基于MOF-801的高性能剪切增稠液的制备及防护性能研究

航空服作为保护飞行员安全的重要个人防护设备,一直在不断改进和升级。如何在保证飞行员生命健康的前提下,实现航空服穿戴舒适化和轻质化,一直都是一个亟须解决的问题。剪切增稠液是一种新型智能材料,其具有独特的非牛顿流体特性,可有效吸收外来冲击从而实现缓冲效果。然而,现有研究中剪切增稠液体系亟待进一步优化,传统二氧化硅基剪切增稠效应也需要提高。基于此,本文以氯化氧锆为次级构筑单元,富马酸为侨联配体,得到具有高度结晶度和良好热稳定性的MOF-801纳米颗粒。将其与乙二醇溶液通过球磨法制备得到剪切增稠液。该产品表现出优异的剪切增稠性能,在相同质量分数下其性能优于传统二氧化硅基的剪切增稠液。同时,利用激波发生装置,研究发现剪切增稠液在超高速激波作用下,同样表现出由液体向固体的转变。最后,通过稀释后抽滤方法,将剪切增稠液与天然皮革紧密复合,所得复合结构表现出良好的能量耗散特性和缓冲减震特点。MOF-801基剪切增稠液不仅具有优异的剪切增稠性能,也为新一代防护服的仿生轻质化设计提供了新的方向。

磁敏智能软材料及磁流变机理

磁敏智能软材料是一类将微米或纳米尺度的磁性颗粒分散在不同基体中制备而成的多功能复合材料。由于其流变性能在外磁场的调控下可以实现连续、快速、可逆的改变,因此在建筑、振动控制和汽车工业等领域得到了广泛地应用。本文首先介绍了磁敏智能软材料发展历史及分类,分析了不同种类的磁敏智能软材料的特点和存在的科学问题;然后从实验和理论两个方面讨论了磁流变机理的研究现状;最后从实际应用的角度对这类材料未来的发展方向进行了展望。

剪切增稠液及阻尼器性能研究

以聚苯乙烯-丙烯酸乙酯纳米粒子为分散介质,制备剪切增稠液(Shear Thickening Fluid,STF),研究以STF为工作介质的双出杆式阻尼器动态性能,利用流变仪测量STF流变特性。实验结果显示,STF粘度特性曲线呈现明显非线性:低剪切速率时轻微剪切变稀(shear thinning);达临界剪切速率后剪切增稠(shear thickening)。利用MTS对阻尼器进行不同频率、不同振幅加载条件下的动态测试,结果表明,阻尼器工作在STF剪切增稠区间时,STF粘度急剧增加,储能模量、耗能模量迅速增大,阻尼器输出力跃升,表现出巨大的吸收及耗能能力。采用以有效刚度、有效粘滞阻尼建立线性模型,定性评价STF阻尼器的弹性特性、阻尼特性。

高速列车车体结构振动和车内声学特性分析

为了研究高速载客列车车体结构振动及车内声学特性,建立高速列车有限元模型,对全车体进行模态分析和轨道谱响应分析,并基于声与结构耦合对车体内腔进行声学模态分析。车体前200阶固有模态频率跨度为0.62～100.27 Hz,前6阶0.62～1.51 Hz为车身整体相对于转向架的低频振动,其余各阶为车身结构的弹性振动。当施加我国200 km/h等级提速线路通用轨道谱激励时,体振动在0～2.00 Hz的低频有较大响应。车体内腔前200阶声学模态频率跨度为0～126.66 Hz,在20～100 Hz之间模态比较密集。

《无机材料工艺学》课程的改革思路和课程体系的探索

《无机材料工艺学》课程为材料科学与工程专业无机材料方向的主干课,在无机材料人才培养中处于重要的地位。适应新时期高等教育的发展,提出了该课程改革的思路:破以某一类无机材料纵向工艺过程为主线的工艺学教材编写体系,突出无机材料生产和制备的共性;传统材料和新材料并重;加强无机材料工艺与相关学科、课程和模块的联系,强调实例在课程学习过程中的作用;增加趣味性阅读材料和自学内容。基于该思路,根据无机材料生产过程中的工艺特征,制定出《无机材料生产工艺》的课程体系。

一步法制备四氧化三铁/蒙脱土磁性复合材料(英文)

报道了一步法制备四氧化三铁/蒙脱土磁性纳米复合材料。使用XRD,TEM,VSM对材料进行了相关测试,从测试结果发现,用水热法制备的磁性纳米复合材料具有典型的层型结构。实验结果证明四氧化三铁纳米颗粒分别存在于蒙脱土的层间和片的表面,而且该层型复合材料保持了较高的比表面积(143m2/g)。这种新型磁性层型复合材料对于重金属离子具有很好的吸附能力。

剪切增稠液的力学性能与机理

剪切增稠液(shear thickening fluids,STFs)是一种新型功能材料,论文对其最新进展进行综述和评价.首先介绍了高性能STF的研制,分析了STF在不同外加载荷下的力学行为;然后从实验和理论等方面讨论了STF机理的研究现状;最后对STF的实际应用进行了总结,并对STF的发展前景进行了展望.

