Si-Ga共掺杂金刚石铜复合材料界面性能的第一性原理研究

为了研究金刚石/铜复合材料界面性能,采用基于密度泛函理论的第一性原理方法计算了Si和Ga原子掺杂金刚石/铜界面结构形成能、态密度、电荷密度.结果表明:形成能越低掺杂的界面结构越稳定,所以Si原子掺杂间隙2位置的金刚石(100)/铜(111)界面模型最稳定(-7.339 eV),Si原子掺杂第一层Cu原子位置金刚石(111)/铜(111)界面最稳定(-2.846 eV),Ga原子掺杂间隙1位置的金刚石(100)/铜(111)界面模型最稳定(-5.791 eV),Ga原子掺杂第一层Cu原子位置金刚石(111)/铜(111)界面最稳定(-0.895 eV).由于Si-Ga原子共掺杂金刚石(100)和铜(111)界面形成能降低(Ef=-13.259 eV),费米能级处态密度有所增加(7.578 electrons/eV),电子转移形成键合,Si-Ga原子共掺杂金刚石(100)/铜(111)间隙位置的界面最稳定.因此Si-Ga原子共掺杂是提高金刚石/铜界面界面性能的有效手段.

碳纤维表面改性及其对热塑性复合材料界面性能影响的研究进展

基于复合材料界面作用机制,系统总结了碳纤维表面改性方法,分别讨论了不同碳纤维改性处理方法对热塑性复合材料界面性能的影响及相关研究进展。碳纤维表面进行改性处理是增强热塑性复合材料界面结合强度的有效途径。最后对碳纤维表面改性方法的未来发展方向进行了展望。

聚氨酯上浆剂处理PBO纤维复合材料的界面性能

为了提高聚对苯撑苯并二噁唑(poly-p-phenylenebenzobisoxazole,PBO)纤维/环氧树脂复合材料的界面性能,采用γ-氨丙基三乙氧基硅烷(KH550)改性水性聚氨酯得到上浆剂,然后对酸化后的PBO纤维进行表面涂覆处理。采用XPS和EDS分析PBO纤维表面的化学组成,利用SEM研究PBO纤维表面及其复合材料撕裂面的形貌,并对PBO纤维的单丝及复合材料的力学性能进行分析。结果表明:经过上浆剂包覆的PBO纤维表面活性基团明显增多,表面O/C(原子比)由0.16提升至0.25,上浆剂能有效修复纤维表面的缺陷;通过调控纤维表面上浆剂含量和结构,可使PBO纤维/环氧树脂单向复合材料的层间剪切强度提高到41.3 MPa,拉伸强度增加到1.70 GPa,相较于未处理的复合材料分别提高了44.9%和15.6%。

多巴胺对碳纤维增强聚苯硫醚复合材料界面性能的影响

碳纤维增强聚苯硫醚复合材料(CF/PPS)因其具有优异的综合性能被广泛关注,但实际应用中发现碳纤维与聚苯硫醚的界面结合并不理想,因此,改善CF/PPS界面结合强度来提升其宏观力学性能就有着深远的理论意义和应用价值。文中基于微球脱粘技术,将具有优良黏附性的多巴胺水溶液作为界面改性剂,对纤维进行表面改性,采用微球脱粘实验和宏观拉伸等实验测试探究了不同多巴胺浓度对CF/PPS界面性能的影响。结果表明,当多巴胺浓度为2 g/L时,聚多巴胺在碳纤维表面均匀黏附,形成较好的微纳结构,涂覆效果最佳,表观界面剪切强度最大为36.09 MPa,较未改性前增加13.50%;PDA-CF2/PPS拉伸试样的断面呈现凹凸不平的形态,拔出的碳纤维上残留树脂基体最多,具有良好的界面改性效果。

碳纤维增强热塑性树脂基复合材料界面性能研究

采用宏观力学性能测试(0°压缩测试、90°拉伸测试、层间剪切测试、弯曲测试)、微观力学性能测试(微脱粘测试)、扫描电镜(SEM)以及偏光显微镜观察,对不同碳纤维/热塑性树脂复合材料界面性能进行了多维度的研究。

