聚合物表面空间环境防护涂层热应力分析方法研究进展

柔性聚合物材料作为航天器表面用关键材料,易受到空间环境的协同损伤,在其表面制备防护涂层是实现长期服役的重要技术。但由于常用防护涂层与基体间的性能差异,涂层易因应力出现开裂和剥落,因此应力分析对于材料的设计和优化非常重要。对于涂层应力的分析方法,主要可以分为基于试验测量以及基于数值仿真的有限元分析方法两类。梳理目前常见的试验测量方法,分析有损法和无损法试验测量的应用,整理归纳基于数值仿真的有限元分析方法的原理以及相关应用,比较不同方法的优缺点,总结其局限性以及应用前景。不同应力测试分析方法在材料的服役寿命和失效形式预测中发挥了重要作用,但传统的机械有损测量方法难对应力情况进行实时监测,近年来发展起来的无损法也存在一定的应用局限性,有限元模拟具有实时、全面的应力测量优点,但是与实际涂层模型具有一定的差距。基于目前试验方法与有限元仿真各自的局限性,提出将有限元仿真与试验表征结合成为进一步指导涂层设计的有效方法,有望有效预测涂层失效机制,优化涂层材料制备工艺,开发具有低应力结构的涂层材料,为聚合物表面用关键涂层材料的轻量化发展和长期可靠服役提供技术支撑。

Pb^(2+)对掺杂硼硅酸盐玻璃中CsPbBr_(3)钙钛矿量子点发光性能的影响

硼硅酸盐玻璃包覆钙钛矿CsPbBr_(3)量子点(PQDs@glass)能够大幅提高PQDs的稳定性,使其在LED照明和显示技术中拥有广泛的应用空间。然而,玻璃包覆的同时也导致了PQDs发光强度与量子产率降低。本工作为提高其发光强度探讨了热诱导温度及Pb^(2+)的含量对PQDs@glass结构的影响,当热诱导温度为460℃,Pb^(2+)浓度为6 mol时,其发光强度最高。研究发现,Pb^(2+)浓度的增加会导致玻璃网状结构的致密化,改变玻璃组分的扩散行为,影响PQDs的析晶过程,导致PQDs@glass发光强度的变化。本工作得到量子产率高达95.6%的PQDs@glass,并实现了硼硅酸盐玻璃基质内PQDs的尺寸可控制备。结果表明,PQDs尺寸分布在10 nm左右,超过86%的颗粒尺寸在6~14 nm内,且具有优越的稳定性,经历10次室温至200℃热循环后,发光强度仍能保持初始强度的98.9%。最后,为了验证其在LED照明及显示领域的应用,将制备的量子点微晶玻璃粉料与二甲基硅氧烷(PDMS)混合,得到的LED器件性能优异,色域范围覆盖110%sRGB。本研究为PQDs@glass的大规模制备及其在LED器件领域的应用奠定了基础。

基于专利视角的全球航天器用热控涂层发展趋势与我国发展对策研究

全球航天产业持续扩大,热控涂层作为航天器热控制设计中常用且必不可少的热控材料,在需求牵引下迅速发展。航天器在不同轨道高度对热控的需求有所不同,逐步形成了不同类型的热控涂层。本文从专利视角分析了不同类型热控涂层的发展趋势和国内头部企业构成,分析技术和竞争格局,为当局者和拟入局者在航天器用热控涂层技术领域的研究方向、市场布局、专利保护和风险防控提供参考和指导依据。

热钢化对载人航天器舷窗玻璃强度的影响

根据载人航天器热钢化舷窗玻璃中应力分布的特点，导出了钢化玻璃应力强度因子的计算模型，并分析了玻璃热钢化的强化特点。通过该模型，对钢化程度、玻璃厚度以及裂纹尺寸对玻璃强度和裂纹扩展的影响进行了讨论。指出在相同的钢化程度下，热钢化玻璃的断裂应力随玻璃厚度的增加而提高，而非钢化玻璃的断裂应力并不受玻璃厚度的影响。还针对钢化玻璃临界应力强度因子问题进行了讨论，指出由于ＫＩＣ＋Ｋｒ不是材料的物性参数，不能作为钢化玻璃临界应力强度因子。

池窑鼓泡对熔制玻璃质量和产量的影响

利用Flutank玻璃熔制过程三维计算机模拟技术 ,系统研究了鼓泡对熔制玻璃质量、产量的影响。结果表明 :鼓泡使窑内熔体温度升高、流速加快 ,玻璃熔制、均化条件改善 ,微细气泡澄清条件变差 ,玻璃单耗降低。对文中选用的浮法窑 ,鼓泡能提高日产量 2 3% ,并维持原有的熔制、均化、冷却条件不变。池窑鼓泡后 ,日产量增加不会改变可见大气泡 (半径小于 0 5mm)的排除条件 ,但影响可见小气泡 (半径小于 0 2 5mm)和微细气泡 (半径小于 0 1mm)的澄清。模拟结果还揭示 :鼓泡虽然略微降低出料口截面热均匀性 ,但不会出现分层现象。鼓泡管间距选择不当会产生有害的“沉降流”。