剪切增稠液阻尼器隔冲性能的实验研究

剪切增稠液在外载作用下粘度会迅速增大,基于剪切增稠液研制而成的阻尼器具有阻尼力大、响应快速、无能耗等优点,在阻尼耗能和冲击防护设备中具有重要的应用前景。本文使用振动台模拟半正弦脉冲信号,对集成剪切增稠液阻尼器的单自由度系统在不同冲击条件下的响应加速度和相对位移进行了研究,比较了冲击脉冲幅值和频率比对冲击隔离的影响,讨论了不同冲击条件下的系统阻尼比,得到了剪切增稠液阻尼器安装方式对其冲击隔离性能的影响。结果显示:冲击脉冲幅值对响应加速度幅值比影响不大;加速度幅值比随冲击脉冲频率比增大而迅速减小,相对位移幅值随频率比增大先减小再略微增大,然后继续减小;当剪切增稠液阻尼器横向安装时,其响应加速度幅值比更小,当安装夹角增大时,相对位移随之减小,系统阻尼比迅速增大。研究表明,剪切增稠液阻尼器能够提高单自由系统的冲击隔离性能。

导电性磁流变弹性体的研究进展

磁流变弹性体(magnetorheological elastomer,MRE)因其独特的场相关性能在工程应用领域引起了广泛关注。论文介绍了MRE的最新发展,重点介绍导电性MRE在材料设计、力学行为和实际应用等方面的研究现状。论文从高性能导电性MRE的研制开始,讨论了材料与结构设计中涉及的关键问题;介绍了导电性MRE材料在磁场作用下的磁、力、电学行为的耦合作用机理和相关物理模型;之后对导电性MRE器件的研究现状进行了总结;最后展望了导电性MRE的发展潜力和面临的挑战。

磁性液体数值模拟研究进展

磁性液体(magnetic fluid)是一种力学性能受磁场调控的磁流变智能材料,在医学与工业生产中有广泛应用.近年来,随着计算机性能的发展,数值模拟日益成为研究磁性液体力学行为细观机理的重要方法.本文综述并评价了磁性液体理论与数值模拟领域的最新研究进展,介绍了磁性液体在剪切、挤压和阀模式3种工作模式下的力学模型,对磁性液体的现有模拟方法进行了总结,讨论了磁性液体数值模拟的研究现状,并展望了数值模拟的发展前景.磁性液体的数值模拟亟待开展以下三方面研究:(1)建立涵盖多种微观相互作用的精细理论模型,研究颗粒表面包覆、添加剂等非磁性成分对磁流变效应的影响;(2)将不同数值模拟方法相结合,建立磁性液体的多尺度模型,进一步提高模拟精度,利用机器学习协调不同尺度的数值模拟,压缩计算量,已成为一种可行思路;(3)将力学模型与电、磁学模型相结合,发展多尺度、多物理场耦合的数值模拟方法,模拟磁性液体其他物理性能.最终为高性能磁性液体的研制及其应用研究提供技术和理论支撑.

流动聚焦装置中液滴的形成：喉部尺寸的影响

在本文中,研究了液滴在一个流动聚焦微流体设备中的形成过程,分析了喉部长度和宽度以及连续相的流速和分散相的粘度对液滴尺寸的影响。在固定的分散相流速(Qd)下,连续相流速(Q_c)对于液滴尺寸有重要的影响。当Q_c<0.7mL/h,液滴尺寸在喉部长度到达一个临界值之前先趋于增加,之后随着喉部尺寸的继续增加逐渐下降;当Q_c>0.7mL/h,液滴尺寸随着喉部长度的增加而降低。而越大的喉部宽度会产生越大尺寸的液滴。在Q_c继续增长的过程中通常会出现从挤压模式到滴模式的转变,最终液滴尺寸呈现出随着Q_c的增加指数降低的特征。归因于流速控制破碎机制,低粘度分散相下,液滴尺寸随粘度的增加而增加。

磁流变剪切变硬胶的“磁力”耦合效应研究

剪切变硬胶(shear stiffening gel)是一种新型智能材料,由于其在外界应力刺激下模量可以迅速增大,表现出优良的剪切变硬效应,所以在人体防护和阻尼隔振等领域具有重要的应用前景。本文将软磁性羰基铁粒子(CI)引入到剪切变硬胶体中,成功制备出多功能磁流变剪切变硬胶复合材料(MSC),通过流变测试系统分析了该复合材料的"磁力"耦合效应。研究表明,MSC具有优良的剪切变硬效应(S-ST effect),其储能模量随着剪切频率的增加而显著增大(4个数量级)。磁控测试和蠕变实验结果均表明该复合材料对于外界磁场表现出较好的响应性能。当羰基铁粉含量为60wt%时,样品的模量随着磁场的增加而迅速增大,其最大模量高达2.44MPa。在磁场和剪切应力双重刺激下,复合材料的剪切变硬效应得到极大提高,且剪切应变增大,样品模量相对降低。同时,该材料在低温下也具有良好的剪切变硬和磁流变效应,高温下性能略有下降。最后,探讨了MSC在磁场、剪切场耦合条件下性能增强原因,发现"B-O化学交联键"和CI粒子链的形成是该复合材料具有优良剪切变硬效应和磁流变性能的主要原因。