宽温域压电材料的研究进展及其柔性化设计

近年来,随着汽车、石油、核电和航空航天等高温领域的发展,应用于极端环境中的无损检测、可持续自供电设备用宽温域压电材料成为研究热点。然而,具有优异压电性和高温稳定性的宽温域压电材料,由于质脆、硬度大,致使所制器件无法兼具柔性及高温稳定性而在高温精密化作业、可穿戴健康检测等应用中受到极大限制。因此基于宽温域压电材料的柔性化设计,以实现耐高温柔性压电装置的制备并最终大幅拓宽压电装置的高温工作潜力,成为目前压电器件的重要发展方向。本文首先针对300℃以下环境中应用的压电材料(锆钛酸铅、钛酸钡和碱金属铌酸盐)和500~1000℃环境中应用的Ⅲ族氮化物的研究进展进行了介绍,然后分析基于这些材料的柔性化设计技术及柔性化设计过程中所用衬底或复合基体的种类对最终器件高温稳定性的影响。

TiB_(2)掺杂WS_(2)复合薄膜的宽温域摩擦学性能研究

目的探究TiB_(2)溅射电流(即TiB_(2)含量)对WS_(2)/TiB_(2)复合薄膜在宽温域(25~500℃)下摩擦学性能的影响。方法采用非平衡磁控溅射技术制备WS_(2)/TiB_(2)复合薄膜。通过场发射扫描电子显微镜(FESEM)、高分辨率透射电子显微镜(HRTEM)观察薄膜的形貌及结构;通过X射线衍射仪(XRD)、X射线光电子能谱仪(XPS)表征薄膜结构;通过纳米压痕仪(Anton Paar,NHT^(2))评价薄膜的机械性能;利用高温球盘摩擦磨损试验机(THT01,03591)测试薄膜的摩擦学性能;采用光学显微镜(Olympus,STM6)、三维轮廓仪(MicroXAM-800)观察磨痕及磨斑形貌,通过HRTEM分析磨痕和磨斑的结构。结果TiB_(2)掺杂使WS_(2)薄膜由高度结晶态向非晶态转变,增大了薄膜的致密度并提高了其机械性能。随着TiB_(2)溅射电流的增大,复合薄膜的摩擦因数和磨损率呈先下降后上升的趋势。随着试验温度的升高,复合薄膜的摩擦因数先降低后升高,但磨损率一直逐渐升高。TiB_(2)溅射电流为1.5A时,制备的复合薄膜在宽温域(25~500℃)具有较低的摩擦因数和磨损率。300℃条件下,TiB_(2)溅射电流为1.5 A时制备的复合薄膜在摩擦剪切力作用下重新定向形成了TiB_(2)(101)晶体取向和平行于滑动方向的WS_(2)(002)晶体取向,并在高环境温度和摩擦热作用下氧化形成了润滑相TiO2(001)晶体结构。结论TiB_(2)溅射电流为1.5 A时制备的复合薄膜具有优异的宽温域摩擦学性能。薄膜致密的非晶结构、高的硬度和弹性模量,以及在摩擦剪切力和高温氧化作用下重新结晶取向是低摩擦磨损的关键。

宽温域连续润滑材料的研究进展

航空、航天及核电等高新技术产业中苛刻工况下相关运动部件的润滑和耐磨问题是影响整个系统可靠性和寿命的主要因素,因此对具有宽温域连续润滑功能的新型润滑材料提出了越来越迫切的需求。文中综述了自润滑复合材料、"发汗"润滑材料、PS/PM自润滑涂层及温度"自适应"润滑涂层的研究成果,包括润滑剂及复配的选择依据、新型润滑剂对宽温域连续润滑材料组织结构、摩擦学行为、摩擦化学反应、润滑机理等的影响,并对不同润滑剂材料体系的宽温域连续润滑材料进行了系统的总结,在此基础上展望了宽温域连续润滑材料的发展趋势。

