在“高聚物的结构与性能”课程中应该引入的几个新概念

在“高聚物的结构与性能”课程教学中 ,很有必要向学生介绍高分子科学近十几年来的发展 ,尤其是在高分子凝聚态基本物理问题上的研究成果以及相关的新概念、新知识 ,特别是我国学者的贡献。本文较为详细地讨论了近年来作者在教学中介绍的几个新概念 ,如 :动态接触浓度、单链凝聚态。

在“高聚物的结构与性能”课程中讲透高聚物的特点

通过对高分子链的柔性、聚合物独有的熵弹性、显著的粘弹性、特有的描述链段运动的WLF方程、可能实现的大尺寸取向和小尺寸解取向、银纹、单链凝聚态、折叠链片晶和伸直链晶体、分子量的多分散性、高分子溶液特性和高聚物熔体的弹性行为等的讨论 ,希望能突出“高聚物的结构与性能”课程中高聚物的特点。

精品课程“高聚物的结构与性能”教学环境建设

教学环境主要包括课堂教学、实验教学和网络教学等方面,文中从这三方面介绍国家级精品课程"高聚物的结构与性能"教学环境的建设。

基于密度泛函理论研究Ag-Co团簇的结构、电子和光学性能

基于密度泛函理论研究了7个原子Ag-Co团簇结构的稳定性、电子和光学性能.研究结果表明,7个原子Ag-Co团簇的最稳定结构都是十面体结构,Co原子数量较少时,Co原子主要占据十面体的轴向位,Ag原子主要占据赤道位,随着Co原子数的增加,Co原子逐渐替换了赤道位上的Ag原子.当Co原子数增加时,Ag-Co团簇的垂直电离势、垂直电子亲能和最高占据轨道与最低未占据轨道之间的能隙整体上都呈现出下降趋势,表明电子稳定性降低;Ag-Co团簇的吸收光谱整体出现了红移,吸收峰的强度逐渐减弱,吸收谱的宽度变窄.

Gyroid结构钛仿生骨支架修复下颌骨节段性缺损的生物力学性能

背景:三周期最小表面的多孔结构是最有前景的骨科生物结构之一,其中的Gyroid结构具有高比表面积、高渗透率、均曲率为零等特点。目的:通过有限元分析结合力学压缩实验测试,筛选出与下颌骨松质骨弹性模量范围相匹配的4 mm单胞Gyroid结构TC4仿生骨支架壁厚区间。方法:建立不同壁厚(0.1,0.2,0.3,0.4,0.5,0.6,0.7,0.8 mm)4 mm单胞Gyroid结构有限元模型,分析Gyroid结构的等效弹性模量,筛选出与下颌骨松质骨弹性模量范围相匹配的Gyroid结构壁厚区间,壁厚分别为0.2,0.3,0.4,0.5,0.6,0.7 mm。根据有限元分析筛选结果,以Ti6Al4V为原料,采用选择性激光熔融技术制备不同壁厚的3D打印Gyroid结构试件,进行大颗粒喷砂酸蚀处理,通过力学压缩实验测试试件的弹性模量与抗压强度。结果与结论:(1)有限元分析结果显示,随着壁厚的增加,Gyroid结构的等效弹性模量升高,其中壁厚为0.2-0.7 mm Gyroid结构的等效弹性模量在下颌骨松质骨弹性模量范围内(1.5-4.0 GPa),用于3D打印Gyroid结构试件;(2)力学压缩实验结果显示,随着壁厚的增加,Gyroid结构试件的弹性模量与抗压强度均升高,其中0.3-0.5 mm壁厚Gyroid结构试件的弹性模量在下颌骨松质骨弹性模量范围内,0.3-0.7 mm壁厚Gyroid结构试件的抗压强度符合下颌骨的力学性能;(3)结果显示0.3-0.5 mm壁厚Gyroid结构与下颌骨的弹性模量范围相适应。

基于有限元分析的大理、丽江地区穿斗式木结构山架抗震性能

通过实地调查,分析了大理、丽江地区木结构榫卯结构的配置情况以及二者结构上的差异。为了研究二者的抗震性能与受力特性,通过有限元软件对两个地区的典型穿斗式木结构山架进行低周往复荷载模拟。结果表明:丽江地区穿斗式木结构山架抗震性能优于大理地区,两地木结构的薄弱点均在横向构件与纵向构件的榫卯节点处,榫卯节点的薄弱点位于榫头末端,二者的抗侧刚度均不高,易在水平荷载下倾斜。