碳纤维复合材料高温界面性能研究进展

碳纤维复合材料以其强度高、耐腐蚀、质量轻、抗疲劳等优良特性被广泛应用于航空航天及国防军工领域。然而,航空航天用复合材料结构部件在高温、湿热环境中会发生界面损伤和失效。上浆剂是碳纤维复合材料界面相的重要组成部分,研制可以增强界面强度和耐高温的上浆剂对提高复合材料的热力学性能具有重要意义。文中从碳纤维表面上浆剂的角度出发,重点介绍了碳纤维复合材料界面特性、上浆剂的作用机理以及高温下复合材料界面的破坏机制。最后,针对环氧上浆剂耐热性差的缺点,阐述了碳纤维耐高温涂层改性和纳米粒子改性,重点介绍了聚酰亚胺、聚醚醚酮、生物活性多巴胺及氧化石墨烯、多面体低聚倍半硅氧烷(POSS)纳米粒子等类型改性上浆剂的研究进展。指出发展环境友好型上浆剂和POSS纳米粒子改性将是下一步工作的重点。

PEK-C水性上浆剂对CCF/PEEK复合材料界面性能的影响

为提高聚醚醚酮(PEEK)树脂对连续碳纤维(CCF)的浸润性,改善CCF/PEEK复合材料的界面性能,采用自制的酚酞基聚芳醚酮(PEK-C)水性乳液为上浆剂,对CCF进行上浆改性,并通过叠层热压法制备了CCF/PEEK复合材料。测试了上浆前后CCF织物表面的润湿性,研究了上浆剂浓度对CCF/PEEK复合材料弯曲性能、孔隙率和层间剪切强度(ILSS)的影响。结果表明,当PEK-C水性上浆剂浓度为2%时,CCF表面接触角由上浆处理前的74.9°降低为上浆处理后的53°。采用此浓度上浆剂处理的CCF制备的CCF/PEEK复合材料,其弯曲强度、弯曲模量、ILSS分别为895 MPa,72 GPa和66.7 MPa,比未上浆处理的CCF/PEEK复合材料分别提高了95.7%,72.7%,39.8%,孔隙率仅为0.85%。PEK-C水性上浆剂可显著改善CCF与PEEK树脂的界面结合和相容性,提高CCF/PEEK复合材料的力学性能。

基于压电阻抗法的大型钢管混凝土柱界面性能与混凝土质量测试分析

钢管混凝土柱的核心混凝土终凝后与钢管内壁之间的粘结状态及核心混凝土密实性情况将影响结构构件性能的发挥,其中界面及混凝土的缺陷将对承载能力及延性等性能产生较大的影响。界面及混凝土的缺陷均处于构件内部,属隐蔽性项目,常规超声波法及敲击法适用性不强。论文基于压电应力波测量及机电耦合阻抗测量的检测方法,对构件界面粘结状态和核心混凝土的密实状态进行了检测,得到了界面粘结状态和核心混凝土的密实性的相关数据。试验结果表明,采用压电阻抗法可有效检测大型钢管混凝土柱的界面粘结状态和核心混凝土的密实性,有效地解决了钢管混凝土柱界面粘结状态和核心混凝土的密实性检测的难题,为工程建设提供了有益的参考。

碳纤维/乙烯基酯树脂复合材料界面性能研究

采用改性上浆剂对SCF-35S-48K碳纤维上浆,分析了上浆工艺对上浆碳纤维的表面形貌和碳纤维/乙烯基酯树脂复合材料界面性能影响。复合材料的微观结构和层间剪切性能结果表明:上浆层对碳纤维起到了一定的保护作用,碳纤维表面平整、可加工性好,与树脂基体的界面黏结性好,复合材料的层间剪切强度达到68.18 MPa,比未上浆碳纤维/乙烯基酯树脂复合材料高7.56%,满足复合材料应用要求。

