双极性纳秒脉冲DBD等离子体改性增强BNNSs在环氧树脂中的分散性

在环氧树脂中添加氮化硼纳米片(boron nitride nanosheets,BNNSs)可获得某些优于常规材料的特性,但纳米粒子的“团聚”现象对改性效果有较大影响。为了增强BNNSs在环氧树脂(epoxy resin,EP)基体中的分散性,为此采用大气压Ar+HO双极性纳秒脉冲介质阻挡放电(dielectric barrier discharge,DBD)低温等离子体对BNNSs进行羟基化改性,再用硅烷偶联剂KH560修饰,使用X射线光电子能谱仪(X-ray photoelectron spectroscopy,XPS)、热重分析(thermogravimetric analysis,TGA)来研究等离子体改性前后BNNSs表面的元素及羟基含量和对偶联剂修饰的影响,利用面积分布概率和冲击强度对BNNSs分散性进行定量表征。测试结果表明,在20%的相对湿度下,等离子体改性后BNNSs表面的羟基含量提高近两倍,增强了BNNSs对偶联剂的吸附作用,相比于只用偶联剂改性的BNNSs,其表面偶联剂的包覆率提高了45%;在相同质量分数下,等离子体+偶联剂改性的BNNSs比只用偶联剂改性的BNNSs的分散性特征值增大10%以上。该研究为增强纳米粒子在基体材料中的分散性提供了一种新方法。

基于辅助充电支路的模块化多电平变换器结构高频纳秒脉冲发生器

高频纳秒脉冲串治疗肿瘤已逐渐成为一种新的医疗手段,但发生器输出高频脉冲串时的开关损耗问题还有待进一步研究。因此该文提出一种基于辅助充电支路的模块化多电平变换器(MMC)拓扑。在MMC模块的一个MOSFET处并联二极管和电阻,为电容提供充电回路,消除充电电流对开关的导通损耗,提高脉冲发生器的稳定性。首先,对该文提出的拓扑结构进行原理介绍;其次,计算硬件参数并利用Pspice对拓扑结构进行仿真验证;最后,研制一台五级模块化的输出装置并进行性能测试。连续输出模式下:前沿20ns,后沿30ns,幅值为4kV;脉冲串输出模式下:最高串内频率1MHz的脉宽100~500ns、幅值0~4kV可调的纳秒脉冲串。开关温升测试表明,在该文测试条件下,RD-MMC相比于MMC的尾切开关温升减少约30%;同时,利用细胞溶液作为负载,测试电压电流波形稳定。该文研制的脉冲发生器为进一步研究高频纳秒脉冲串在生物领域的应用奠定了基础。

微秒脉冲电场强度对BNNSs取向程度和环氧树脂复合材料热导率的影响

脉冲电场可以诱导绝缘高导热填料在基体中取向排列,使其在热流方向上形成高效热传导网络,可以有效地提高复合材料的热导率,但电场强度的影响规律尚不清晰。因此,该文使用微秒脉冲电场诱导氮化硼纳米片(BNNSs)取向排列,研究不同脉冲电场强度对BNNSs取向程度及复合材料热导率的影响,同时基于固化过程中BNNSs的受力情况,分析电场强度对填料取向程度和复合材料热导率的影响机理。结果表明,BNNSs的取向度和复合材料的热导率均随电场强度的增加而增加,在12kV/mm的高电场强度作用下,BNNSs平均取向角达到75.56°,复合材料的热导率提高到纯环氧树脂的2.6倍。但电场强度对两者的影响规律并不完全一致,在较高电场强度下,BNNSs的取向程度趋于饱和,而复合材料热导率的增加没有出现饱和现象。该研究是对微秒脉冲电场诱导填料取向以提高复合材料热导率的初步研究,可以为低填充量下制备具有高热导率的复合材料提供指导。