粒明顯細(xì)化,復(fù)合管鈦側(cè)的晶粒細(xì)化程度比基材鋼側(cè)的高,界面晶粒的平均尺寸為1.5 μm。加工硬化和高溫?zé)釘D壓使鈦/鋼結(jié)合界面的硬度提高,界面結(jié)合處的硬度最大。低溫退火削弱了鈦/鋼復(fù)合管的加工硬化程度,提高了界面材料的剛度,而對界面金屬間化合物生成的反應(yīng)層的影響較小。
研究了等離子體表面改性和等離子體接枝改性碳纖維/環(huán)氧樹脂基復(fù)合材料界面的不均勻性。層間剪切強(qiáng)度(ILSS)測量及其偏差評估的結(jié)果表明,在相同等離子體條件下,等離子體表面改性對ILSS的提升率只有8.6%,而等離子體接枝改性的提升率高達(dá)37%;但是,接枝改性ILSS的離散程度比較高。掃描電鏡、金相顯微鏡和紅外光譜分析的結(jié)果進(jìn)一步表明,接枝改性可通過取代反應(yīng)將較多的活性基團(tuán)鍵接在碳纖維表面從而更容易實(shí)現(xiàn)界面提升,但是接枝層的不均勻及其產(chǎn)生的纖維粘連使ILSS的離散程度提高。
用放電等離子燒結(jié)技術(shù)(SPS)制備鈦合金/不銹鋼復(fù)合板,模擬計(jì)算連接界面處的電流密度場、溫度場和應(yīng)力場并分析了復(fù)合材料的微觀組織、界面微納力學(xué)行為和拉伸性能。結(jié)果表明:在高能脈沖電流的作用下發(fā)生短時(shí)尖端放電使連接界面處的溫度瞬間升高,連接界面相對平直并發(fā)生了明顯的Ti、Fe、Cr原子擴(kuò)散,在界面處生成了少量的TiFe、TiFe2和FeCr等金屬間化合物。結(jié)合界面處金屬間化合物的硬度達(dá)到3.557 GPa,遠(yuǎn)高于兩側(cè)金屬基體(鈦合金2.943 GPa,不銹鋼2.717 GPa)的硬度。鈦合金/不銹鋼復(fù)合板的拉伸強(qiáng)度可達(dá)385.7 MPa,分別為鈦合金母材和不銹鋼母材的72%和80%。在拉伸過程中,不銹鋼板解理斷裂后鈦合金板承載直至發(fā)生典型的韌性斷裂。
以石墨烯和正硅酸乙酯為原料用溶膠-凝膠法制備了Graphene/SiO2納米復(fù)合材料,用球盤式摩擦磨損試驗(yàn)機(jī)評價(jià)其作為水基潤滑添加劑在不同載荷和濃度下的摩擦學(xué)性能。用掃描電鏡(SEM)、X射線光電子能譜(XPS)等手段表征了摩擦副的表面形貌和元素特征。結(jié)果表明:在15N載荷工況下,Graphene/SiO2納米復(fù)合材料作為添加劑在超純水中含量為0.2%(質(zhì)量分?jǐn)?shù))時(shí)具有最佳的摩擦學(xué)性能 ,比超純水的摩擦系數(shù)降低了17.9%,鋼球磨損率降低了61.7%?;谀p表面分析提出的潤滑機(jī)制為:在摩擦過程中,Graphene/SiO2納米復(fù)合材料在磨損表面生成的物理吸附膜、Graphene的層狀剪切作用以及SiO2在磨損表面的修復(fù)作用和滾珠軸承作用,使超純水的摩擦學(xué)性能提高。
