烧结温度对碳聚合物点/铜复合材料显微组织与性能的影响

以碳聚合物点(carbonized polymer dot,CPD)作为铜的增强体,采用粉末冶金法制备碳聚合物点/铜复合材料,分析和测试不同烧结温度(350~750℃)下CPD/Cu复合材料的致密度、硬度、拉伸性能与耐磨性能。结果表明:CPD在铜基体中均匀分散,并且CPD壳体网络中的非晶碳有利于CPD与铜基体形成良好的界面结合,CPD/Cu复合材料的致密化程度高,相对密度达到95%以上。CPD/Cu复合材料的力学性能和摩擦磨损性能均明显高于纯Cu。随烧结温度升高,CPD/Cu复合材料的致密度、硬度、抗拉强度先升高后降低,在550℃烧结的复合材料具有最佳的综合性能,硬度(HV)比Cu提高49.4、抗拉强度(334.0 MPa)比纯Cu提高约25.6%,体积磨损率为17.67×10^(−12) m^(3)/m。

碳纤维增强聚合物复合材料水导激光切割损伤机理研究

碳纤维增强聚合物(CFRP)复合材料在水导激光加工后,切缝表面和横截面存在热损伤,这些损伤是影响材料力学性能、降低材料服役性能的重要因素。针对该问题,采用试验方法分析了加工参数对沟槽几何形貌和表面形貌的影响规律,研究了沟槽表面和横截面的热损伤形成机理。研究结果表明:高激光功率、低脉冲频率和低切割速度可有效增大沟槽深度;激光与材料的相互作用和水射流的冲刷作用是形成沟槽表面热损伤的主要原因。在2 mm厚CFRP切割试验中发现:横截面热影响区宽度与纤维排布方向有关,0°碳纤维热影响区宽度最大,45°和135°碳纤维热影响区宽度次之且宽度相近,90°碳纤维热影响宽度最小;另外,提高水射流速度有利于抑制热影响区的扩展,水射流速度由80 m/s提高至120 m/s,最大热影响宽度缩小35.7%。

氮气环境下NBG-18核石墨表面类聚合物碳涂层的摩擦学性能研究

高温气冷堆中球形燃料元件在往复循环流通过程中存在摩擦磨损问题。采用高能量离子束沉积(Ion Beam Deposition,IBD)镀膜工艺在NBG-18核石墨表面沉积类聚合物碳(Polymer Like Carbon,PLC)涂层,以提升其表面力学与摩擦学性能。镀膜后纳米压痕测试NBG-18核石墨的硬度从0.44 GPa提高到4.16 GPa,提高845%;弹性模量从9.00 GPa提高到27.21 GPa,提高202%;在载荷2 N、滑动频率5 Hz的氮气环境下,TRB~3摩擦磨损试验机测试其摩擦系数(Coefficient of Friction,COF)从0.335 7降至0.006 5,降低98%;三维白光干涉仪表征其磨损率从3.71×10^(-3) mm^(3)·(N·m)^(-1)降至1.81×10^(-6) mm^(3)·(N·m)^(-1),降低3个数量级。摩擦诱导PLC涂层石墨化与惰性环境高含氢表面钝化悬挂碳键是实现核石墨超滑的主要机制,可为核石墨表面改性润滑技术发展提供重要的理论支持。

一步法合成固态荧光氮掺杂碳化聚合物点及多色LEDs的构建

以柠檬酸、尿素和丙烯腈为原料,乙醇为溶剂,通过一步溶剂热法制备了氮掺杂碳化聚合物点(NCPDs),其粒径分布范围约为12~22 nm.NCPDs粉末不仅可发射黄色荧光(λem=570 nm),而且荧光强度和发射峰位置具有显著的浓度依赖性.将NCPDs分散在硅溶胶中制备成NCPDs质量分数为0.15%~45%的NCPDs/硅溶胶复合薄膜,该复合材料的固态荧光发射波长随NCPDs的浓度增加逐渐从蓝色红移至红色(453~638 nm),且具有良好的稳定性.将NCPDs应用于发光二极管(LEDs),可构建蓝光到红光的多色LEDs.此外,NCPDs优异的固态荧光性能使其在指纹识别领域展示出潜在的应用前景,因此评估了其在指纹识别中的适用性.

