C/Sn复合薄膜的磁控溅射制备及其作为锂离子电池负极材料的电化学性能

采用磁控溅射的方法在铜箔上制备了C/Sn复合薄膜并将其作为锂离子电池负极材料,研究了C/Sn复合薄膜中Sn质量分数对其电化学性能的影响。研究发现,随着复合薄膜中Sn质量分数的增加,其首圈放电比容量增加,在一定范围内增加Sn质量分数,首圈库仑效率增加,但当Sn质量分数过多时其库仑效率降低。Sn质量分数分别为89.20%、91.61%、93.85%、95.81%的四种复合薄膜,在电流密度为500 mA/g时的首圈放电比容量分别为1195.4、1372.97、1574.86、1642.30 mA·h/g,首圈库仑效率分别为86.84%、87.88%、94.06%、80.66%。循环200圈后,四种复合薄膜的比容量衰减率分别为0.70%、6.13%、11.32%、18.88%。研究结果表明,当复合薄膜中Sn质量分数为89.20%时,其具有最优的倍率性能和循环稳定性能,随着复合薄膜中Sn质量分数的增加,其倍率性能及循环稳定性变差。

复合材料薄膜盖结构与功能一体化设计

目的解决传统硬质泡沫塑料易碎盖存在的承压能力不足、冲破性能不稳定、不能有效防潮控湿、电磁兼容性差等缺陷。方法以某型导弹武器系统发射筒密封盖为主要应用对象开展薄膜盖设计,主要包括总体结构设计、零部件设计、功能设计及仿真验证。结果薄膜盖经密封、承压、冲破、电磁兼容等性能考核,均满足装备贮存使用要求,冲破盖体所受的最大峰值冲击力可稳定保持在1200~1600 N。结论建立了薄膜盖结构与功能一体化设计方法,可满足在研型号对新型密封盖的设计需求,并为新型号弹箭发射筒大尺寸密封盖的顺利研制提供技术储备。

聚丙烯腈基多层异质柔性复合薄膜制备及其压电特性

为了解决压电纳米发电机的柔性和压电输出特性不能协同提高的难题,采用旋涂法制备纯聚丙烯腈(PAN)压电薄膜和PAN/氧化石墨烯(rGO)复合压电薄膜,通过堆叠热压法制备PAN-PAN/rGO-PAN和PAN/rGO-PANPAN/rGO两种典型的三明治异质压电纳米发电机。系统研究了rGO掺杂质量分数对PAN/rGO复合压电薄膜和两种典型异质复合薄膜的压电输出性能的影响。研究结果表明,三层异质PAN-PAN/rGO-PAN型和PAN/rGO-PANPAN/rGO型复合薄膜压电纳米发电机输出最大的电压分别达到4.61 V和5.80 V,比三层同质PAN-PAN-PAN复合压电纳米发电机输出电压分别提高34.0%和68.6%。当负载电阻为10 MΩ时,PAN/rGO_(0.4)-PAN-PAN/rGO_(0.4)复合薄膜压电纳米发电机的输出功率最大值为2.02μW。经过4500次循环测试表明,本文制备的三层异质复合薄膜输出性能稳定。该纳米发电机有望作为自供能微型压力传感器在柔性可穿戴电子设备和电子皮肤中广泛应用。

