碳纳米管-银-石墨复合材料的电磨损性能

采用粉末冶金工艺制备碳纳米管—银—石墨复合材料,初压压力200 MPa,在H_2保护气氛下烧结并保温1h,复压压力400 MPa制得复合材料,研究电流密度(0～25 A/cm^2)对碳纳米管—银—石墨复合材料摩擦磨损性能的影响。结果表明：随着电流密度的增大,电磨损过程中的发热量增大,粘着磨损加剧,润滑膜遭到破坏,导致复合材料的摩擦因数、磨损量增大。比较正、负极电刷磨损量发现,接触表面理化反应和金属转移的存在,导致正刷磨损量大于负刷磨损量：正刷磨损量随电流密度增大而成倍增长,负刷磨损量与电流密度关系不明显,电流密度越大磨损极性的差异越明显。

电流对碳纳米管-银-石墨复合材料摩擦磨损性能的影响

采用粉末冶金方法制备了碳纳米管-银-石墨复合材料,研究了复合材料在机械磨损和带电磨损2种状态下的摩擦磨损性能及接触电压降的变化情况.结果表明,复合材料在带电磨损条件下的摩擦系数和磨损体积损失均比不带电条件下的大.这是由于外加电场不利于保持摩擦副接触表面在摩擦热等作用下形成润滑膜的均匀性和完整性所致.此外,在带电磨损条件下,阳极的磨损体积损失比阴极的大.其原因在于,摩擦副接触表面润滑膜中的水在电场作用下发生离解,在正刷侧释放出活性氧,活性氧与电刷表层中的碳或金属发生氧化反应,从而使得磨损加剧.

外加载荷对碳纳米管-银-石墨复合材料电磨损性能的影响

研究了压力变化对碳纳米管银石墨复合材料纯机械磨损和电磨损性能的影响。结果表明:在纯机械磨损条件下,随着压力的增加,复合材料的磨损体积线性增加;在电磨损条件下,复合材料的磨损体积与压力成U型变化;当压力过小时,由于电气磨损量大以及电刷跳动产生的火花磨损,导致复合材料的电磨损体积较大;当压力过大时,破坏了电刷和换向器之间形成的润滑膜,产生严重的犁削和粘着磨损,使复合材料的电磨损体积急剧增大;复合材料的电磨损体积与电刷的极性有关,正刷的磨损体积大于负刷的磨损体积;随着压力的增大,复合材料的摩擦系数也随之增大,且在相同条件下,电磨损时的摩擦系数大于纯机械磨损时的摩擦系数;碳纳米管的加入可以提高复合材料的抗电磨损性能。

圆周速度对碳纳米管-银-石墨复合材料接触电压降的影响

采用粉末冶金方法制备碳纳米管-银-石墨复合材料,研究圆周速度对复合材料接触电压降的影响。结果表明,当压力一定时,随着圆周速度的增大,复合材料的接触电压降略有增加,而圆周速度增大到一定值后,接触电压降急剧增加并伴有火花磨损出现。压力较小时(1N/cm2)圆周速度为7.5m/s时就出现电火花,压力较大时(2.5N/cm2)圆周速度为15m/s出现电火花。在圆周速度不变的条件下,接触电压降先升后降最后趋于稳定。

压力对碳纳米管-银-石墨复合材料接触电压降的影响

采用粉末冶金法制备碳纳米管-银-石墨复合材料电接触材料,在带电状态下(10A/cm2),研究了压力对碳纳米管-银-石墨复合材料接触电压降的影响,结果表明:当压力较小时(10N/cm2,5N/cm2),由于电刷的跳动产生火花,导致复合材料接触电压降较大;随压力增加,复合材料电刷和换向器的实际接触面积增大,接触电阻减小,电刷的接触电压降下降;由于碳纳米管的研磨作用,阻止了润滑膜随磨损时间延长而增厚,使电刷的接触电压降维持在一个较稳定的数值上。