用強(qiáng)度為2 MeV的Si2+離子對C/C-ZrC-SiC復(fù)合材料進(jìn)行室溫輻照,使用掠入射X射線衍射、拉曼光譜、透射電子顯微分析、掃描電子顯微分析和納米壓痕等手段研究了輻照前后C/C-ZrC-SiC復(fù)合材料的晶體結(jié)構(gòu)、晶格損傷、微觀組織結(jié)構(gòu)、表面形貌及顯微力學(xué)性能的變化。結(jié)果表明:Si2+離子輻照后SiC晶格中產(chǎn)生的應(yīng)力使晶格膨脹,而ZrC晶格未發(fā)生膨脹;輻照后SiC的拉曼峰寬化和偏移在Si-C區(qū)域形成新峰,離子輻照誘導(dǎo)ZrC出現(xiàn)的碳空位使其具有拉曼活性,從而出現(xiàn)特征峰;輻照后C/C-ZrC-SiC復(fù)合材料的表面形貌沒有顯著的變化,而ZrC和SiC中碳的原子含量分別提高了37.93%和13.03%;輻照使ZrC中出現(xiàn)大量的間隙缺陷團(tuán)簇和SiC部分非晶化,且在ZrC與SiC晶粒的交界處出現(xiàn)完全非晶化區(qū)域;碳纖維中碳相的ID/IG值與石墨微晶的層面間距增大,熱解碳的層狀結(jié)構(gòu)被破壞逐漸呈無序化;ZrC、SiC和碳纖維的納米硬度和彈性模量增大,ZrC的變化最小表明其具有更高的穩(wěn)定性。
提出在石墨烯/聚合物復(fù)合材料內(nèi)構(gòu)筑界面氫鍵結(jié)構(gòu),利用氫鍵的動態(tài)可逆性和斷裂/再生過程中的能量耗散可顯著提高復(fù)合材料的阻尼性能。對石墨烯和聚(苯乙烯-乙烯-丁二烯-苯乙烯)(SEBS)進(jìn)行接枝改性,引入氫鍵單元從而在石墨烯/SEBS復(fù)合材料的界面構(gòu)筑了多重氫鍵結(jié)構(gòu)。研究了這種復(fù)合材料的循環(huán)拉伸以及動態(tài)力學(xué)性能。結(jié)果表明,這種復(fù)合材料的彈性模量、滯后損耗、阻尼因子比SEBS分別提高165%、237%和42%。強(qiáng)度和阻尼性能的顯著提高,主要?dú)w因于復(fù)合材料組元間界面氫鍵的相互作用、高效應(yīng)力傳遞、以及氫鍵可逆斷裂/再生過程中顯著的能量耗散。
用1H,1H,2H,2H-全氟-1-癸醇對1,2,4-苯三酸酐中的一個(gè)官能團(tuán)進(jìn)行封端后替代部分順丁烯二酸酐,與新戊二醇共縮聚合成了支鏈含氟聚酯,然后在含氟聚酯中加入交聯(lián)劑進(jìn)行固化反應(yīng)制備出支鏈含氟聚酯膜。使用紅外光譜、XRD、GPC、TG和DSC等手段表征含氟聚酯的結(jié)構(gòu)、分子量和熱穩(wěn)定性,用萬能試驗(yàn)機(jī)、接觸角測試儀和X射線電子能譜分析了含氟聚酯膜的力學(xué)性能、表面性能及表面元素含量。結(jié)果表明,在聚酯中成功引入含氟基團(tuán)使含氟聚酯比無氟聚酯的分子量增大,熱穩(wěn)定性先提高后降低,初始分解溫度最高達(dá)299.41℃,玻璃化轉(zhuǎn)變溫度由6.24℃提高到46.65℃;隨著含氟基團(tuán)含量的提高聚酯膜的斷裂伸長率降低而拉伸強(qiáng)度提高,拉伸強(qiáng)度最高達(dá)到19.97 MPa;含氟基團(tuán)由含氟聚酯膜的本體向表面遷移,隨著含氟基團(tuán)含量的提高聚酯膜的水接觸角和油接觸角逐漸增大,使聚酯膜具有疏水性。
