金属基陶瓷复合相变储能材料的研究进展

与有机和无机相变材料相比,金属相变材料表现出较高的导热性和单位体积的储热能力,在储热系统和温度控制方面具有独特的优势。但是长期处于高温工作环境中的,金属相变材料存在渗漏、腐蚀、体积变化等问题。耐高温的多孔陶瓷材料可通过毛细管力,很好地封控住熔融的金属相变材料,还可以提高导热率,并改善一定的机械性能,因此金属基陶瓷复合材料展现了良好的发展前景。

仿生功能梯度结构复合材料的研究现状

当今社会,传统的复合材料已难以满足更多的应用需求,人们开始关注仿生功能梯度结构复合材料。研究者发现,许多生物材料具有明显的跨尺度、分级的复杂梯度结构,具备高强韧性的特点,这为人工制备新型仿生功能梯度材料带来重要启发。本文综述了生物材料的复杂梯度结构和性能特点,总结了采用粉末冶金法、3D打印技术和冷冻铸造法制备仿生功能梯度结构复合材料的研究进展,重点阐述了仿生功能梯度结构复合材料的结构与性能之间的关系,并展望了其发展前景。

基于2-氨基吡啶的两个簇基超分子化合物的合成、结构及催化性能

以磷钼酸、2-氨基吡啶、五氧化二钒、氯化锌和氯化镍等为主要原料,采用水热方法合成了2个簇基超分子化合物[H 3PMo 12 O 40]2[C 5H 6N 2]6(1)和[H 2PMo 12 V 2O 42][C 5H 6N 2]5·3H 2O(2)(C 5H 6N 2=2-氨基吡啶).通过元素分析、红外光谱、紫外-可见光谱、X射线光电子能谱、热重分析、X射线单晶衍射及X射线粉末衍射等手段对化合物进行了结构表征.结构分析显示,簇单元不同的2个超分子化合物以各自独特的堆积方式形成三维超分子网络.利用苯乙烯的环氧化反应研究了2个化合物的催化性能.

冷冻铸造法制备仿生梯度层状结构SiC多孔陶瓷

采用单向恒温冷冻铸造法制备出仿生梯度层状结构SiC多孔陶瓷。研究了水基SiC陶瓷浆料的初始固相含量和冷冻温度对SiC多孔陶瓷的微观结构(包括孔隙率、片层厚度和结构波长)及抗压强度的影响。随着离冷端距离的增加,层状多孔SiC骨架的片层厚度和结构波长均沿着冷冻方向增大。随着浆料初始固相含量的提高(20vol.%~40vol.%),坯体孔隙率减少,抗压强度提高,其片层厚度和结构波长均增加,范围分别为10μm~100μm和15μm~140μm。随着冷冻温度的降低,坯体的结构波长和片层厚度均降低,抗压强度却提高。单向恒温冷冻铸造工艺具有操作简单、孔径分布和气孔率可调的优点,可实现大尺寸、复杂形状材料的制备,为梯度层状多孔材料的制备提供了新思路。

冰模板法制备碳纳米管复合材料及其应用

碳纳米管(CNTs)具有强度高、硬度高、柔韧性好及电学、光学、热学性能优异等特点。因此,CNTs与陶瓷、金属、聚合物复合的CNTs复合材料已成为研究热点。冰模板法作为一种新兴的材料成形工艺,具有工艺简单、绿色环保及材料微观结构可控、性能优异等特点,可以较好地发挥CNTs复合材料的性能优势。主要综述了冰模板法制备仿生结构CNTs复合材料的研究进展,总结了该材料的结构特点以及其作为储能材料、生物医学材料、吸附材料、先进结构材料的性能特性及应用。

冷冻干燥法制备气凝胶材料研究进展

气凝胶材料由于其独特的结构和高孔隙率、高比表面积,低密度和低导热率等优异的性能,引起了各国科研人员的高度关注。综述了气凝胶材料制备技术所取得一些进展,尤其对采用冷冻干燥法获得的气凝胶材料做了重点阐述,详细介绍了其在保温绝热、阻燃、吸附等环境领域中的应用及发展现状。