滑动速度对碳纳米管-银-石墨复合材料电磨损性能的影响

采用粉末冶金法制备了碳纳米管-银-石墨复合材料,研究了圆周速度对复合材料摩擦系数、磨损量的影响。结果表明,当压力一定时,随着速度的加快,机械磨损的摩擦系数减小,而电磨损的摩擦系数增大;复合材料的电磨损量远远大于机械磨损的磨损量,电磨损时磨损量在V=10m/s处出现最小值,而机械磨损的磨损量随速度的加快而减小。

TEOS-GO掺杂的银基离子聚合物金属复合材料的制备及其致动性能

离子聚合物金属复合材料(IPMC)是一种新型的电驱动软材料,具有质量轻、驱动电压低的优点,但也存在输出力较小、驱动时间短的缺点,限制了其应用前景。提出了一种在基膜内掺杂硅酸乙酯-氧化石墨烯(TEOS-GO)以提高保水性和驱动能力的银基IPMC,通过对纯Nafion IPMC与TEOS-GO/Nafion IPMC致动器的含水量、尖端位移、输出力和稳定性等参数的测试,证实优化后IPMC的驱动性能有明显的提升。实验结果表明,掺杂质量分数1.5%TEOS-GO的IPMC在3 V直流电压下,尖端位移达到16.579 mm,相当于纯Nafion IPMC的3.37倍;输出力最高达到0.439 gf(1 gf=9.8 mN),是纯Nafion IPMC的5倍。这种改进方式弥补了IPMC用于致动器的缺点,为今后的发展开拓了前景。

测试温度对石墨和碳-碳复合材料的微观组织及摩擦磨损性能的影响

碳-碳(C-C)复合材料是一种在高温下具有优异机械性能和耐磨特性的材料,已被广泛应用于航空发动机的密封结构。相较于石墨,C-C复合材料在高温环境下可表现出更卓越的耐磨能力。本文通过化学气相渗透和前驱体热解渗透法制备的C-C复合材料可展现出良好的摩擦磨损性能。本研究制备了C-C复合材料与石墨2种试样,并在25~450℃对它们的摩擦磨损性能进行了测试。结果表明:随着测试温度的升高,C-C复合材料的磨损量呈先上升后下降的趋势,而石墨的磨损量逐渐增大;并且C-C复合材料的摩擦系数先减小后增大再减小,而石墨的摩擦系数整体呈增大趋势。在250℃时,C-C复合材料的平均磨损率达到最大,其值为12×10^(-5)g·s^(-1),石墨的平均磨损率为15×10^(-5)g·s^(-1)。在450℃时,C-C复合材料的平均磨损率仅为5×10^(-5)g·s^(-1),石墨的平均磨损率为34×10^(-5)g·s^(-1),此条件下C-C复合材料的平均磨损率比石墨降低了近7倍,呈现了其显著的耐磨效果。

基于分子动力学模拟的铜-石墨烯复合材料耐烧蚀性能提升方法

直线推进机构的轨道因滑动电弧烧蚀严重易导致发射失败,研究新的耐烧蚀金属材料是提高发射效率的关键,目前鲜有性能优异的铜-石墨烯复合材料(CuGr)在极端工况下滑动电弧烧蚀的研究。该文对石墨烯层叠式分布CuGr模型进行分子动力学模拟,揭示模拟烧蚀中模型表层温度和材料微观结构的演变规律,并提出石墨烯在材料中合适的掺杂方式。结果表明:石墨烯质量分数越高,层数越少,CuGr导热性能越好。石墨烯能有效的减少轰击最大侵入距离。基体中石墨烯也可阻挡位错深入,不引起反尺寸效应时石墨烯层数越多,质量分数越大,应变残留深度越小。石墨烯可以降低最终侵蚀坑的深度和减少基体材料的质量损失,CuGr模型的侵蚀坑深度类似,质量损失方面各模型相差较小但随着层数增加呈现减小趋势,且都优于Cu模型。综合对比模拟结果,效果最优的是石墨烯6层分布Cu Gr1%。上述结果可揭示铜-石墨烯复合材料耐烧蚀作用规律和微观机理,为制备耐烧蚀性能更高的CuGr材料提供理论依据和技术支持。