改性硅橡胶宽温域阻尼材料研究

为了制备基于甲基乙烯基硅橡胶（MVQ）的宽温域阻尼材料,本文以MVQ作为基体,采用共混法制备了MVQ/萜烯树脂复合材料,并探讨了其阻尼性能与松弛特性及橡胶基体网络结构之间的关系。动态力学分析表明,共混材料两个转变峰之间的阻尼因子（tanδ）明显提高。通过核磁交联密度仪分析,发现加入萜烯树脂使该材料自由链段含量增加,MVQ的交联密度降低,导致链段运动的松弛时间增加,这是提高该材料阻尼性能的主要原因。测试结果表明：该材料在-60~200°C的温度范围内tanδ〉0.25。为了进一步提高其阻尼性能和物理机械性能,还制备了MVQ/萜烯树脂/乙烯丙烯酸酯橡胶（AEM）三元共混型复合材料,当MVQ/AEM为60/40时,有效阻尼（tanδ〉0.3）温域达到192℃（-7~185℃）,达到了宽温域高阻尼材料的要求。

LaNiMnCrO 系陶瓷的温敏特性

传统的 NTC 热敏电阻由过渡金属氧化物尖晶石材料制成.本文报道一种具有负电阻温度系数的新型热敏材料.这种材料由尖晶石陶瓷和钙钛矿陶瓷复合而成.与传统的 CoNiMnO 系材料比较,该材料具有热稳定性好、电阻-温度特性非线性系数小、适用温区宽、材料成本低、批量生产效益高等特点.

二氟亚甲氧基化合物对液晶低温黏度的影响

液晶显示(LCD)的响应速度与液晶材料黏度成反比关系。到目前为止,液晶低温黏度及其低温响应速度对温度依赖性大的问题一直没有解决,成为液晶显示技术与应用发展的瓶颈。文章利用二氟亚甲氧基烷基苯两环液晶化合物作为液晶组分和溶剂,探讨液晶化合物和液晶混合物的低温黏度行为及其对温度的依赖性。实验结果表明:二氟亚甲氧基烷基苯两环液晶化合物不仅能有效降低液晶的低温黏度,减小液晶低温黏度对温度的依赖性,而且可作为液晶溶剂和液晶组分配置液晶组合物,有效地降低液晶材料的低温黏度和减小低温黏度对温度的依赖性。

柔性接头弹性件用橡胶材料的研究现状及发展趋势

综述了柔性接头弹性件用橡胶材料的研究现状,重点介绍了天然橡胶(NR)[异戊橡胶(IR)]和硅橡胶(SiR)弹性件的基础配方、力学性能及在发动机柔性接头上的应用情况,分析了低温改性NR材料的配方、宽温域范围内力学性能和SiR材料的黏接性能;对合成丁异戊橡胶(CBIR)弹性材料的配方、力学性能及在柔性接头上的应用前景进行了分析,提出了柔性接头弹性件橡胶材料的未来发展趋势。

宽温域硅橡胶阻尼材料的研究进展

讲述了硅橡胶阻尼材料的阻尼作用机理和阻尼性能的影响因素,重点介绍了添加填料、共聚改性、共混改性、互穿网络技术(IPN)和发泡技术等对硅橡胶阻尼性能的影响及其国内外研究现状,展望了硅橡胶阻尼材料的应用前景。

超大尺寸加固TFT-LCD关键技术的实现

针对超大尺寸加固液晶显示模块存在的关键技术问题给出了解决方案,如宽温液晶材料的合成,条形宽幅双驱动液晶面板的设计制作,液晶模块的抗振动冲击、阳光可读性等,实现了液晶材料、显示屏、显示模组整个链条技术的突破。且针对超大尺寸显示器造成的光污染,提出一种解决思路。依据光纤面板的角度截止作用,控制显示模块出射光线的角度,消除显示模块有效视角外的杂散光来减小反射,达到控制光污染的目的。

一种宽频率调节的精密OCXO

在精密标准频率控制仪器中,常常需要既能在宽频率范围调节又能够保持高频率稳定度和低相位噪声的可控晶体振荡器.为了实现宽频率范围调节,不得不采用拉动性好但是稳定度和老化率较差的基频晶体振荡器.虽然基于SC切泛音晶体的高精度恒温控制晶体振荡器(OCXO)显现出非常高的频率稳定度和低老化率,但是它的电压控制频率调节范围很窄,无法在锁相受控的情况下使用.针对更宽的频率调节范围,笔者提出一种新的方法,即通过对温度控制来调节OCXO的频率.所有精密OCXO的良好性能都可以保持下来,同时,原来的10-7量级电压可控频率范围提高到5×10-6量级或者更宽.这样就能够在需要长期稳定锁定的频率源,如星载的原子钟中得到应用,保证了系统稳定优良的指标.