受阻酚AO-60/天然橡胶复合材料的结构与阻尼性能研究

研究受阻酚AO-60用量对受阻酚AO-60/天然橡胶(NR)复合材料的结构与阻尼性能的影响。结果表明:受阻酚AO-60用量小于50份时,受阻酚AO-60在复合材料中主要形成小型聚集体;随着受阻酚AO-60用量的增大,受阻酚AO-60在复合材料中形成越来越多的大型聚集体;在差示扫描量热分析中,受阻酚AO-60在48和107℃时分别发生无定形态以及晶态转变;在室温下,受阻酚AO-60用量不小于50份的复合材料的损耗因子(tanδ)达到0.2以上,而不加受阻酚AO-60的NR胶料的tanδ仅为0.05;随着受阻酚AO-60用量的增大,复合材料的F_(max)-FL减小,t_(10)和t_(90)明显延长,拉伸强度和撕裂强度减小,受阻酚AO-60用量为50份的复合材料的回弹值最小。综合来看,受阻酚AO-60用量为50份的受阻酚AO-60/NR复合材料的性能最佳。

海水制革过程中牛皮微观结构变化及蓝湿革性能

采用海水代替工业水设计蓝湿革加工工艺,获得海水加工牛皮(HS)蓝湿革。以工业水加工的牛皮(GS)为对照组,考察各工序中HS的微观结构以及蓝湿革的热稳定性、感官性能和物理性能。结果表明,海水对浸灰工序的影响最大,HS灰皮中胶原纤维松散程度较低,主要是由于海水中氯化钠的存在抑制了裸皮的碱膨胀;HS蓝湿革中铬含量低于GS;HS蓝湿革的热稳定性、柔软度、透水汽性低于GS蓝湿革;但均能满足生产工艺的需求。同时,HS的纤维编织更为紧密,使得其抗张强度、撕裂强度和崩裂强度等力学性能均优于GS,且视密度和感官性能评价略高,体现出海水制革的优越性。

会展建筑钢结构防火与耐火性能优化策略研究

钢结构因其强度高、自重轻、施工速度快等优点,在会展建筑中得到了广泛应用。然而,钢结构材料在高温下会迅速失去承载能力,导致结构失效。因此,如何优化会展建筑钢结构的防火与耐火性能,确保在火灾情况下能够保持结构稳定,为人员疏散和消防救援赢得宝贵时间,是当前亟待解决的问题。

依托性能化设计方法的复杂建筑结构设计研究

某复杂高层连体建筑其主要构成部分为框架-剪力墙和连续式桁架。针对这种连续式桁架结构的选择优化展开研究,并根据完整的连续体模型,对其进行小震弹性评估、中震性能测试以及大震动态弹塑性评估。本文通过对连体建筑的核心议题进行深入研究,涉及主要构件与节点的布置、抗连续坍塌的能力,以及在强烈地震作用下建筑物的形态与受损状况。经过深入剖析,研究结果显示,复杂高层连体建筑架构布局适宜,主要构件与节点的布置已实现预期功能,同时具备抵抗连续坍塌的能力。

聚氨酯泡沫注浆修复材料泡孔结构特征及抗压性能研究进展

聚氨酯泡沫(PUF)注浆修复材料以轻质高强、快凝高膨胀等优势,在基础设施修复加固领域得到了广泛的应用。抗压性能是工程修复材料十分重要的力学指标之一,而材料的微观结构对其宏观力学行为有决定性影响。近年来,国内外专家学者对PUF注浆修复材料的微观结构特性和抗压性能进行了大量研究,但尚未见到系统性总结。本文介绍了PUF注浆修复材料的定义及反应过程,综述了其微观泡孔结构特性、压缩应力-应变关系和本构模型,从宏微观角度讨论了其变形和破坏机理,总结了密度、试件尺寸、应变率和特殊环境工况对压缩性能的影响机理及规律,最后展望了PUF注浆修复材料未来的研究方向。

三种木材纤维微细结构分析及制浆性能研究

制浆造纸企业纤维原料供应持续紧缺,如何拓宽原料来源渠道是造纸企业普遍关心的问题。为缓解造纸原料短缺的问题,采用柳树、美人梅、猕猴桃作为制浆造纸原料,分析三种木材原料的组分、纤维长度、宽度以及表面形态,解析纤维的红外结构、元素组成、结晶度、热稳定性。柳树、美人梅、猕猴桃纤维的长度范围分别为:0.1 mm~1.2 mm,0.1 mm~1.0 mm,0.1 mm~2.0 mm,平均宽度分别为16.5μm,15.7μm,25.1μm,长宽比分别为27.2,30.6,35.9猕猴桃纤维的长度范围、宽度和长宽比均优于柳树和美人梅,具有造纸的潜力。通过硫酸盐法蒸煮实验发现柳树、美人梅、猕猴桃三种木材具有较高的制浆得率,纸张物理性能良好,能够满足生产质量的要求,可以替代部分现有的纤维原料,以减轻造纸工业对木材原料需求的压力,缓解制浆造纸原料短缺的问题。