Flutank玻璃熔制过程三维计算机模拟软件系统的应用(1)——浮法熔窑保温对玻璃熔制质量的影响

利用Flutank玻璃熔制过程三维计算机模拟软件研究了浮法熔窑不同部位保温对玻璃熔制、澄清、均化质量的影响。评价指标包括池内玻璃液温度场、速度场、砂粒熔化时间、玻璃液回流量、回流耗热、液流澄清因子分布、澄清气泡消除和逸出情况、出料口玻璃液温度等。结果表明 :窑池保温可提高玻璃液温度、缩短熔化时间、增加澄清因子、降低火焰温度 ,同时 ,它也增加回流以及微小气泡 (半径小 0 .1mm )随出料流流出池窑的可能性。

航天器舷窗玻璃的强度检验方法和寿命预测

以断裂力学为基础,结合热钢化玻璃应力分布的特点,首次提出了热钢化玻璃的检验试验和寿命预测方法,为热钢化舷窗玻璃的强度检验提供了理论基础。分析示例的计算表明,即使通过相同的检验应力,在不同的使用环境中允许的使用应力是不同的;不同环境下,同样的使用应力,玻璃的使用寿命相差很大。

Flutank玻璃熔制过程三维计算机模拟软件系统的应用(2)——窑坎改变玻璃熔制条件

利用Flutank玻璃熔制过程三维计算机软件研究了窑坎对配合料熔化、玻璃液澄清、均化质量的影响 ;并从改善玻璃熔制条件及降低窑坎蚀损两方面 ,讨论了窑坎的位置、高度及形状。

载人航天器舷窗玻璃的强度特性

通过对玻璃强度理论的综述，分析了舷窗玻璃的强度特性。指出舷窗玻璃强度设计必须以玻璃的断裂机理为依据，而不能仅按传统上的杭张强度或抗折强度等指标作为选材标准。舷窗玻璃的强度受表面微裂纹影响很大，要保证舷窗玻璃强度达到设计和使用要求，必须对玻璃表面的裂纹进行严格的控制和检测。考虑到玻璃的亚临界裂纹生长，舷窗玻璃使用前应避免在大气环境中长时间受力。在舷窗结构设计时还应避免使处于张应力的表面与水分接触。

关于“卡脖子”技术问题的思考

焦点:我们必须承认,我国高技术发展的问题根源是相关基础研究不足,源头和底层问题没有搞清楚。但是,我们不能由此就认为“卡脖子”问题是对基础研究不重视造成的,根源在于,现行的科研评价体系导致科研人员难以安下心来做真正有价值的研究。

物理钢化对玻璃表面裂纹扩展和强度的影响

物理钢化对玻璃表面裂纹扩展和强度的影响宋力昕，胡行方，陈显求（中国科学院上海硅酸盐研究所２０００５０）ＴｈｅＥｆｆｅｃｔｓｏｆＴｈｅｒｍａｌＴｅｍｐｅｒｉｎｇｏｎｔｈｅＧｒｏｗｔｈｏｆＳｕｒｆａｃｅＣｒａｃｋｓａｎｄｔｈｅＳｔｒｅｎｇｔｈｏｆＧｌａｓ...

TiO_2-SiO_2双组分膜结构与光催化性能的研究

采用溶胶-凝胶法制备了不同Si/Ti比的TiO2-SiO2双组分膜.用紫外光照射亚甲基蓝的分解实验比较薄膜的光催化性能.通过XRD、FTIR、HRTEM、FE-SEM、AFM以及UV-VS-NIR分光光度计等分析手段对薄膜的结构和光学性能进行了表征.结果表明:适量SiO2的引入,显著提高了TiO2薄膜的光催化活性,Si/Ti比为0.2时薄膜的光催化活性为最佳. SiO2引入TiO2薄膜后,生成了Ti-O-Si玻璃相和无定形SiO2,这两种物相聚集在TiO2 晶界周围,有效地阻止了TiO2的晶粒长大,提高了锐钛矿相向金红石相的转变温度,使复合薄膜经过500℃热处理后,只有锐钛矿相存在,有利于薄膜的光催化活性的提高.