荷电可调性碳化聚合物点的合成、性能及其对槲皮素的响应研究

以海藻酸钠(SA)为碳源,引入邻苯二胺(oPDA)为助剂,采用一步水热合成法制备新型的氮掺杂碳化聚合物点SA-oPDA CPDs。该CPDs溶液在352nm波长激发下,于462nm处有蓝绿色荧光发射信号,stokes shift可达到110nm,并显示出良好的光稳定性和激发波长不依赖性,荧光量子产率为16.9%。碳化聚合物点保留有海藻酸钠聚合链的特征,通过静电吸附组装技术,与壳聚糖形成复合发光薄膜,具有发光器件可应用潜力。该碳点水溶液对pH值极具敏感性,随着溶液环境由酸性变化到碱性,荧光强度增加的同时伴随着荧光发射峰位置从465nm蓝移突变至425nm,相应碳点的表面荷电状态由正电荷变化为负电荷。结构和形貌表征,在高温碳化过程中,该碳点内部形成碳化发光中心,外层表面共存来源于邻苯二胺和海藻酸钠的胺基和羧基。在溶液环境中,碳点的带电状态随溶液pH值的变化而变化,出现类似两性电解质的荷电性质,并在pH 6~7存在等电点。这可能是由于碳点表面羧基的解离和胺基的质子化的共同作用,并导致溶液表现出发光可调性。CPDs在pH 6.80的溶液环境下与铅离子结合后,溶液发射的荧光从蓝色变化为蓝绿色,可实现对一定浓度铅离子的明显可视化响应。研究表明还原性的药物对该碳点荧光信号有明显的猝灭效应。槲皮素对碳点的荧光猝灭程度在7.9×10^(-6)~7.7×10^(-5)mol·L^(-1)浓度范围内,可呈现方程为I0/I=0.8788+1.6897×10^(-6)cQue的线性响应,相关系数r^(2)=0.9748,检出限LOD=1.7×10^(-6)mol·L^(-1)。

基于三维细观随机模型的碳纳米颗粒/聚合物力电响应模拟

针对碳纳米颗粒聚合物内部导电颗粒随机分布且结构复杂的特点,本研究提出一种结合细观有限元分析与材料微观等效电路电阻计算的方法,对其力电响应行为进行模拟。首先,借助ABAQUS二次开发及改进型最近距离算法,建立碳纳米颗粒聚合物材料的代表性体积单元模型,通过有限元分析得到不同加载条件下相邻导电聚集体的间距变化。其次,通过转换矩阵法及隧穿电阻公式,对该复合材料所简化的随机电阻网络进行等效电阻的计算。最终以相邻导电聚集体间距为纽带,将导电聚合物电阻与全局应力相关联,得到其力电响应曲线。为验证该方法的有效性,以CB3100/硅橡胶材料为例,分别计算了不同轴向压缩应力下导电复合材料的电阻,并与文献中的数据进行对比。结果表明,该方法不仅能够有效模拟碳纳米颗粒聚合物的力电响应,且从细观尺度揭示了其应变传感机制。

碳纤维增强聚合物中的碳纤维回收技术研究综述

在环境和经济的双重推动下,采用高效可持续的策略从碳纤维增强聚合物废弃物中回收碳纤维,并将其再利用于高附加值的应用正逐渐成为一个新兴趋势。该文深入探讨了碳纤维再利用的机械、化学和热回收技术的最新研究进展,分析了在碳纤维增强聚合物中回收碳纤维的关键工艺与效果。同时,提出了碳纤维回收方法当前面临的问题以及未来研究方向,为碳纤维的可持续发展和环保利用提供了重要的参考和启示。