TATB基高聚物粘结炸药低温老化后的结构和热性能研究

将TATB基高聚物粘结炸药在 0 ,-10 ,-2 0 ,-30 ,-4 0℃的条件下贮存 12 0天 ,利用红外光谱测定其分子结构的特征 ,并利用真空安定性试验、热失重以及差热分析测定低温贮存前后的热稳定性 ,结果表明 :TATB基高聚物粘结炸药经低温贮存后分子结构没有发生改变 ,热稳定性较好 。

钢支撑-钢筋混凝土掉层框架结构抗震性能试验研究

为改善坡地钢筋混凝土(RC)掉层框架结构抗侧刚度分布的不均匀性,设计了一栋在上接地层设置钢支撑的RC掉层框架结构,按1/4比例提取其顺坡向中榀框架下部5层子结构为试验对象,开展钢支撑-RC掉层框架拟静力试验,观测试件的破坏过程,并对比RC掉层框架试验所得试件的破坏形态,分析试件滞回性能、延性和刚度退化等抗震性能指标。结果表明:试件的最终破坏是以第4层柱底混凝土压溃,梁端混凝土剥落、底部钢筋断裂,顶层柱顶混凝土剥落为标志。与RC掉层框架试验结果相比,钢支撑-RC掉层框架试件上接地柱的破坏明显减轻,柱端破坏分布也更为均匀,避免了掉层框架结构“半层破坏模式”的出现,改善了结构的耗能和抗地震倒塌能力。但试件上接地层相邻上一层的变形和破坏程度较大,应对该楼层的柱端进行适当的抗震加强;设置钢支撑后,试件的滞回曲线较为饱满,并具有良好的延性(正、负向加载的位移延性系数分别可达5.13、5.69),正负向加载的刚度退化曲线也趋于对称。

双金属MOFs碳化材料的结构对锂硫电池正极性能的影响

利用硝酸钴和铁氰化钾在水溶液中沉淀反应以及ZIF-8在水溶液中的部分分解,分别制备了2种组成相近但结构不同的双金属有机框架前驱体Co-Fe precursor和ZCF precursor。经过多巴胺包覆,对2种产品在氩气气氛下退火获得碳化产物。将碳化产物与纳米硫粉混合得到的碳/硫复合材料(E-CoFeCN@C/S、E-ZCF@C/S)分别作为正极,组装扣式锂硫电池并测试电化学性能。利用X射线衍射仪、扫描电子显微镜、透射电子显微镜、热重分析仪进行形貌和结构分析。在组成相似的情况下,核壳结构碳载体(E-CoFeCN@C)与发散式结构碳载体(E-ZCF@C)对锂硫电池性能的影响呈现出“此消彼长”的特点:E-ZCF@C/S在循环伏安测试中表现出更小的极化以及更强的电流响应,在电化学阻抗测试中表现出更低的电荷转移阻抗,表明该材料有利于促进正极电荷传递过程,即加快电极反应动力学。E-ZCF@C/S在0.2C倍率下放电初始比容量为1211.3mAh/g,在2C倍率下放电初始比容量为794mAh/g,均优于E-CoFeCN@C/S。而核壳结构的优势主要体现在容量衰减方面,E-CoFeCN@C/S在0.2C倍率下经过100次循环后平均衰减率为0.074%(E-ZCF@C/S为0.26%),在2C倍率下循环300次后平均衰减率为0.047%(E-ZCF@C/S为0.13%),说明核壳结构对活性物质的锚固作用明显而对电荷转移不利。

聚酯纤维泡沫混凝土力学性能及孔结构研究

纤维的掺加可有效地改善泡沫混凝土抗压强度低、脆性特征显著的缺陷,增强其工程适用性。本工作针对聚酯纤维对泡沫混凝土力学性能的改善开展试验研究,选定密度等级为700 kg/m3的泡沫混凝土,考虑不同纤维体积掺量(0.1%、0.2%、0.3%和0.4%)对其抗压强度、抗折强度、劈裂抗拉强度以及延性的影响。结果表明:纤维掺量为0.1%时,材料表现出较优的抗压和劈裂抗拉性能,28 d强度分别增加了86.4%和91.3%;纤维掺量为0.2%时,材料表现出较优的抗折性能,28 d抗折强度提升了39.1%。试样破坏形态和应力-应变曲线表明,聚酯纤维可有效地提升泡沫混凝土的延性。最后,运用图像分析处理法分别获得了五组试件的孔结构参数,从细观孔结构的角度讨论了聚酯纤维对泡沫混凝土抗压强度的影响机理。