涂碳铝箔在锂电池中的应用及其界面性能研究

涂碳铝箔作为锂电池正极集流体的应用,显著提高了电池的电化学性能及界面稳定性。本文从涂碳铝箔的制备工艺、表面结构特征及其对锂电池界面性能的影响等方面展开研究,探讨涂碳层在抑制电解液分解、减少界面阻抗和延长电池循环寿命中的作用。涂碳铝箔能够有效改善正极材料的导电性和界面稳定性,从而提升锂电池的整体性能和可靠性。分析涂碳铝箔在不同电解液和工作条件下的界面反应行为为优化锂电池材料和提升电池性能提供了新的思路和依据。

聚合物纤维与水泥基材料界面性能研究进展

聚合物纤维与水泥基材料界面粘结性能是影响纤维增强水泥基复合材料延性的关键因素。传统混凝土具有脆性较大韧性较差等缺点,为满足高强高韧性工程需要,国内外学者将聚合物纤维加入水泥基材料中从而制备出具有良好性能的纤维增强水泥基复合材料。为了分析国内外近年来在相关领域的研究成果,总结聚合物纤维与水泥基材料界面性能参数及脱粘机理,纤维物理性质(埋深,直径,种类,改性)、水泥基材料组分、加载速率、温度和服役环境对聚合物纤维与水泥基材料界面粘结性能的影响规律,以及纤维与水泥基材料界面过渡区特点。结果表明:聚合物纤维具有稳定的化学性质,纤维发挥桥接作用主要依靠纤维与水泥基材料界面粘结性能。通过对聚合物纤维进行物理和化学处理,调整纤维长径比、埋深,改变水泥基材料水灰比、砂灰比及砂子类型等水泥基体组分可有效改善纤维与水泥基材料界面粘结性能。同时温度、服役条件和加载速率对其界面粘结性能也影响明显。

纤维增强聚合物基复合材料的界面性能

针对纤维增强聚合物基复合材料的界面性能,系统阐述了其界面层的结构和作用机理,详细介绍了界面结晶效应对力学性能的影响及界面性能的表征方法,最后论述了几种有效的纤维表面改性方法及改性效果。

碳纤维复合材料界面性能研究

针对碳纤维复合材料中普遍存在的界面问题 ,首先研究了碳纤维表面改性对其复合材料界面性能的影响。采用电化学方法和γ射线辐照技术对碳纤维进行表面改性处理 ,通过处理前后纤维性质及其复合材料界面性能的分析 ,阐明了纤维表面改性对复合材料界面性能影响规律。同时 ,研究了电子束固化技术中存在的弱界面问题 ,通过对电子束固化机理的研究发现增强体表面化学成分对固化过程影响较大 ,合理的偶联剂选择可以使电子束固化复合材料界面粘合性能得到提高。此外 ,研究了碳纤维超声连续处理 ,通过对树脂基体和碳纤维表面性质的分析 。

湿热循环对CCF300/QY8911复合材料界面性能的影响

通过对CCF300/QY8911复合材料试样进行循环吸湿-脱湿处理,绘制吸湿和脱湿曲线并用Fick第二定律进行拟合,采用层间剪切强度(ILSS)表征不同湿热条件对纤维/树脂界面性能的影响,再通过SEM观察试样剖面和侧面的微观形貌。结果表明:CCF300/QY8911复合材料的吸湿和脱湿行为符合Fick第二定律,试样水浸(水温71℃)14天后达到饱和吸湿率;水对CCF300/QY8911复合材料纤维/树脂界面的破坏分为可逆和不可逆,脱湿处理会消除可逆破坏,使干态ILSS有所回复;湿热循环次数增加会进一步引起纤维/树脂界面产生不可逆破坏,使CCF300/QY8911复合材料ILSS降低,但吸湿是引起这种复合材料ILSS性能下降的主要因素。

表面处理对碳纤维增强聚乳酸材料界面性能的影响

制备了碳纤维增强聚乳酸 (C/PLA)骨折内固定材料 ,对碳纤维进行了浓硝酸表面处理。测量了C/PLA复合材料的力学性能 ,并通过XPS分析了表面处理前后碳纤维表面官能团的变化。结果表明 ,在复合材料界面区发生了某种酯化反应 。