碳纤维聚合物筋约束钢纤维混凝土柱双轴弯曲性能研究

为研究碳纤维增强聚合物(carbon fiber reinforced polymer,CFRP)加固对钢筋混凝土柱力学行为的影响,开展了双轴弯曲载荷下CFRP约束素混凝土柱和钢纤维混凝土细长柱压弯性能试验,探究钢纤维掺量、CFRP层数以及载荷偏心距对柱试件抗弯特性的影响。试验结果表明,与参照组(无CFRP)相比,CFRP的环箍作用显著提高了钢筋混凝土柱强度、延性以及抗变形能力。同时,还提出了一种在轴向载荷和双向弯曲作用下适合CFRP约束钢筋混凝土细长柱的数值计算方法,该方法引入了约束混凝土的双折线本构模型以及钢筋、CFRP的应力应变模型,对CFRP约束钢筋混凝土柱结构性能进行预测,计算结果与实测值均吻合较好。

碳纤维增强聚合物在桥梁工程中的应用

碳纤维增强复合材料在桥梁工程领域具有重要的应用前景。该文介绍了碳纤维增强材料在桥梁中的高强度、轻质化、耐久性和抗腐蚀性等方面的优势,概述了碳纤维增强材料在斜拉桥拉索、桥梁梁板、桥墩和桥梁加固等桥梁中的应用,指出碳纤维增强材料有望实现桥梁工程向更安全、更耐久和更可持续方向应用与发展。

一步法制备对Fe^(3+)具有高灵敏度的钨掺杂碳聚合物点

碳化聚合物点(CPD)由于其出色的选择性和敏感性,在过去10年中引起了很多人的关注。在这项研究中,首次使用一种简单的水热技术将钨掺入CPD(W-CPD)。W-CPD的激发/发射最大值为365/454 nm,发射与激发无关,表现出蓝色荧光,其平均颗粒直径为2.34 nm。由于Fe^(3+)和W-CPD之间存在动态淬灭关系,Fe^(3+)含量与W-CPD荧光强度之间存在良好的线性关系检出限(LOD)为0.02μM。并且这项技术能够快速检测饮用水中的Fe^(3+),预计将降低人类摄入Fe^(3+)的风险。

碳化聚合物点发光主体的探究

以聚丙烯酸和乙二胺为原料,通过水热法合成了碳化聚合物点(CPDs),利用荧光光谱、X射线光电子能谱和时间相关单光子计数等手段对3种不同碳化温度下形成的CPDs进行表征;采用375 nm的紫外光对200℃下合成的CPDs进行光漂白,分析了CPDs漂白前后的荧光寿命以及基团的变化,探究了该CPDs的发光机理,确定该CPDs具有碳核态和分子态共同控制的双发光中心.

等离子体沉积碳氟聚合物薄膜的纳米摩擦性能研究

利用原子力显微镜研究了感应等离子体刻蚀加工过程中单晶硅表面形成的不同厚度的碳氟聚合物薄膜的纳米摩擦特性,并针对几种不同的摩擦模式探讨了原子力显微镜探针在不同厚度的碳氟聚合物薄膜表面的摩擦行为.结果表明,同硅基体相比,聚合物薄膜的摩擦力信号明显较弱,薄膜的纳米摩擦特性同其厚度密切相关;碳氟聚合物薄膜在同Si3N4针尖接触过程中可向针尖表面转移,从而对针尖起修饰作用,以减轻微观摩擦磨损.