基于高聚物模板的纳滤膜制备及性能研究

研究了水相水溶性高聚物性质对膜性能的影响。实验表明,高聚物亲水性能够有效的调控膜性能。当水相中添加戊二醛(GA)与聚乙烯醇(PVA)时,随着GA添加量的增加,PVA与GA交联度增加,PVA高聚物亲水性下降,水相涂覆后的膜表面接触角增大,经此水相界面聚合后膜性能恶化;当水相中添加0.01%单宁酸(TA)与0.1%PVA时,水相涂覆后的膜表面水接触角为32°,且此时膜性能最佳,水通量达65 L/(m^(2)·h),脱盐率达99.1%;当TA继续添加时,其与PVA之间的过量物理交联出现的溶出物导致膜性能下降;SEM及AFM均表明亲水性高聚物网络能够促使膜表面生成致密的条纹结构,并经XPS测试表明,致密的条纹结构有利于分离层交联度的提高,能够有效的提升膜性能。

Lyocell纤维原纤化结构与性能分析

为研究原纤化对Lyocell纤维性能和结构的影响,对Lyocell G100和Lyocell LF两种纤维原纤化前后的纵向结构、成分、晶态结构、热学性能、膨胀性能、拉伸性能、导电性能、吸湿性能进行了测试与分析。结果表明:纤维原纤化后,纵向表面产生了细小分支,Lyocell G100较Lyocell LF明显;原纤化纤维在3330 cm^(-1)附近的吸收峰值增大,—OH基团含量增加,Lyocell G100纤维变化更为显著;原纤化纤维的结晶度、取向度都有所降低,纤维的热稳定性降低。原纤化纤维的湿膨胀率、回潮率均比未原纤化的大,尤其是原纤化程度高的Lyocell G100变化明显。原纤化纤维断裂强度和断裂伸长率都有所下降,Lyocell G100纤维下降的幅度较Lyocell LF纤维大;原纤化纤维的质量比电阻明显降低,导电性增强。

考虑结构空间约束的现浇楼盖梁跨中受弯性能试验

为研究结构空间约束导致现浇钢筋混凝土楼盖梁跨中受弯承载力超强的机制,以楼盖梁在结构中的空间位置和配筋率为变量,设计12根上部架立筋不伸入支座的楼盖梁试件并开展跨中受弯静力试验,并基于建立经典混凝土理论的试验方法进行了4根简支梁对比试验。对梁试件破坏形态、承载力、变形能力、轴向伸长进行研究,结果表明:楼盖梁试件承载力与按受弯构件计算承载力之比为1.57~2.77,与相应矩形简支梁试件和T形简支梁试件承载力相比均有较大提高,超强程度与配筋率成反比;与简支梁试件相比,楼盖梁试件跨中截面破坏形态未因轴压力而发生显著改变,但楼盖梁试件延性降低;楼盖梁试件轴向伸长随挠度的增大而增大。将楼盖梁视为压弯构件,提出根据楼盖梁试验峰值荷载确定相应轴力和弯矩的方法。计算结果表明,楼盖梁试件跨中截面压弯状态弯矩与受弯状态弯矩的比值为1.28~2.19。楼盖梁试件有限元数值模拟结果表明,随着楼盖梁截面包含的楼板范围增大,轴力沿梁跨分布趋于均匀。

高光泽喷墨打印纸的涂层结构及其性能比较研究

以三种市售喷墨打印纸为研究对象,分别以样品A、样品B、样品C表示,其中样品A和样品C为国内产品阿博特和佳艺,样品B为国外产品古楼.研究确定了三种样品涂层的结构组成,并分析三种样品涂层的表面性能,这有助于了解市场上喷墨打印纸的产品性能现状,对影响喷墨打印纸涂层性能的各因素的研究具有指导意义.采用AFM和SEM观察三种样品涂层表面形貌,发现样品A和样品B的涂层颜料颗粒分散均匀性良好,样品C涂层颜料颗粒聚集,分散均匀性较差;截面SEM和EDS分析结果表明:只有样品B涂层具有双层结构,其中,底层为铝基颜料和硅基颜料,面层只有铝基颜料,样品A和样品C的涂层均为单层铝基材料.对三种样品涂层表面的性能进行分析,结果表明:三种样品的基础性能都符合产品质量标准,其中,样品B的涂层具有最高的光泽度(74.30%),硬度(3H)和耐水性,在吸墨性上样品B涂层的吸墨性(64.7%)高于样品C(57.9%),略低于样品A(69.2%),样品B在三种样品中综合性能最优异.最后,提出一种提高喷墨打印纸性能的双层涂布工艺方案,这为提高喷墨打印纸性能提供了方向,对高级喷墨打印纸的研究具有实际意义.