磁场作用下冷冻铸造法制备仿生材料研究进展

随着科技的迅速发展,对材料的性能提出了更高的要求,迫切需要开发新型轻质高性能结构材料,即低密度、高刚度、高强度和高韧性等特点集于一身。生物材料经过数亿年的进化,形成了与环境和功能需求相适应的精细复杂结构,如贝壳珍珠层的“砖-泥”结构和螃蟹角质层的螺旋结构,它们均表现出非凡的机械性能和独特的功能特性,这启发了人们对于高性能材料的设计和构筑。目前发展的冷冻铸造法(即冰模板法)是制备仿生材料的一种有效方法,通常在温度梯度作用下定向凝固水基陶瓷浆料,经冷冻干燥后可获得具有精细结构的多孔陶瓷材料,随后对该多孔陶瓷填充软相-树脂后可获得仿珍珠贝结构陶瓷-树脂复合材料。为了进一步控制材料微观结构,研究人员对冷冻铸造过程施加磁场作用,最终发现材料的结构和性能均发生了明显变化。本文介绍了冷冻铸造法在控制材料微观结构以及制备仿生材料方面取得的一些进展,综述了施加磁场作用对冷冻铸造的影响,总结了施加磁场辅助的冰模板材料微观结构和机械性能变化规律。

仿生螺旋结构复合材料研究进展

在自然界中,许多生物材料具有明显的多尺度、分级复杂螺旋结构,具备高损伤容限和高能量吸收特点,这为人工制备新型仿生材料带来重要启发。首先介绍了螺旋生物材料的结构和性能特点,进一步综述了采用层压法、3D打印法和磁场冷冻铸造法制备仿生螺旋结构复合材料的研究进展,重点阐述了复合材料结构和性能之间的响应关系,展望了仿生材料的发展前景。

冷冻铸造技术制备仿珍珠贝结构复合材料研究进展

贝壳珍珠层具有无机相与有机质交错排列而形成的多尺度独特“砖-泥”结构,因此,在含有高脆性无机相的情况下却呈现出优异的强韧性,这为人工制备轻质高性能结构材料提供了宝贵的指导思想。首先介绍了珍珠贝的独特结构及其强韧化机制,然后综述了采用冷冻铸造技术制备仿珍珠贝结构陶瓷-树脂复合材料的研究进展,重点阐述了冷冻铸造加工工艺参数对复合材料的微观结构及其力学性能的影响规律,最终展望了仿珍珠贝陶瓷-树脂复合材料的未来发展趋势。

水泥基多孔材料的研究进展

为满足我国建筑业快速发展的需要,近年来研究人员正在开发和改进具有不同结构和功能的水泥基材料,其中水泥基多孔材料作为重要的一种被广泛研究。笔者首先介绍了水泥基多孔材料的结构和性能特点,然后综述了发泡法、添加轻骨料法和冷冻铸造法制备水泥基多孔材料的研究进展,重点阐述了水泥基多孔材料的结构和性能之间的响应关系,展望了水泥基多孔材料的发展前景。

Preparation of High-Strength Al–Mg–Si/Al_2O_3 Composites with Lamellar Structures Using Freeze Casting and Pressureless Infiltration Techniques

Lamellar porous alumina scaffolds with the initial solid loadings of 20, 25, and 30 vol% were prepared by freeze casting using 5 μm alumina powders. With the addition of 3 wt% MgO-A1203-SiO2 nanopowders in a eutectic composition as sintering aid, the maximum compressive strength of the sintered scaffolds reached （64 -4- 2） MPa after sintering at 1,773 K for 2 h. The lamellar porous scaffolds were then filled with a molten Al-12Si-10 Mg alloy （in wt%） by pressureless infiltration at 1,223 K in a N2 atmosphere, yielding the shell-like structure of the composites. The compressive strength of the upper part composite with the initial 30 vol% solid loading reached （1,190 ±50） MPa, which was about 3.5 times as large as that of the matrix alloy.