碳纤维增强地聚合物混凝土的SHPB试验研究

以矿渣与粉煤灰制备了碳纤维增强地聚合物混凝土(carbon fiber reinforced geopolymeric concrete,CFRGC);采用100分离式霍普金森压杆(SHPB)试验装置,研究了不同碳纤维掺量的CFRGC在不同应变率下的冲击压缩强度与能量吸收的应变率效应,以及碳纤维掺量对CFRGC强度与吸能特性的影响;改进了波形整形技术,以满足恒应变加载的要求.结果表明:厚度为1mm,直径分别为20,22,25,27,30mm的H62黄铜波形整形器可以较好地实现SHPB试验过程中的恒应变率加载,且试验结果可靠;CFRGC属于应变率敏感材料,其冲击压缩强度与能量吸收特性均表现出近似的应变率线性相关性,强度的应变率敏感值为47.8s-1;碳纤维对地聚合物混凝土的强度特性具有良好的改善效果,且该效果随着平均应变率的增加而增强;碳纤维的相对最佳掺量为0.2%(体积分数).

碳纤维增强聚合物基复合材料修补空心柱体结构的屈曲分析

采用有限元数值方法和解析方法研究了碳纤维增强聚合物基复合材料(CFRP)加固含损伤空心柱体钢结构在压缩载荷作用下的屈曲问题。通过有限元数值仿真对受轴向压缩载荷的含损伤钢结构进行了纤维增强复合材料的模拟修复,采用八节点复合材料板壳单元模拟复合材料补片结构,考虑理想黏结,通过约束方程建立了CFRP加固含损伤空心柱体钢结构屈曲分析的有限元模型,计算了钢结构的屈曲临界载荷,并与基于能量原理推导的CFRP加固受轴向压缩载荷空心柱体屈曲载荷的理论公式做了比较。参数讨论表明,粘贴CFRP对提高受压结构载荷效果显著;通过改善CFRP层参数可提高结构的临界载荷,增强修补效果;有限元法结果与解析公式计算结果比较吻合。

碳纤维增强聚合物基复合材料自诊断性能研究

对碳纤维增强不饱和聚酯树脂复合材料在拉伸、弯曲条件下电阻率与应变的变化关系进行了研究 ,对测试结果进行了数理分析 ,确定了相应的数学经验公式 ;由此研制出一类可通过电阻率变化对相应复合材料应力状况进行自诊断的复合材料。

一种新型厌水性碳氟聚合物薄膜的制备

利用ICP-CVD工艺制备出一种新型厌水性碳氟聚合物薄膜,并给出了制备薄膜的工艺参数。通过观测该薄膜的表面形貌和它与去离子水之间的接触角,结果表明,该薄膜均匀致密。

碳硫聚合物正极材料的制备研究进展

综述了不同方法合成的锂电池正极材料碳硫聚合物的结构、键合类型及其电化学性能;分析了各种碳硫聚合物性能差异的原因;提高碳硫聚合物的循环性能的关键,在于将储能的S—S键连接在聚合物碳链(最好是导电碳链)上。

ICP-CVD制备高质量疏水性碳氟聚合物薄膜的研究

在室温下以c-C4F8为反应气体,采用电感耦合等离子体化学气相淀积(ICP-CVD)法制备出碳氟聚合物薄膜,研究了工艺条件与薄膜的光、电性能和结构与疏水性的相关性。结果表明,薄膜结构均匀致密,主要由C-CFX、CF、CF2和CF3组成;当射频功率为400 W,c-C4F8的流量为40 sccm时,制备出的薄膜和去离子水之间的接触角高达112°。

碳纤维增强聚合物-钢管混凝土柱轴压稳定性灰熵关联度分析

为了进一步研究碳纤维增强聚合物(carbon fiber reinforced polymer,CFRP)-钢管混凝土复合结构构件的力学性能,对CFRP-钢管混凝土轴压柱的稳定性在不同影响因素下的演变规律进行了分析。以一系列试验研究为基础,通过灰熵关联度方法研究了长径比、套箍系数等指标与复合结构稳定性性能的关联程度。结果表明:CFRP可以有效地改善结构的性能;随着长径比的增大,套箍效应逐渐减小;各影响因素在不同情况下的灰熵关联度排序与实践一致,验证了灰关联熵理论可用于评价CFRP-钢管混凝土轴压柱性能的关联因素主次关系的有效性。研究结果可以为CFRP-钢管混凝土结构的进一步研究和实践应用提供参考。