Al_(2)O_(3)-Ce_(2)O_(3)复合薄膜对304不锈钢抗高温氧化性能的影响

为提高304不锈钢的抗高温氧化性能,采用溶胶-凝胶法以异丙醇铝和CeCl_3·7H_(2)O为原料,在304不锈钢表面分别制备了Al_(2)O_(3)薄膜和Al_(2)O_(3)-Ce_(2)O_(3)复合薄膜,通过氧化动力学曲线、XRD、SEM和EDS分析,研究了不同Ce/Al比例(摩尔比,下同)的Al_(2)O_(3)-Ce_(2)O_(3)复合薄膜对304不锈钢900℃抗高温氧化性能的影响。结果表明,涂覆Ce∶Al=1∶10的薄膜试样在900℃循环氧化100 h后的氧化增重与氧化剥落量仅为未涂覆试样的34.1%和51.8%,抗高温氧化性能最佳。Al_(2)O_(3)-Ce_(2)O_(3)复合薄膜降低了304不锈钢基体表面的氧分压,有利于生成保护性的Cr_2O_(3)氧化层,有效抑制了Cr_2O_(3)的挥发;添加Ce_(2)O_(3)降低了氧化层中的热应力,提高了其附着力;Ce_(2)O_(3)起到了活性元素效应,改变了氧化膜的生长机制,因此显著提高了不锈钢的抗高温氧化性能。

P(VDF-CTFE)/DA@BTO层叠式结构复合薄膜的介电与储能特性研究

聚偏氟乙烯(PVDF)基聚合物在高储能密度、高脉冲储能领域具有广泛的应用前景。本文采用钛酸钡(BTO)纳米颗粒掺杂聚偏氟乙烯-三氟氯乙烯(P(VDF-CTFE))溶液,采用流延法制备P(VDF-CTFE)/BTO复合薄膜,探讨了不同BTO掺杂含量对复合薄膜微观结构、介电性能、储能特性的影响;采用多巴胺(DA)改性BTO以提升BTO与聚合物基体的相容性,改善复合薄膜的介电常数和电气强度;同时利用薄膜层间“击穿阻碍效应”制备层叠式结构复合薄膜以提升薄膜的储能特性。结果表明:使用DA改性BTO质量分数为10%的P(VDF-CTFE)/DA@BTO复合薄膜作为中间层、P(VDF-CTFE)作为外层制备的PV-BT-PV层叠式三明治结构复合薄膜,介电常数达到10.44,最大电气强度为362.25kV/mm,在500kV/cm电场强度下的充放电效率达到86.63%。

柔性薄膜复合形状记忆合金弹簧驱动器

针对形状记忆合金(shape memory alloy,简称SMA)材料在使用过程中因其较低的响应频率而很难应用于高频率场所问题,在聚偏氟乙烯(polyvinylidene fluoride,简称PVDF)薄膜中引入锆酸铅钡(Pb_(0.8)Ba_(0.2)ZrO_(3),简称PBZ)纳米陶瓷纤维制备柔性薄膜,并与NiTi合金弹簧复合制得PBZ/PVDF@SMA复合驱动器,通过薄膜的电卡效应加热及冷却SMA丝,与传统电流加热及自然冷却方式进行了对比。结果表明,缩短了SMA丝循环周期,提高了其响应频率,有利于扩大SMA的适用场所。

二维纳米材料/多糖复合薄膜及其在果蔬采后保鲜上的研究进展

该文从多糖、二维纳米材料性质的角度出发,综述了近年来国内外对于二维纳米材料/多糖复合薄膜的研究以及其在果蔬采后保鲜上的研究进展。首先阐述了不同种类多糖薄膜及它们在果蔬保鲜上的应用,其次阐述了当下研究较多的不同二维纳米材料及多糖复合薄膜制备的方法,最后对二维纳米材料/多糖复合薄膜在果蔬保鲜中的应用进行总结,以期为多糖复合薄膜的研究提供参考。

AlO(OH)/聚酰亚胺复合薄膜的制备及其耐高温性能研究

以4,4′-二氨基二苯醚为二胺单体,均苯四甲酸二酐为酸酐单体,3-氨基丙基三乙氧基硅烷(KH550)为偶联剂,异丙醇铝[Al(OPri)3]为铝源,采用溶胶-凝胶法制备以聚酰亚胺(PI)为基体,AlO(OH)为增强相的PI复合薄膜。利用扫描电子显微镜(SEM)、傅里叶变换红外光谱、X射线衍射、热重分析仪、差示扫描量热仪、水接触角仪、漆膜划格器、铅笔划痕实验仪等对复合薄膜的结构和性能进行表征。结果表明,随着铝溶胶含量的增加,复合薄膜的热稳定性呈现先上升后降低的趋势。当铝溶胶含量为10%时,AlO(OH)/PI复合薄膜具有最好的耐高温性能,其热分解5%时的温度达到567℃,玻璃化转变温度为381.4℃。

