透明导电氧化物薄膜材料研究进展

透明导电氧化物薄膜被广泛应用于太阳能电池、平板显示器以及透明视窗等制备中,成为不可或缺的一类薄膜。综述透明导电氧化物薄膜的发展现状和发展趋势,阐述透明导电氧化物薄膜的导电机理和载流子散射机制,系统概括出材料体系选择原则。化学计量比的氧化物是不导电的,通过在薄膜中引入缺陷,包括氧空位、间隙原子或者外来杂质等,在禁带中形成缺陷能级,从而改变氧化物薄膜的导电性能,形成透明导电氧化物。根据掺杂离子的不同,即受主掺杂离子和施主掺杂离子,透明导电氧化物包括N型和P型半导体两种。在这种由于缺陷的引入而导电的透明氧化物薄膜中,载流子散射主要包括晶界散射、声子散射、杂质离子散射和孪晶界散射四种,其中晶界散射和杂质离子散射占主导。进一步地,重点介绍In2O3、SnO2和ZnO基掺杂透明导电氧化物薄膜的基本性能及应用。In2O3基透明导电氧化物由于其在制备低电阻率薄膜和半导体加工方面的优势,成为制作透明电极的主要材料,而SnO2和ZnO基透明导电氧化物由于成本低廉,在未来替代In2O3基透明导电氧化物在透明电极制备方面具有巨大的潜力。此外,结合多功能电子器件的发展,提出延展性能好的氧化物/金属/氧化物三明治结构的透明导电氧化物薄膜是将来的发展方向和研究重点。

全固态薄膜锂电池研究进展和产业化展望

全固态薄膜锂电池利用固态电解质替代传统电解液,采用多层薄膜堆垛的平面结构,属于新一代的锂离子电池,在军民两用的可穿戴设备、便携式移动电源、汽车和航空动力电池等领域应用前景广阔。该类电池因高安全性、长循环寿命、高比容量和高能量密度等优势性能受到业界广泛关注。本文概述薄膜锂电池的分类和充放电原理,总结正负极、电解质薄膜材料的发展历程和薄膜制备手段的改进,对比各类电池材料的电化学性能,引入该方向最新的研究进展:三维薄膜锂电池,可变形的柔性电池,高电压、大容量电池组。汇总国外商用电池产品、关键优势技术、电池制备设备,提出薄膜锂电池亟待解决的科学问题和国内潜在的产业化方向。

大面积石墨烯薄膜转移技术研究进展

化学气相沉积法合成的石墨烯薄膜在实现石墨烯产业化应用过程中,依赖于大面积薄膜转移技术的突破性进展。本文按照中介物过渡转移法、直接干法和湿法转移法、大规模卷对卷转移法分类介绍了现有的30多种石墨烯薄膜转移方法,从微观机理到宏观实现方法对比了三类方法的优缺点和适用范围:中介物过渡转移法主要用于实验室阶段科学探索,转移后的薄膜质量高但尺寸小;直接干法和湿法转移法减少了中介物过渡流程,但仍处于小试阶段;大规模卷对卷转移法借鉴了半导体薄膜工业成熟的卷对卷技术,实现了米级尺寸薄膜的高效和可重复性转移,是目前批量化转移石墨烯薄膜的最有效途径。

环氧-酚醛树脂体系用固化促进剂的研究与发展

环氧树脂与酚醛通常在固化促进剂的催化作用下完成交联固化,固化促进剂对环氧-酚醛树脂体系的固化过程有很大的影响,从而影响最终固化物的性能。综述了固化促进剂对环氧-酚醛树脂体系固化行为及性能的影响,重点介绍了国内外环氧塑封料用三苯基膦及其衍生物等潜伏型固化促进剂的研究和发展概况,同时分析了固化促进剂对环氧塑封料工艺特性以及固化物性能的影响,提出了开发具有更好潜伏性和固化特性的潜伏型固化促进剂的发展方向。

飞机层合风挡鸟撞击有限元数值模拟

建立了鸟撞击层合风挡三维有限元分析模型，对层合材料采用具有失效模型的率型本构模型，用非线性接触—碰撞有限元程序模拟了飞机层合风挡的鸟撞击动响应过程，给出了层合风挡鸟撞的计算实例，讨论了层合风挡结构被鸟冲击变形破坏的机理，数值模拟结果为层合风挡抗鸟撞击叠层设计提供了理论依据。

化学强化铝硅酸盐玻璃研究进展

本文介绍了化学强化的基本原理,从化学强化温度、化学强化时间、熔盐配方和浓度、加热疲劳及表面划伤五个方面介绍了化学强化铝硅酸盐玻璃强度的影响因素。对铝硅酸盐玻璃化学强化相关的共性关键科学问题进行了详细分析。对化学强化铝硅酸盐玻璃在飞机风挡中的应用进展及存在的问题进行了综述,并展望了化学强化铝硅酸盐玻璃的发展趋势。