使用N-異丙基丙烯酰胺和丙烯酰氧基二苯甲酮共聚合成的溫度響應(yīng)性聚合物和以用甲基丙烯酸縮水甘油酯改性的聚乙烯醇為成纖聚合物、以水為溶劑,配制紡絲液并將并列靜電紡絲和紫外光輻照相結(jié)合制備出升溫可卷曲的溫度響應(yīng)性雙面納米纖維。用掃描電鏡和透射電鏡均觀察到這種納米纖維具有雙面結(jié)構(gòu),用核磁共振波譜儀證實(shí)用紫外光輻照可使雙面納米纖維中形成交聯(lián)結(jié)構(gòu)。研究了并列靜電紡絲的工藝條件對雙面納米纖維的產(chǎn)率和平均直徑的影響。結(jié)果表明,在兩種紡絲液的流速不超過0.3 mL/h、紡絲電壓不超過22 kV的條件下雙面納米纖維的產(chǎn)率高于90%,改變接收距離可在一定范圍內(nèi)調(diào)節(jié)雙面納米纖維的平均直徑。這種雙面納米纖維在水中具有良好的穩(wěn)定性,其中可水溶的聚合物含量(質(zhì)量分?jǐn)?shù))低于2%。當(dāng)水介質(zhì)溫度從25℃升高到35℃時(shí),這種納米纖維從伸展形態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)榫砬男螒B(tài)。這種對溫度的響應(yīng)性具有可逆性。
對具有交叉疊片結(jié)構(gòu)的扇貝和珍珠質(zhì)結(jié)構(gòu)的褶紋冠蚌貝殼進(jìn)行表面預(yù)處理和體外生物活性實(shí)驗(yàn),對比研究了類骨磷灰石在這兩種不同微觀結(jié)構(gòu)表面的生長。在磷酸緩沖液PBS中浸泡的初始階段,磷灰石在交錯層狀結(jié)構(gòu)表面沉積得很緊密,沉積速度較高;而在SBF模擬人體體液中的體外礦化過程中,在交叉疊片結(jié)構(gòu)表面在較短時(shí)間內(nèi)就生成了數(shù)量更多的磷灰石。長期浸泡后,兩種結(jié)構(gòu)的生物活性沒有明顯的不同。與珍珠質(zhì)結(jié)構(gòu)相比,在短時(shí)間內(nèi)交叉疊片結(jié)構(gòu)更有利于類骨磷灰石的生長。
用滲流法制備TiZr基非晶/TC21鈦合金雙層復(fù)合材料,并對其微觀組織和力學(xué)性能進(jìn)行深入的研究。結(jié)果表明,TiZr基非晶(ZT3, Ti32.8Zr30.2Ni5.3Cu9Be22.7)合金熔體與TC21鈦合金之間的界面結(jié)合良好且有良好的潤濕性。制備溫度對雙層復(fù)合材料的微觀結(jié)構(gòu)和力學(xué)性能有極大的影響。隨著制備溫度的提高,界面層的厚度和TC21鈦合金的溶解量增加,非晶基體中枝晶相的體積分?jǐn)?shù)增大、晶粒粗化。這種雙層復(fù)合材料的強(qiáng)度隨著溫度的提高而降低,在室溫下具有良好的彎曲塑性,其彎曲強(qiáng)度達(dá)到2177 MPa、動態(tài)壓縮強(qiáng)度達(dá)到1326 MPa。
在碳纖維表面自聚合沉積多巴胺對其改性,制備出碳纖維增強(qiáng)尼龍6復(fù)合材料(CF/PA6)。使用掃描電鏡(SEM)、原子力顯微鏡(AFM)、接觸角測量儀、傅里葉紅外光譜(FTIR)以及X射線光電子能譜儀(XPS)等手段表征碳纖維的表面形貌、粗糙度、潤濕性和化學(xué)結(jié)構(gòu),研究聚多巴胺(PDA)沉積時(shí)間對復(fù)合材料界面力學(xué)性能的影響。結(jié)果表明:經(jīng)過改性處理的碳纖維表面被一層均勻的PDA薄膜覆蓋,顯著提高碳纖維的表面活性、表面粗糙度和化學(xué)鍵能,也極大地提高碳纖維與尼龍6樹脂基體之間的界面相容性。PDA沉積16 h的復(fù)合材料其界面結(jié)合強(qiáng)度最高,層間剪切強(qiáng)度達(dá)到31.7 MPa比改性前提高72.3%,彎曲強(qiáng)度達(dá)到308.2 MPa比改性前提高56.9%。