压电复合薄膜的SAW器件杂波抑制及仿真方法

针对任意复杂膜系结构压电复合薄膜声表面波(SAW)器件横向杂波抑制及精确快速仿真方法,从数学上严格分析推导了有限长结构分层级联理论和色散2D-COM模型,可精确快速地计算压电复合薄膜SAW器件传播方向及孔径方向结构对杂波模式的影响,并通过色散2D-COM模型对SAW器件杂波抑制进行综合分析。通过对41°Y-X LiNbO_(3)/SiO_(2)/Si_poly/Si(111)复合衬底SAW谐振器的优化设计与研制,结果表明,设计优化结果与实验结果吻合较好,验证了该方法的有效性和可行性。

TiB_(2)/WS_(2)复合薄膜退火处理下的结构演变与磨损失效分析

在严苛的航空航天工况环境下,WS_(2)基复合薄膜在减摩耐磨方面的结构演变和失效规律仍须进一步探索。为扩展其在温域上的应用范围,采用磁控溅射技术在硅片和718高温合金块上沉积TiB_(2)/WS_(2)复合薄膜,分别在200、450和600℃大气环境下对复合薄膜进行退火处理。利用扫描电子显微镜、透射电镜、X射线衍射仪、拉曼光谱仪、纳米压痕仪和球盘高温摩擦试验机等分析技术对退火处理前后薄膜的组分、结构、力学性能和摩擦磨损性能进行研究。结果表明:随着退火温度的升高,复合薄膜中硫元素的分解率增大,S/W比降低,薄膜氧化程度增加。未退火处理薄膜在摩擦过程中由于形成易于剪切滑移的WS_(2)(002)晶体取向结构保持了低且稳定的摩擦因数。200℃退火处理后薄膜的致密性增加,硬度得到明显的提升,显示良好的减摩耐磨性能[摩擦因数<0.075,磨损率为9.21×10^(-6)mm^(3)/(m·N)量级]。450℃退火处理后薄膜中生成的氧化相WO_(3)、TiO_(2)导致摩擦因数波动上升,磨损率增加。600℃退火处理后薄膜瞬时失效,主要是由于薄膜中硫元素的大量分解流失难以形成润滑相和薄膜表面形成松散堆积结构所造成的。通过观察退火处理前后复合薄膜微观结构的变化明确了其在不同温度下的磨损失效演化规律。

不同衬底对金刚石-石墨烯复合薄膜场发射性能影响研究

金刚石薄膜因其高导热性、负电子亲和势、低功函数和长期稳定性的特点被认为是一种很有潜力的场电子发射阴极材料。金刚石薄膜沉积在衬底上后,在不破坏金刚石薄膜自身结构完整性的前提下很难将其剥离。因此在场发射性能测试中一般是将金刚石薄膜和衬底作为整体测试,而衬底和金刚石薄膜间存在界面势垒,界面势垒对场发射性能的影响不可忽略。目前针对金刚石薄膜与衬底界面对场发射性能影响的研究相对较少,需要更多的关注和研究。分别以单晶硅、金属铌、金属钼为衬底,采用微波等离子体化学气相沉积(MPCVD)法生长制备了金刚石-石墨烯复合薄膜。对金刚石-石墨烯复合薄膜微观形貌、成分含量等进行了表征并研究了其场发射性能。研究结果表明,不同衬底对复合薄膜场发射性能影响显著,以金属铌衬底制备的复合薄膜表现出低开启场(E_(0)=2.5 V/μm)和较高发射电流密度(J@5.3 V/μm=1.9 mA/cm^(2))。此研究为获得更优场发射性能的金刚石-石墨烯复合薄膜提供了新的思路。