微等离子体氧化Al_2O_3陶瓷膜的组织结构与形成过程

The alumina ceramic coatings were prepared on aluminum alloy using micro-plasma oxidation. The structure and morphologies of ceramic coatings were studied by X-ray diffraction (XRD) and scanning electron microscope (SEM), and then its formation process was investigated. The results of XRD reveal that with increasing oxidation time the content of decreases, and in which the content of al reaction occurs between the aluminum from the substrate and the oxygen and other ions from the electrolyte. The reaction products then are propelled away from the inner-wall of the discharging channels. Finally, these products agglomerate in the inner-wall of the discharging channels and on the surface near the discharging channels to produce the ceramic coatings. The change of ceramic coatings thickness with increasing oxidation time divides into two stages, and the final thickness is formed in first stage. With increasing current density the final thickness of ceramic coatings increases.

铌表面固体粉末包埋渗硅研究

采用固体粉末包埋渗硅工艺在铌表面制备了二硅化铌涂层,研究了渗硅过程中Si沉积的反应机理和二硅化铌涂层的结构.结果表明:涂层由单相的二硅化铌组成;Si的输运和沉积主要依靠硅的低氟化物SiF2完成.

微弧氧化Al-Si-O陶瓷涂层的结构与结合强度

使用微弧氧化方法在铝合金表面制备了包含Al-Si-O的复合氧化物陶瓷涂层．利用 XRD和SEM分析了陶瓷涂层的组成和结构,通过机械冲击、热冲击和拉伸法评价了涂层与基体的结合强度．结果显示,陶瓷涂层由α-Al2O3、γ-Al2O3和莫来石组成．涂层表面粗糙,有大量等离子体放电产物．陶瓷涂层能承受机械和600℃热冲击,说明涂层与基体结合好,具有很好的延展性、抗热震性．拉伸结果显示,涂层与基体结合强度高于20MPa．

铝基复合材料微弧氧化陶瓷膜的组成与性能

微弧氧化是一种利用液相介质中阳极表面产生的等离子体放电合成氧化物陶瓷膜的技术．本文利用微弧氧化技术在铝基复合材料表面制备了氧化铝陶瓷膜．XRD和SEM分析结果显示,陶瓷膜由α-Al2O3、γ-Al2O3和ε-Al2O3组成,与基体结合效果好,陶瓷膜表面存在大量类似火山口的等离子体放电产物,说明陶瓷膜是沿着放电通道生长．陶瓷膜的最高硬度可达21GPa,分布在距界面12μm附近;恒电位极化实验结果显示,经微弧氧化后的铝基复合材料拥有非常好的耐腐蚀性能．

La／TiO_2-SiO_2薄膜的光催化性能研究

采用溶胶-凝胶法制备了不同掺杂量的La／TiO2-SiO2复合薄膜．通过XRD、 FE-SEM和AFM研究了复合薄膜的微观结构,采用紫外光照射下亚甲基蓝的分解实验比较薄膜的光催化性能．结果表明:La掺杂可显著提高TiO2-SiO2复合薄膜的光催化活性,以5％掺杂量为最佳,其光降解率比掺杂前提高了约23％．薄膜活性提高的主要原因是La掺杂后细化了TiO2的晶粒,提高了薄膜的比表面积,使其具有更高的氧化还原电势,La2+取代Ti4+ 进入到TiO2晶格,引起晶格膨胀,这种不同价离子的取代导致TiO2粒子表面电荷分布不平衡,从而提高了光生电子-空穴的分离效率．

纳米复合超硬薄膜的研究现状

自1994年Veprek等人提出纳米复合超硬薄膜的概念以来,以其优异的力学性能和化学性能而成为当今材料科学领域的研究热点之一.本文将介绍纳米复合超硬薄膜的概念、设计思想、超硬机制、制备技术及工艺、性能和应用前景,及其发展趋势.

Li^+掺杂MoO_3薄膜的制备与电致-光致变色特性研究

采用过氧溶胶 -凝胶法在室温下制备了具有电致变色和光致变色特性的 1 0mol%Li掺杂MoO3 薄膜。对薄膜循环伏安特性和光学特性的测试结果表明 ,经 1 2 0℃处理的Li+ 掺杂MoO3 薄膜具有良好的电化学性能及电致变色性能。采用Raman光谱对Li+ 掺杂MoO3 薄膜光变色前后结构的分析表明 ,薄膜经紫外光照后结构进行了重组 ,有序性增强 ,且吸收光谱研究表明薄膜具有较好的光致变色特性。

TiOSO_4水性溶胶制备TiO_2薄膜及其亲水性研究

采用TiOSO4水性溶胶制备了TiO2薄膜,通过X射线衍射(XRD)、原子力显微镜(AFM)、紫外可见光谱(UV-Vis)和薄膜表面接触角对TiO2薄膜进行了表征并进行了亲水性研究.结果表明采用TiOSO4水性溶胶制备的TiO2薄膜具有优异的光照亲水性;在100-500℃之间热处理,温度的升高有利于亲水性的改善.