碳纤维阳极氧化法处理对复合材料界面性能的影响

利用阳极氧化法对碳纤维进行表面改性处理 ,研究了碳纤维处理前后表面化学组成 ,纤维复丝拉伸强度和复合材料的层间剪切强度 ( IL SS)。结果表明 ,经阳极氧化处理碳纤维表面的含氧、含氮极性官能团数目增加 ,纤维复丝拉伸强度有所下降 ,复合材料的 ILSS值提高。同时通过实验结果分析 ,阐明阳极氧化处理使复合材料界面性能改善的机理。

少烟NEPE推进剂的表面和界面性能

根据表面和界面化学原理,应用动态接触角测量仪和表面-界面张力仪测试了少烟NEPE推进剂的黏合剂体系(PNT)、填料(HMX、AP和Al粉)和键合剂的表面和界面性能。结果表明,填料(HMX、AP和Al粉)与黏合剂体系(PNT)的界面张力(γsl)大小顺序为:γAl/PNT<γAP/PNT<γHMX/PNT,填料与黏合剂体系的黏附功(Wa)大小顺序为:Wa(Al/PNT)>Wa(HMX/PNT)>Wa(AP/PNT);键合剂能够自发吸附和分散在推进剂的填料(HMX、AP和Al粉)表面和黏合剂体系中;在推进剂制备过程中,键合剂吸附于填料表面形成的界面能够稳定保持在黏合剂体系中;键合剂能明显提高推进剂的强度和模量,改善填料颗粒与黏合剂体系的界面粘结性能,这与表面性能测试结果一致。

新型三硅氧烷表面活性剂的合成与界面性能

低聚乙二醇单甲醚和环氧氯丙烷在相转移催化剂(P.T.C)存在下合成出低聚乙二醇甲醚缩水甘油醚,然后与氨丙基三硅氧烷进行开环反应,合成出了新型的三硅氧烷表面活性剂Me3SiOSiMeROSiMe3[R=(CH2)3N(CH2CH(OH)CH2-(OCH2CH2)xOCH3)2,x=1,2].通过1HNMR确证了这些目标产物的结构,并且通过测定其水溶液的平衡表面张力研究了其表面活性.在浓度约为10-4mol?L-1时可以将水的表面张力降低至约21～22mN?m-1.

阳离子型三硅氧烷表面活性剂的合成及其界面性能

在铂催化下,1,1,1,3,5,5,5-七甲基三硅氧烷(MDHM)和端烯丙基环氧基聚醚(APEE)经硅氢加成反应先制得聚醚环氧基三硅氧烷(PEETS),再将其与二乙醇胺(DEA)进行开环反应合成出了一种阳离子型三硅氧烷表面活性剂(CTSS)。用IR和1HNMR对CTSS的结构进行了表征,并对CTSS的界面性能进行了测定。结果表明,PEETS和CTSS的收率分别为90.6%(以MDHM和APEE为基准)和91.8%(以PEETS和DEA为基准);CTSS的黏度约为2600mPa.s,折射率为1.4742;在临界胶束浓度为8.7×10-4mol.L-1时,CTSS水溶液的表面张力约为25.8mN.m-1;饱和吸附量、饱和吸附层中每个CTSS分子所占的平均面积和形成胶束的标准自由能分别为4.9×10-6mol.m-2、0.34nm2和-27.4kJ·mol-1。

AP/Al/CMDB推进剂表面和界面性能研究

采用动态接触角和界面张力仪研究了氮含量不同的硝化棉(NC)与不同粒度的高氯酸铵(AP)表面性能以及NC与填料之间的界面性能,研究了界面性能对含AP和铝粉(Al)改性双基推进剂(AP/Al/CMDB)力学性能的影响。结果表明,NC的氮含量越低,AP的粒度越小,它们的表面张力以及其极性分量和非极性分量愈大。同时AP的粒度越小,NC与AP间界面张力和粘附功越小;但由于界面张力减小的效应强于粘附功越小的效应,推进剂的抗拉强度仍增大。而NC氮含量愈小,NC与AP间界面张力越小、粘附功愈大,推进剂抗拉强度增强。