注射成型工艺参数对聚碳酸酯残余应力的影响

采用正交实验法考察了不同注射成型工艺参数对聚碳酸酯(PC)残余应力的影响,结果表明:熔体温度对残余应力影响最大,冷却时间和模具温度次之,注射压力影响最小。熔体温度升高,分子链快速松弛,残余应力减小。同时试样浇口附近处的残余应力较大且分布集中,沿熔体流动方向,残余应力逐渐减小。对于不同成型工艺,残余应力的分布趋势基本相同。

注射成型塑化过程对聚碳酸酯性能的影响

采用双因素多水平试验方法考察了注射成型塑化过程的塑化温度和塑化停留时间对聚碳酸酯(PC)黄色指数、拉伸性能和残余应力的影响。结果表明,PC分子链基团和分子键发生高温断裂,引发PC产生黄化,且黄化程度与塑化停留时间呈线性增加关系。塑化温度升高,塑化停留时间延长,PC的拉伸强度和断裂标称应变快速降低,PC由韧性断裂向脆性断裂转变;在塑化温度300℃,310℃和320℃下,PC临界塑化停留时间分别为126.1 min,77.1 min和38.7min。残余应力结果表明,在充填方向上,PC应力呈对称分布;塑化停留时间延长,PC光程差增大,应力分布逐步均匀。

航空透明件有机-无机杂化耐磨涂层的应用研究进展

透明耐磨涂层是提高航空玻璃透明件表面抗划伤和耐磨性的有效方法。本文评述了国内外航空透明件透明耐磨涂层的研究现状。重点综述了紫外光固化有机-无机杂化透明耐磨涂层的发展现状及应用前景,并指出采用溶胶-凝胶法制备纳米二氧化硅作为无机相,紫外光固化树酯作为有机相制备航空透明件透明耐磨涂层将成为该领域的研究重点。

注射压缩成型工艺参数对厚壁聚碳酸酯制件厚度的影响

考察了不同注射压缩成型工艺参数(两点间距、压缩速率和压缩行程)对聚碳酸酯(PC)平板制件厚度偏差及厚度分布的影响。结果表明,PC平板厚度随两点间距和压缩速率的增大而减小,两点间距和压缩速率是控制厚度精度的主导因素,而压缩行程对厚度影响较小。同时,研究结果表明,所有的PC平板均是上薄下厚的分布趋势,且不同的压缩工艺仅对厚度值大小有影响,而对PC制件的厚度分布趋势没有影响。

热力历史对PMMA残余应力和光学性能的影响

利用光弹测量对注射成型过程不同热力历史的聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)样件进行了残余应力的定量表征,并测试分析了样件的透光率和雾度。研究表明,成型过程中的工艺选择对样件的残余应力影响显著,提高熔体温度和模具温度、增大保压压力和注射速度、缩短保压时间和冷却时间都可以有效降低残余应力;退火温度升高可明显削弱成型过程热力历史的差异,降低残余应力并使之趋于一致,偏差最小为0.71 MPa。热力历史对光学性能的影响与残余应力相关性较大,总体上残余应力降低,透光率升高而雾度降低,可分别达到93.1%和1.1%。

轻型防弹玻璃的结构研究

改变层合防弹玻璃的面板和背板材料及结构组合形式 ,并通过测量防弹性能和面密度 ,选出了轻型防弹玻璃的材料与结构。结果表明 ,以无机玻璃 (G)作为面板材料 ,聚碳酸酯 (PC)作为背板的表层材料 ,定向有机玻璃(DYB)作为中间过渡材料 ,即 G/ DYB/ PC结构 ,具有优异的防弹性能 ,与传统防弹玻璃相比 ,可减重 2 0 %以上。同时还进一步研究了间隙装甲结构。

层合透明材料抗冲击有限元数值模拟

本文采用三维非线性动力有限元程序DYNA3D，建立了弹丸冲击层合透明材料有限元分析模型，模拟了弹丸冲击层会透明材料动态过程，探讨了层会透明材料被冲击破坏的机理，根据分析结果讨论了提高叠层透明材料的抗冲击性能的设计思想，算例计算结果说明了有限元方法分析的有效性。

新型结构粘接材料对航空有机玻璃性能的影响

选用新型结构粘接材料中低温固化环氧结构胶膜J-351和改性丙烯酸酯液体胶胶黏剂SY-50s,表征胶黏剂对有机玻璃的粘接性能以及应力-溶剂银纹性能,并研究胶黏剂对有机玻璃力学性能的影响。结果表明:两种胶黏剂对有机玻璃具有良好的粘接性能,J-351抗应力溶剂银纹性能优于SY-50s;有机玻璃表面施胶后力学性能下降,与定向有机玻璃相比,浇注有机玻璃力学性能下降更为明显。通过对拉伸试样断口形貌分析发现,拉伸试样带有胶黏剂的一侧首先发生破坏。因SY-50s与有机玻璃界面结合紧密,导致带有SY-50s胶黏剂的有机玻璃力学性能下降程度较大;而J-351环氧胶膜与有机玻璃界面清晰,对有机玻璃力学性能影响相对较小。因胶黏剂对有机玻璃性能的影响,导致采用SY-50s胶黏剂粘接的试样边缘连接强度低于J-351胶黏剂粘接的试样,新型结构粘接材料J-351环氧胶膜在有机玻璃粘接中应用性能良好。