纳米Al/MnO_(2)亚稳态分子间复合薄膜的电泳沉积制备及热性能

为将纳米Al/MnO_(2)亚稳态分子间复合物(Metastable intermolecular composite,MIC)薄膜应用于微机电系统,采用水热法制备了MnO_(2)纳米棒和MnO_(2)纳米线,采用电泳沉积技术(Electrophoretic deposition,EPD)制备了纳米Al/MnO_(2)MIC薄膜,对其结构、微观形貌以及热性能进行表征分析,并开展不同悬浮液浓度及电场强度下Al/MnO_(2)MIC薄膜的沉积动力学研究。结果表明:沉积的MIC膜均匀致密,无明显裂纹;纳米Al在薄膜中处于过剩状态;Al/MnO_(2)纳米棒薄膜的放热量高于Al/MnO_(2)纳米线。在沉积电压(或悬浮液浓度)不变的情况下,沉积质量与沉积时间呈抛物线关系,Al/MnO_(2)纳米棒的沉积效率高于Al/MnO_(2)纳米线。研究表明EPD法是制备纳米Al/MnO_(2)MIC薄膜的理想方法,具有应用于微机电系统领域的潜力。

真空宽载下二硫化钼/碳复合薄膜的超低磨损机制

空间装备正朝着重载、长时间运行的方向发展,对润滑材料的性能要求日益提高。当前二硫化钼(MoS_(2))薄膜主要在真空低载下(<0.5 GPa)服役,因此须发展针对真空宽载(中高载)下服役的二硫化钼复合薄膜。通过非平衡磁控溅射技术制备MoS_(2)/DLC复合薄膜,利用SEM、AFM、XRD、XPS、Raman、TEM、真空摩擦试验机等分析薄膜结构、形貌、摩擦学性能及磨损机制。结果显示:DLC的加入能够改善MoS_(2)柱状结构,使复合薄膜更加致密,并且能够促进薄膜以(002)晶面择优取向生长。复合薄膜在真空宽载(0.73~1.27GPa)下均能保持稳定的低摩擦因数(0.02~0.06)和低磨损率(10-10mm^(3)·N^(-1)·m^(-1)),与MoS_(2)相比降低了三个数量级。通过对磨屑进行分析,发现复合薄膜在摩擦过程能发生石墨化转变,形成有序的石墨结构以及润滑性能优良的(002)取向的MoS_(2),同时在MoS_(2)催化作用及接触应力诱导下,形成的层间低剪切力的石墨结构及层状的MoS_(2)有利于实现低摩擦因数和低磨损率。非晶碳的加入使得复合薄膜在真空环境下能够保持低摩擦因数和超低磨损率。通过复合结构设计实现了二硫化钼/碳复合薄膜在真空宽载条件下的超低磨损,可为空间超低磨损薄膜的设计、开发和应用提供一定的实验基础和理论指导。

基于不同厂家聚醚砜基膜的薄膜复合正渗透膜性能的比较

薄膜复合(TFC)膜由多孔基底层和通过界面聚合反应生成的聚酰胺层组成,在纳滤、反渗透和正渗透等领域已经得到广泛的应用.近年来,基底膜对TFC膜性能的影响受到越来越多的关注.早期实验数据显示,即使在制备方法和基底膜名义孔径完全相同的条件下,由不同厂家生产的基膜所制备的TFC膜也存在显著差异.本文选择两家公司名义孔径均为0.22μm的商品聚醚砜(PES)膜为基底,通过调节界面聚合过程水相的沥干时间,对比研究了2种基膜的不同性质及其对TFC膜性能的影响.结果表明,亲水性更强、膜孔位置分布更密集且均匀、孔径更均一的基膜具有更高的水通量和更低的反向盐质通量.此外,基于2种基膜的TFC正渗透膜的水通量均随沥干时间的拉长而呈现不断降低的趋势,而反向盐通量始终保持较低水平.综上,本研究可为未来TFC膜的规范化制备提供技术支持.

