Al颗粒夹层CFRP复合材料力学及电磁屏蔽性能

CFRP复合材料具有优异的力学性能,在航空航天装备中有广泛应用,但是因其单层铺层内部的结构各向异性,单向纤维铺层对于垂直极化波的电磁屏蔽效能较弱。为应对日益复杂的电磁环境,保护电子元器件不受干扰,增强复合材料的电磁屏蔽效能显得尤为重要,本工作利用非连续Al颗粒在层间面内紧密排列,构建了一种层间面内含连续Al屏蔽层的CFRP复合材料,并研究了不同Al颗粒含量对复合材料电磁屏蔽效能和力学性能的影响规律。结果表明,随着Al颗粒含量的增加,CFRP复合材料的导电性和电磁屏蔽效能也随之增加,当聚合物中Al颗粒质量分数达到33.3%时,复合材料的面内电导率提高了3个数量级,在垂直于纤维方向上对频率为3~17 GHz的电磁波的电磁屏蔽效能提高了10 dB以上。随着Al颗粒含量的增加,复合材料层间剪切强度与弯曲强度出现先上升后下降的变化规律,当树脂中Al质量分数为33.3%时,复合材料的层间剪切性能提高了5.2%达到80.5 MPa,当树脂中Al质量分数为50%时,复合材料的弯曲强度提高了20%至1441.0 MPa,弯曲模量提高了10.2%达到101.83 GPa。由此可见,Al颗粒夹层CFRP复合材料可以实现力学性能和电磁屏蔽效能的同步提升,是一种具有广泛应用前景的结构-电磁屏蔽一体化复合材料。

用于能量收集的离子热电材料研究进展

热电材料是一种能实现热能和电能之间相互转化的功能材料,可以对化石燃料燃烧、工业生产等过程产生的废热进行回收再利用,在小型热电发电机、太阳能电池、智能传感器等方面具有良好的应用前景。随着现代科技的发展,热电功能材料逐渐应用于小型可穿戴设备,这对热电材料的安全无毒、稳定高转换效率和柔性等提出新的要求。相较于电子型热电材料,离子型热电材料具有高Seebeck系数、柔性可拉伸性和低毒低污染等优点,因此不论在热电发电装置还是小型可穿戴设备上均具有很好的应用潜力。本文详细阐述了在热原电池、离子热电电容器等能量收集装置中的离子型热电材料的研究进展,并分析了离子热电材料在可穿戴能量转换装置应用中所面临的问题和挑战,以期为制备安全无污染、稳定高效的新型柔性可穿戴设备提供新的方向。

聚合物离子凝胶基体体系、改性方法及应用研究进展

聚合物离子凝胶是一种由离子液体(IL)和聚合物基质构成的新型凝胶体系,具有优异的可拉伸性、较高的电导率和较好的稳定性,在柔性电子产品领域具有广阔的应用空间,备受国内外研究者关注。通过调研整理近年来相关领域的研究进展,本文综述了聚合物离子凝胶材料的基质分类,讨论了导电水凝胶的改性方法,阐述了离子凝胶在相关领域的应用,并在此基础上总结展望了聚合物离子凝胶面临的挑战与未来的发展方向。指出开发具有优异力学性能、高电导率、可降解的离子凝胶是未来研究的重点。同时,提高离子凝胶的环境稳定性,降低离子凝胶的制备成本是实际应用中亟须解决的难题。离子凝胶的制备与应用研究将促进柔性电子材料的飞速发展。

通过共混改性提升PEDOT:PSS热电性能的研究进展

热电材料是一种可以直接将热能转化为电能的功能材料,基于热电材料的能源技术属于清洁能源技术。由于无机热电材料存在毒性大、脆性大、成本高等局限性,有机热电材料引起了人们的广泛关注。有机热电材料中,聚(3,4-乙烯二氧噻吩):聚苯乙烯磺酸盐(PEDOT:PSS)凭借高导电、低导热等特性成为研究热点,但其综合性能仍未满足应用需求,因此研究者采用多种方法对PEDOT:PSS进行改性以提升其热电性能。本文主要介绍了利用离子液体、无机填料、碳纳米管和小分子试剂等与PEDOT:PSS共混改性以提升其热电性能的研究进展,最后总结了进一步提高PEDOT:PSS热电性能所面临的问题与未来的研究方向。

CFRP层合板抗分层损伤技术研究进展

碳纤维/聚合物基复合材料(CFRP)具有高比强度、高比模量、性能可设计、结构尺寸稳定性高、耐疲劳、耐腐蚀等优点而被广泛应用于陆、海、空、天等高性能载具中。各类碳纤维复合材料结构中,层合结构是主要结构形式。传统的CFRP层合结构中各铺层之间缺少纤维增强,故而导致CFRP层压板易产生层间分层且抗冲击损伤能力较低,因此层合板抗分层损伤和破坏方法成为关键问题和研究热点。本文综述了层合板抗分层损伤的方法,并对这些方法的适用性、优缺点进行了比较与阐述;重点归纳了利用碳纳米管提升层合板抗分层损伤的研究进展,并对碳纳米管的性能、增韧机理进行了阐述以及碳纳米管的增韧方法和效果进行了综述与归纳,讨论了"碳纳米管层间Z向增韧"进一步提高复合材料层间性能的可能性。

CNTs-纤维增强树脂基复合材料纳米-介观尺度数值模拟研究进展

CNTs的高刚度、高强度使得其成为复合材料领域极有前景的纳米增强体之一。然而,单纯依靠实验获得CNTs对复合材料力学性能影响规律的方法是不可行的,需要辅之以合适有效的数值模拟方法去解理和分析CNTs各个因素对于复合材料力学性能的影响机制和规律。本文首先依据实验中真实存在的CNTs形态确定了模型为纳米-介观尺度模型,然后基于建模方式和研究对象的差异综述了三种常见的纳米-介观尺度模型数值模拟方法,最后根据目前的数值模拟结果,从CNTs本征性能,CNTs的含量和分布两大方面综述了CNTs对复合材料力学性能的影响机制,为数值模拟研究提供了可靠支撑,同时也为实验性研究提供了有力的理论依据。此外,由于数值模拟方法和CNTs变量的多样性,CNTs-纤维增强树脂基复合材料的数值模拟仍存在着巨大的研究潜力。

Thermal conductivity of carbon nanoring linked graphene sheets:A molecular dynamics investigation

Improving the thermal conduction across graphene sheets is of great importance for their applications in thermal management. In this paper, thermal transport across a hybrid structure lbrmed by two graphene nanoribbons and carbon nanorings （CNRs） was investigated by molecular dynamics simulations. The effects of linker diameter, number, and height on thermal conductivity of the CNRs-graphene hybrid structures were studied respectively, and the CNRs were found effective in transmitting the phonon modes of GNRs. The hybrid structure with 2 linkers showed the highest thermal conductivity of 68.8 W·m^-1·K^-1. Our work presents important insight into fundamental principles governing the thermal conduction across CNR junctions and provides useful guideline for designing CNR-graphene structure with superior thermal conductivity.