宽温域阻尼材料在柴油机噪声控制中的应用

对YZ4105QF型柴油机表面辐射噪声源进行了声学近场测量分析,并在此基础上提出了用宽温域阻尼材料降低发动机的噪声,以解决普通阻尼材料高温下阻尼性能大幅度下降的问题,并进行了实验研究。

高温氧化处理前后Inconel 718高温合金摩擦学性能的探究

为了研究高温氧化处理前后Inconel 718高温合金摩擦学性能的差异,对Inconel 718高温合金在1 000℃大气环境下进行高温热处理,并进行25~800℃宽温域摩擦试验.利用扫描电子显微镜、三维轮廓仪、X射线衍射仪对Inconel 718高温合金的表面形貌、磨痕形貌、物相组成和结构进行分析.Inconel 718高温合金经热处理后物相组成发生了明显变化,晶化程度提高.在表面形成了类网状凸起结构,其组成主要为Cr_2Ti_7O_(17)和Cr_2O_3混合相,这是由于高温热处理使Inconel 718高温合金的Ti和Cr元素沿晶界发生了扩散,至表面后与大气中的氧反应,生成Cr_2Ti_7O_(17)和Cr_2O_3混合相.高温氧化后的Inconel 718高温合金摩擦系数和磨损率与未处理时相比有所降低,磨痕形貌有了明显变化,将这种变化归功于类网状凸起结构的减摩抗磨作用和其组成相中Cr_2Ti_7O_(17)的润滑作用.

高精度大范围的光学晶体温度控制系统

为解决固体激光器工作时光学晶体产生的热沉积问题,保证其工作性能稳定,提出了一种基于半导体制冷器(TEC)的高控温精度、大控温范围光学晶体温度控制方案。分析了TEC的工作特性和光学晶体的热效应与传热机理,将TEC工作过程中自身温度变化引起的电气特性改变与光学晶体温度的变化同时纳入控制环节,建立了温度-电流双闭环温度控制模型,设计并完成了一套高控温精度、大控温范围的光学晶体温度控制系统。实验结果表明:本系统在-15~120℃的温度控制范围内,可以迅速稳定在任一设定的温度点,其控温精度优于±0.002℃;当设定温度和实际温度之间的偏差在20℃以内时,其收敛稳定时间小于60s,可以满足固体激光器中光学晶体对控温范围与精度的要求。

宽温度范围纳米多孔硅/高氯酸钠热分解特性

以纳米多孔硅粉(nPS)为燃烧剂,高氯酸钠(NaClO_4)为氧化剂制备nPS/NaClO_4复合含能材料,利用差示扫描量热-热重(DSC-TG)法研究其在宽温度范围(25~1200℃)的热分解特性。为了更全面地了解该复合含能材料的热分解特性,同时研究了nPS、NaClO_4、Si/NaClO_4、nPS/NaCl复合材料热分解特性。结果显示,氧气气氛下硅氢键在400.0℃发生断裂,而其在氩气氛围下的断裂温度为820.0℃。NaClO_4在581.0℃分解放热,总失重量为68.31%。nPS/NaCl复合材料在883.3℃出现最强放热峰,放热量为567.0 J·g^(-1)。硅氢键的存在使nPS/NaClO_4放热量达到359.5 J·g^(-1),与Si/NaClO_4相比,增大了15.3 J·g^(-1)。综合热分析测试结果,推测出nPS/NaClO_4复合含能材料的热分解机理:O_2使硅氢键提前断裂并参与放热反应,800℃后未断裂的硅氢键与NaCl发生反应最终生成Si。固体燃烧产物的XRD图谱证明了该推论的合理性。