CVD合成三维石墨烯-铜复合材料及其超高导电性(英文)

石墨烯-铜复合材料具有广阔的应用前景。然而,具有超高导电性的石墨烯-铜复合材料仍未成功开发和应用。本研究利用铜粉烧结内部形成三维微孔,并通过化学气相沉积(CVD)法合成石墨烯-铜异质结构。将其挤压成直径为4 mm的铜-石墨烯复合线材,测量了其在室温和高温下的电导率,获得了导电率(101.0%IACS)高于国际退火铜(100%IACS)的铜-石墨烯复合材料,且石墨烯-铜复合导线的高温载流量比纯铜线高5.45%。本研究为获得超高导电性铜基复合材料提供了新的思路。

不同载荷下镀镍石墨-铜基复合材料的载流摩擦性能

首先采用化学镀的方法在石墨表面镀Ni,随后采用快速热压方法制备10 mass%镀Ni石墨-铜基复合材料。在不同载荷下对复合材料开展了载流摩擦实验,采用扫描电镜观察了复合材料的磨损表面形貌,进而从磨损表面形貌特征分析其损伤机制。结果表明:在石墨表面成功镀覆了致密且均匀的Ni金属层,化学镀镍有效改善了石墨和铜之间的润湿性;镀镍石墨-铜基复合材料的相组成为石墨和铜基体两相,石墨在铜基体中呈弥散分布,未形成连续网状结构;随载荷的增加,复合材料的摩擦系数逐渐降低,磨痕宽度和磨损率逐渐升高,载流效率和载流稳定性逐渐下降;在低载荷下(20和40 N),复合材料的损伤机制以显微切削为主;随着载荷的增加(60和80 N),电侵蚀加剧,成为主要的损伤机制。

热震对银-铝复合材料组织和性能的影响

采用电镀的方法在铝合金表面制备银镀层,对银-铝复合材料试样进行热震试验。利用金相显微镜、显微硬度计研究热震试验对材料形貌及力学性能的影响。结果表明,热震试验保温时间30 min后,相较于未热震试验的硬度无明显变化,随着保温时间的延长,铝基体和银镀层硬度大幅降低;且加热后空冷银镀层的硬度略高于水冷银镀层的硬度;同时,热震试验190℃、30 min后基体晶粒细化,而热震试验190℃、2 h后晶粒有长大趋势。

基于Au-g-C_(3)N_(4)NS纳米复合材料的分子印迹电化学发光传感器检测叶酸

近年来,作为一种新型的二维半导体纳米材料,石墨相氮化碳纳米薄片(g-C_(3)N_(4)NS)因其优异的电化学发光(ECL)性能和良好的成膜特性在ECL传感领域备受关注。然而,g-C_(3)N_(4)NS在较高的工作电压下产生的ECL信号不稳定,而金纳米粒子(Au NPs)的引入可明显改善其发光稳定性.基于这个特点,采用原位生长法将Au NPs引入g-C_(3)N_(4)NS中,制备了一种金-石墨相氮化碳纳米复合材料(Au-g-C_(3)N_(4)NS),以其作为ECL物质固定在电极上.同时,引入具有专一识别能力的分子印迹聚合物(MIP),构建了一种检测叶酸(FA)的分子印迹-电化学发光(MIP-ECL)传感器.该传感器对FA表现出良好的选择性和灵敏响应,在优化的条件下,信号变化与FA物质的量浓度在1.0×10^(-10)~1.0×10^(-3) mol·L^(-1)的范围内呈良好的线性关系,检出限(LOD)达到0.07 nmol·L^(-1).并且探讨了检测机理,考察了传感器的稳定性和重现性,将传感器用于实际样品中FA的检测,获得满意结果.