聚碳酸酯透明材料表面耐磨涂层的纳米力学性能和耐磨性研究

利用纳米压痕和划痕技术对不同纳米硅溶胶含量的两种有机硅耐磨涂层的表面与体相的纳米力学性能和耐磨性分别进行了对比实验研究。结果表明:纳米硅溶胶会增加涂层Si-O-Si网络结构的刚性,提高涂层的力学性能和耐磨性,并且涂层近表面区的硬度、模量以及耐磨性明显优于体相的性质。

聚碳酸酯熔体挤压流变研究

鉴于现有流变仪不能直接表征挤压过程的应力-应变关系,本工作设计了恒定接触面积模式平板挤压流动装置,通过测量上平板压力及移动位移来表征熔体的流变特征,再通过理论建模和数值计算分别研究了幂律模型、PTT模型和XPP模型表征挤压过程的准确性。结果表明:聚碳酸酯熔体挤压应力随应变的增加而增大,当熔体温度降低、挤压速率升高时,挤压应力随应变表现出三段分布,而初始挤压间距不影响应力应变分布模式,仅仅影响挤压应力的大小;黏弹本构模型可以预测出挤压应力的变化趋势,其中XPP模型的预测值更接近实验结果。

HMDI-PTMEG基透明聚氨酯弹性体热老化机理研究

以PTMEG,HMDI,1,4-BDO,TMP为原料,DBTDL为催化剂,按n(PTMEG)∶n(HMDI)∶n(1,4-BDO、TMP)=1∶3∶2的比例,采用两步法合成了透明聚氨酯弹性体,对弹性体进行150℃热老化试验,通过DSC,FTIR,13CNMR等手段对弹性体的热老化机理进行了研究,对FTIR,13CNMR的谱峰进行了归属。结果表明,热老化后弹性体的热力学性质发生了较大改变,醚键的氧化破坏是聚氨酯弹性体结构和性能发生变化的主要原因。

原料对聚氨酯弹性体透明性的影响

研究了采用不同类型的异氰酸酯、聚合多元醇及扩链剂合成透明聚氨酯 (PU)弹性体 ,详细讨论分析了异氰酸酯的种类、多元醇的种类及分子量、扩链剂的类型及结构特点、微量水分等对PU透明性的影响。结果表明 ,采用脂环族异氰酸酯IPDI或脂肪族异氰酸酯HDI ,分子量为 10 0 0～ 2 0 0 0的聚醚二元醇PTMEG和丁二醇BDO类扩链剂制备出的PU具有优异的透明性 ;同时结合PU的力学性能 ,进一步明确透明PU的原料及配方 ,结果显示 :n(IPDI)∶n(PTMEG10 0 0 )∶n(1,4 BDO) =2∶1∶1时的PU具有最好的综合性能。

HMDI-PTMEG系列透明聚氨酯弹性体的合成与性能

采用二环己基甲烷二异氰酸酯(HMDI)与聚四氢呋喃二醇(PTMEG)预聚,用三羟甲基丙烷(TMP)和1,4-BDO扩链,合成系列透明聚氨酯弹性体,研究了原材料配比、扩链剂配比对力学性能的影响,并通过加温老化、DMTA、TGA等方法对其热力学性能进行研究,结果表明:随着PU弹性体中硬段含量的增加,材料的硬度、拉伸强度、撕裂强度均有明显增加,断裂伸长率下降。PU弹性体在150℃时表面开始变黄以至黏流;硬段含量高的PU弹性体耐热性略有提高。随硬段含量增加,PU弹性体的玻璃化转变温度逐渐移向高温。PU弹性体的起始热分解温度均为320℃,交联结构及氨酯键的断裂破坏是第一阶段质量损失的主要原因。

有机硅耐磨涂层固化过程

采用傅里叶红外光谱和纳米压痕/划痕手段对PC表面耐磨涂层固化过程中的化学结构和力学性能进行了研究,以揭示固化过程中化学结构与物理性能的关系,获得最优固化工艺。根据涂层中Si—OH和环氧基团吸收峰强度的变化,发现提高固化温度和固化时间,能够促进缔合的Si—OH间脱水交联形成Si—O—Si刚性网络;同时,有机硅耐磨涂层Si—O—Si含量与表面硬度密切相关,涂层表面硬度和耐磨性随着固化温度和固化时间的提高而增加,120℃固化2 h是交联反应相对充分的固化条件。