聚丙烯腈/二硫化钼复合薄膜的挠曲电效应分析及其应用

复合薄膜中挠曲电材料的质量分数对薄膜的挠曲电效应影响显著,为探究聚丙烯腈(PAN)/MoS_(2)复合薄膜中MoS_(2)质量分数对其挠曲电压及挠曲电系数的影响规律,采用静电纺丝方法制备PAN/MoS_(2)复合薄膜,借助扫描电子显微镜和X射线衍射仪对复合薄膜的结构、形貌、元素组成等进行表征,基于悬臂梁方法测试不同MoS_(2)质量分数对PAN/MoS_(2)复合薄膜挠曲电效应的影响,通过间歇式挠曲电效应测试检测复合薄膜的稳定性。结果表明:挠曲电压和挠曲电系数随着MoS_(2)质量分数的增大而提高,且在MoS_(2)质量分数为50%时挠曲电压和挠曲电系数达到最优,分别为0.8 V和1.96 nC/m;该薄膜的挠曲电效应稳定性优异,串联多个PAN/MoS_(2)复合薄膜可获得较高的挠曲电压,且电压衰减极弱,可广泛适用于微小型可穿戴电子设备。

柔性电子复合薄膜贴附于仿真皮肤上的延展性研究

为评价柔性应变传感器应用于人体皮肤不同工况下的延展性,制备了一种马蹄形金属导线-PDMS基底复合结构的柔性电子复合薄膜,选择邵氏硬度为10的双组分加成型硅胶作为仿真皮肤材料进行离体实验。首先,利用数字图像相关(DIC)方法获得样品贴附在不同厚度仿真皮肤上拉伸变形过程中的位移场与Von Mises应变场;其次,提出应变均值M与断裂伸长率e作为评价指标定量表征样品的延展性,分析仿真皮肤厚度与环境温度对延展性的影响。结果表明,皮肤厚度与环境温度变化对柔性电子复合薄膜延展性均有显著影响,当皮肤厚度为2 mm,环境温度为40℃时,样品延展性最佳,断裂伸长率达到145%。该研究定量分析了柔性电子薄膜在不同应用工况下的延展性,为柔性应变传感器的强度设计提供参考。

VO_(2)@KH550/570@PS复合薄膜的制备及其热致相变性能

低成本和规模化的薄膜化生产技术是热致相变性二氧化钒VO_(2)(M)普及应用于节能窗领域的关键。采用硅烷偶联剂γ-氨丙基三乙氧基硅烷/γ-甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷KH550/KH570对固相法合成的VO_(2)(M)粉体进行表面改性,再经微乳液聚合得到聚苯乙烯(PS)修饰的VO_(2)@KH550/570@PS微球(VSPS),以聚乙烯醇缩丁醛(PVB)、聚氯乙烯(PVC)、聚偏二氟乙烯(PVDF)为聚合物共混基材,系统研究表面修饰对VO_(2)(M)基聚合物复合薄膜的性质及光学、隔热性能的影响规律。结果表明:偶联剂预修饰有利于提升乳液聚合过程中PS与VO_(2)结合,交联剂亚甲基双丙烯酰胺(MBA)的引入增强了VSPS的化学稳定性。相比VO_(2),VSPS在聚合物溶液体系中的分散能力增加,得到更加均匀的聚合物复合薄膜。其中VS_(570)PS/PVB的可见光透光率T_(lum)高达86.64%,太阳能调制效率ΔT_(sol)较VO_(2)/PVB提升了12倍,与空白玻璃温差达16℃。这种兼具高透光性和隔热性能的VSPS聚合物复合膜制备技术为VO_(2)(M)的智能窗材料应用提供了有益的思路。