表面功能化多壁碳纳米管改性玻纤增强树脂基复合材料的拉-拉疲劳性能研究

通过拉-拉疲劳试验,研究了表面功能化多壁碳纳米管(MWCNTs)对玻璃纤维增强树脂基复合材料疲劳性能的影响,基于试验数据选择了可线性化的指数函数和幂函数的S-N曲线模型分别对复合材料的疲劳寿命进行量化分析。研究结果表明:氨基化MWCNTs(MWCNTs-NH_(2))改性环氧树脂试件的疲劳性能优于羧基化MWCNTs(MWCNTs-COOH)改性环氧树脂试件的疲劳性能;而MWCNTs-COOH改性不饱和聚酯树脂试件的疲劳性能优于MWCNTs-NH_(2)改性不饱和聚酯树脂试件的疲劳性能。当MWCNTs-NH_(2)和MWCNTs-COOH的含量均为0.2wt%时,改性后复合材料的疲劳性能达到最佳。幂函数线性拟合结果比指数函数线性拟合结果的相关系数高,拟合精度更准确,且该模型的复合材料疲劳寿命预测结果与试验结果也较为吻合。

三维石墨烯-碳纳米管对超高性能混凝土机敏性能的影响

本工作探索了掺加三维石墨烯-碳纳米管(Graphene-CNT,GC)的超高性能混凝土(Ultra-high performance concrete, UHPC)复合材料的机敏性能,基于四电极法分析了不同GC掺量、加载幅度、加载速度、温度和含水率对UHPC的电阻率变化规律的影响。研究结果表明:GC掺量对UHPC的28 d抗压强度影响不大;UHPC电阻率随着GC掺量的增加逐步降低,含有2.0%(质量分数,下同)GC的UHPC电阻率较R组下降了55.1%;UHPC试件电阻率随内部相对含水率的增加而降低,且二者存在线性关系;UHPC的电阻率随温度的升高而降低,电阻率的自然对数与绝对温度的倒数呈线性关系;UHPC电阻率变化率幅值随着加载幅度增大而增加,表现出良好的压敏特性,1.2%GC掺量下UHPC试件的压缩应力和应变灵敏系数分别达到0.2%/MPa和85.2。

碳纳米管复合材料结合分散固相萃取-高效液相色谱-串联质谱法检测环境水样中痕量全氟化合物

以碳纳米管-二氧化硅棒复合材料为吸附剂,基于分散固相萃取法和液相色谱-串联质谱法建立了一种高灵敏、快速分析环境水样中痕量全氟化合物(PFCs)的方法。该研究选择全氟己烷磺酸、全氟庚酸、全氟辛酸、全氟辛烷磺酸、全氟壬酸和全氟癸酸6种全氟化合物为目标分析物。采用单因素优化法对影响萃取效果的重要因素进行了优化。获得的最佳条件为:吸附时间为30 min、吸附剂用量为10 mg、样品溶液pH为6、萃取过程添加NaCl浓度为1.7 mol/L、解吸溶剂为丙酮、解吸时间为4 min、解吸液的体积为4 mL。采用高效液相色谱-三重四极杆质谱联用技术对水样品中全氟化合物进行定量分析。以5 mmol/L乙酸铵和甲醇为流动相进行梯度洗脱,经Kinetex C18色谱柱(100 mm×2.1 mm, 1.7μm)分离,采用电喷雾离子源、负离子扫描模式和质谱多反应监测,实现了环境水样中6种全氟化合物的快速定性和定量分析。在优化条件下,6种全氟化合物在各自的线性范围内线性关系良好,检出限(S/N=3)为0.10~0.26 ng/L。添加500 ng/L 6种PFCs进行重复性实验,日内相对标准偏差(RSD)为2.51%~7.48%,日间RSD为3.59%~9.63%。将方法应用于自来水、桶装饮用水和河水3种实际环境水样中全氟化合物的分析,在低、中、高3个水平下,6种全氟化合物的加标回收率为72.1%~109.6%,结果满意。本方法成功地应用于实际环境水样中全氟化合物的检测,为快速、有效地检测环境水样中痕量全氟化合物提供了良好的选择。