用靜電紡絲和氫氣還原法制備FeCo/SnO2復(fù)合納米纖維并使用X射線衍射、掃描電子顯微鏡、振動樣品磁強(qiáng)計(jì)和矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀等手段分析表征其結(jié)構(gòu)、形貌、磁性及電磁特性,研究了SnO2含量對復(fù)合納米纖維的吸波性能的影響。結(jié)果表明,添加適量的SnO2可顯著提高FeCo納米纖維的吸波性能。用SnO2摩爾含量為20%的復(fù)合納米纖維制備的厚度僅為1.4 mm的涂層,在頻率10.95 GHz處最小反射損耗(RL)為-40.2 dB,有效吸收帶寬(RL≤-10 dB)為2.64 GHz (9.75-12.39 GHz),厚度減小到1.0 mm的涂層其最大有效吸收帶寬為4.16 GHz,頻率范圍為13.84~18.00 GHz。涂層吸波性能優(yōu)異的主要原因,是阻抗匹配的改善、磁性FeCo合金與介電SnO2的電磁損耗協(xié)同作用、加強(qiáng)的界面極化馳豫以及納米纖維形成的三維網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)產(chǎn)生的多重反射與散射。
用氬氣電感耦合射頻等離子體(ICP)處理碳纖維的表面,研究了改性碳纖維增強(qiáng)聚酰亞胺樹脂基復(fù)合材料300℃的界面性能。分別使用掃描電子顯微鏡(SEM)、原子力顯微鏡(AFM)等手段和測試X光電子能譜(XPS),研究了氬氣等離子體處理時(shí)間對連續(xù)碳纖維改性前后纖維表面的形貌、粗糙度和化學(xué)組分的影響,以及碳纖維增強(qiáng)聚酰亞胺樹脂基(CF/PI)復(fù)合材料的300℃界面強(qiáng)度的變化規(guī)律。結(jié)果表明,用氬氣等離子體處理7 min(最佳時(shí)間)后碳纖維表面的形貌變得粗糙,結(jié)構(gòu)凹凸不平,氧含量從11.43%提高到16.28%,極性官能團(tuán)-C-O-的含量提高到14.37%。纖維表面浸潤性的提高使碳纖維與聚酰亞胺樹脂基體300℃的層間剪切強(qiáng)度(ILSS)從76 MPa提高到86.2 MPa。
6種針刺工藝不同的碳纖維增強(qiáng)樹脂基復(fù)合材料,其面內(nèi)拉伸強(qiáng)度隨著針刺密度和針刺深度的增大而降低,針刺處纖維的斷裂使材料內(nèi)的缺陷失穩(wěn)擴(kuò)展和面內(nèi)纖維斷裂,進(jìn)而使材料整體拉伸失效。根據(jù)面內(nèi)拉伸實(shí)驗(yàn)結(jié)果和纖維累計(jì)損傷理論并引入纖維體積折減系數(shù),建立了分析針刺復(fù)合材料面內(nèi)拉伸強(qiáng)度的理論模型。這個(gè)模型的預(yù)測結(jié)果與實(shí)驗(yàn)結(jié)果相符,并發(fā)現(xiàn)斷裂纖維簇的個(gè)數(shù)與體積折減系數(shù)相關(guān)。用該模型可預(yù)報(bào)不同針刺工藝復(fù)合材料的面內(nèi)拉伸強(qiáng)度,并指導(dǎo)設(shè)計(jì)針刺復(fù)合材料的預(yù)制體。
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