宽温环境下亮度与色度稳定的LED背光驱动电路设计

针对目前高、低温环境下LED灯的亮度衰减问题,以液晶显示器为平台,设计了一种在宽温环境下,使显示器亮度、色度均保持稳定的LED背光驱动电路。该驱动电路同时驱动LED白、彩灯,显示器的亮度与色度均可自由调整,控制器根据采集到的环境温度,对驱动电路进行实时调整,以保证显示器亮度与色度的稳定性。最终通过实物验证测试,显示器连续工作2 h(亮度大于800 cd/m^2),亮度衰减小于50 cd/m^2。宽温环境下显示器色坐标偏差范围不超过±0.005。

超宽温区负温度系数热敏电阻材料的开发

以稀土氧化物Y_2O_3、CrO_3、MnO_2为原料,采用氧化物法开发出超宽温区(25～1 000℃)具有热敏特性,B值在低温段与高温段分段稳定的新型NTC(负温度系数)热敏电阻材料。经实验制得aY_2O_3-bYCr__(0.5)Mn_(0.5)O_3(a+b=1)高温热敏材料,其室温电阻率为1.0～50 MΩ·cm,低温段(25～700℃)B值为3 500～5 500 K,高温段(700～1000℃)B值为6 500～8 500 K.

基于相间交联的共混型宽温域阻尼弹性体的制备及机理

结合过氧化物硫化体系的硫化过程,提出过氧化二苯甲酰(BPO)可以引发环氧化天然橡胶(ENR)与邻苯二甲酸二烯丙酯预聚体(DAP-A)发生相间交联反应,以改善两相之间的相容性,拓宽ENR/DAP-A二元共混材料的有效阻尼温域。分别采用硫磺硫化体系和BPO硫化体系制备的ENR-40(环氧化程度为40%的ENR/DAP-A二元共混材料)进行对比分析,并利用动态力学分析、差示扫描量热分析以及宽频介电谱论证了上述机理。基于以上机理,进一步探究了共混比例和BPO用量对ENR-40/DAP-A二元共混材料阻尼性能的影响,最终制备了一种有效阻尼温域为-33~145℃(tanδmin>0.35)的宽温域高阻尼材料。

两端为环戊基类液晶的合成

合成一类新型标题化合物,此类单体液晶在结构上有着独特的新颖性,未见文献报道。以卤代物为起始原料,通过Suzuki反应合成5种结构类似的单体液晶,对其结构进行标定,并对目标液晶单体的性能进行测试。此类单体液晶有着较宽的向列相范围,可以用来拓宽混合液晶的低温向列相范围。此外,此类单体液晶有着较高的光学各向异性(Δn)及适宜的介电各向异性(Δε),可以作为一款通用液晶参与混合液晶的配置。

Effect of dichroic azo-dye doped on ferroelectric liquid crystals

In order to study the effect of mixing dye in ferroelectric liquid crystal （FLC） materials, the phase transition temperature and electro-optical properties of azo dye doped FLC samples have been investigated. All the properties have been found to be changed drastically. The results have revealed that not only the SmC^＊- SmA^＊ transition temperature decreased markedly by the addition of azo-dye, but also dye-doped FLC had lower threshold voltage and saturation voltage than the pure FLC.

宽温域耐R134a氢化丁腈橡胶胶料的性能研究

采用机械共混法制备氢化丁腈橡胶(HNBR)胶料,研究助交联剂TAIC、陶土及马来酸酐接枝液体聚丁二烯(MA-LB)对HNBR胶料物理性能和耐R134a性能的影响。结果表明:随着助交联剂TAIC用量的增大,胶料的交联密度增大,物理性能、耐热性能和耐R134a性能提高;陶土N85能够降低R134a的穿透性,使得HNBR胶料具有更好的耐R134a性能;当MA-LB用量为6份时,胶料具有良好的综合物理性能和耐R134a性能。O形圈在宽温域环境(-55℃×72 h和150℃×72 h下循环两次)的密封试验结果表明,压缩率大于25%能够保证O形圈在R134a中密封性能的可靠性。