基体配比对VIHPS制备GO-CF/EP复合材料微观组织与形状记忆性能的影响

碳纤维混杂增强复合材料由于具有重量轻、可设计性强等诸多优点,广泛用于汽车、海洋、航空航天等行业.根据固化剂与环氧树脂的配比化学原理,计算出石墨烯-碳纤维混杂增强树脂基(GO-CF/EP)复合材料的最佳配比为1∶5,并采用真空浸渗热压成型工艺(VIHPS)制备1∶2~1∶7共六个配比的试样,结合形状记忆性能测试及微观形貌的观察,得到固化剂与环氧树脂实际最佳配比.实验结果表明,GO-CF/EP复合材料性能主要取决于体系中交联度的大小,交联度越大,复合材料的形状记忆性能越好,微观组织形貌也较理想.当基体配比为1∶5时,GO-CF/EP复合材料体系中交联度最大,微观形貌呈现均匀致密的状态,形状固定率最大,为95.90%;形状回复率最大,为95.40%;形状回复时间最短,为80.30 s;形状回复力最大,为9.48 N.当基体配比为1∶2或1∶7时,固化剂过量或不足,交联度较小,微观组织形貌中有大量的基体聚集区,其形状记忆性能下降,形状固定率及回复率也相应减小,分别为82.99%,81.66%,81.91%,78.75%;形状回复力分别只有5.20 N和5.50 N.

银-石墨烯纳米复合材料的制备与表征

以绿色无毒的柠檬酸三钠为还原剂,通过水浴加热还原氧化石墨和银氨溶液中的银离子制备银-石墨烯纳米复合材料。利用紫外-可见吸收光谱、傅里叶变换红外光谱、显微拉曼光谱、透射电子显微镜对所制备的样品进行表征。结果表明:氧化石墨和银离子在反应过程中被柠檬酸三钠成功同步还原,银纳米粒子均匀附着在石墨烯片层上,平均尺寸约20nm,用柠檬酸三钠为还原剂制备的银-石墨烯复合材料的拉曼光谱D峰和G峰的强度比值(ID/IG)高达1.67,还原程度高。

基于碳纳米管/石墨烯界面修饰的碳纤维增强复合材料中力-电耦合关系探究

碳纤维和树脂基体的界面性能直接决定了复合材料的应用表现。通过电化学沉积法将碳纳米管和石墨烯接枝在碳纤维表面,模拟生物体的神经网络结构形成多尺度的三维碳材料网络。随后对碳纤维复合层压板的力学和电学性能进行测试,研究发现,改性后的界面增强了碳材料与树脂基材的接触面积,有效提高了碳纤维和树脂间的界面结合力。此外,复合材料的电阻随着碳纳米管/石墨烯质量分数的增加而不断减小,并且拉伸后复合材料的电阻率比拉伸前增大,表明层压板的电阻与其表面结构存在直接关系。该研究为拓展酚醛树脂复合材料的功能化和力-电耦合应用领域提供了新思路。

电流密度对镀铜石墨-铜复合材料载流摩擦磨损性能的影响

本文基于MZL-200H型高速载流摩擦磨损试验机,研究了电流强度变化对镀铜石墨-铜复合材料摩擦学性能的影响规律,通过磨损表面分析,揭示复合材料的损伤机制。研究表明:采用化学镀可以有效改善石墨与铜基体的界面接触能力,表现出石墨相没有出现团聚现象,而是均匀分布在相互连通的连续铜基体中;复合材料的摩擦因数和磨损率相比纯铜有明显的降低,其中摩擦因数随电流的增加而降低,磨损率随电流的增加而升高;随着电流的增大,磨损表面出现大量的电弧烧蚀坑,且坑内还附着一层密集细小的熔融重凝的铜颗粒,磨痕的宽度和深度有明显的提升;复合材料的损伤机制主要以熔融和电弧侵蚀为主,同时伴随磨粒磨损,黏着磨损和氧化磨损。