Co_(3)O_(4)@BiVO_(4)复合薄膜的制备及其光电性能

本文以FTO导电玻璃作为基底,通过水热法成功制备出了形貌可控的Co_(3)O_(4)薄膜样品,利用制备出的Co_(3)O_(4)薄膜样品作为基底,控制旋涂BiVO_(4)的次数,在其表面成功制得不同BiVO_(4)量的Co_(3)O_(4)@BiVO_(4)复合薄膜样品。利用X射线衍射仪(XRD)和场发射扫描电子显微镜(FESEM)等对复合薄膜的物相和微观形貌进行分析,并采用UV-3600紫外-可见分光光度计和电化学工作站对其光吸收性能和光电性能进行了测定。结果表明:所制备的Co_(3)O_(4)@BiVO_(4)复合薄膜表面连续、均匀、致密;相较于纯Co_(3)O_(4)薄膜,Co_(3)O_(4)@BiVO_(4)复合薄膜的光吸收能力增强;光照下Co_(3)O_(4)@BiVO_(4)复合薄膜的光电性能优于纯Co_(3)O_(4)薄膜;经旋涂三次的Co_(3)O_(4)@BiVO_(4)-3复合薄膜光电性能最佳,其最大光电流约为纯Co_(3)O_(4)薄膜最大光电流的18.4倍,该器件响应度为105.5μA/W,探测率可达1.988×10^(11)Jones。

CNT薄膜电热原位共固化复合材料板的温度均匀性研究

碳纳米管(CNT)薄膜电加热原位共固化复合材料是一种免热压罐的高效节能工艺方法,是国家“双碳”战略下制备碳纤维复合材料的新途径。然而,在固化过程中CNT薄膜电加热的不均匀温度分布,易导致复合材料成型质量差,进而限制其应用。为此,研究揭示了CNT薄膜的电加热特性,阐明了加载电压、预浸料层数以及CNT薄膜层数/尺寸对复合材料温度分布的影响规律。结果表明,CNT薄膜具有高电热转换效率和良好的热稳定性,增加CNT薄膜层数和尺寸有利于改善复合材料面内温度分布。对于12层200 mm×180 mm预浸料,采用1.7倍尺寸的双层CNT薄膜可将复合材料固化过程中的面内温差降低至4℃以内,固化度达到99%以上,且相比传统烘箱固化,复合材料的拉伸强度提高了6.99%。研究结果为发展CNT薄膜电热原位共固化复合材料结构的温度均匀调控方法奠定了基础。

聚乙烯亚胺/聚丙烯腈复合纤维薄膜的制备及其功能化应用

针对金属-空气电池阴极易腐蚀的问题,将聚乙烯亚胺(PEI)和聚丙烯腈(PAN)共混,基于静电纺丝方法制备PEI/PAN复合纤维薄膜,抑制CO_(2)对空气阴极的侵蚀。借助计算机模拟方法计算PEI/PAN复合纤维薄膜的最佳成分配比,采用扫描电子显微镜、傅里叶变换红外吸收光谱仪、同步热分析仪等对PEI/PAN复合纤维薄膜的物理特性、CO_(2)吸附性能进行表征和分析。以铝-空气电池为例,通过电池测试系统分析了PEI/PAN复合纤维薄膜对电池电化学性能的影响情况。结果表明:基于静电纺丝技术可成功将PEI嵌入PAN纤维中,所制备的PEI/PAN复合纤维薄膜纤维直径均一且表面光滑;当PEI/PAN复合纤维薄膜中的PEI质量分数为50%时,在100 kPa条件下其CO_(2)吸附量可达1.86 mmol/g;在金属-空气电池阴极添加PEI/PAN复合纤维薄膜,相较于传统铝-空气电池,其比容量提升19.5%,放电时间延长20.4%。