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。

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%。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

纤维素/茶渣复合薄膜的可控制备及其食品保鲜性能

为使废弃茶渣得到综合利用,采用相转化浇膜法将纤维素与茶渣通过溶液共混的方式溶解在离子液体中,提取茶渣中的咖啡碱、茶多酚等分散到纤维素中,然后纤维素以氢键为驱动力实现自组装得到纤维素/茶渣复合薄膜。对薄膜的力学性能、抗氧化性能、水溶性、含水率以及保鲜性能进行测试与表征。结果表明:复合薄膜具有良好的自由基清除性能,可较好地阻隔氧气分子穿梭;茶渣中的咖啡碱、茶多酚等成分使得复合薄膜能够有效抑制微生物生长,适用于果蔬生鲜保鲜;与市售聚乙烯保鲜膜相比,该复合薄膜对牛肉的保质期可延长3~6 d。

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。

LDHs/LLDPE复合薄膜的制备及保温性能研究

采用共沉淀法合成锌铝硝酸根型水滑石(ZnAl-NO_(3)-LDH),通过阴离子交换法将乙二胺四甲叉膦酸四钠(EDTMPS4Na)插层到ZnAl-NO_(3)-LDH中得到乙二胺四甲叉膦酸根插层水滑石(EDTMPS-LDH),使用硅烷偶联剂KH570对其进行表面改性得到类水滑石(LDHs)。将LDHs与线性低密度聚乙烯(LLDPE)共混,通过挤出吹塑得到LDHs/LLDPE复合薄膜。采用多通道温度测量仪进行保温实验,测试LDHs/LLDPE复合薄膜的保温性能。结果表明:EDTMPS4Na插入ZnAl-NO_(3)-LDH层间,拓宽了ZnAl-NO_(3)-LDH的红外吸收范围,从7~25μm波段无明显红外吸收扩展到9~11μm波段具有明显选择性红外吸收;与ZnAl-NO_(3)-LDH相比,EDTMPS-LDH提高了ZnAl-NO_(3)-LDH的稳定性,添加LDHs比未添加LDHs的LLDPE复合薄膜白天棚内温度下降4%~15%,夜晚温度提高4%~17%,改善了LLDPE薄膜的保温性能。

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℃。

PBST/TiO_(2)/MgO复合薄膜的制备及性能

采用硅烷偶联剂γ-甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷(KH-570)对TiO_(2)/MgO NPs改性,采用溶液共混法制备了聚丁二酸-共-对苯二甲酸丁二醇酯(PBST)/TiO_(2)/MgO NPs纳米复合薄膜,并探讨了其在食品包装方面的应用。研究了改性TiO_(2)/MgO NPs对PBST基体机械、阻隔、抗菌和保鲜性能的影响。结果表明:复合膜的抗拉强度和水蒸汽透过率分别为29.39MPa和2.43×10^(-11) g·m/(m^(2)·s·Pa),相较PBST基体抗拉强度提高了24.32%,水蒸汽透过率降低了32.37%,且对金黄色葡萄球菌(S.aures)和大肠杆菌(E.coli)抑菌效果显著,分别达到98.7%和97.2%,并对圣女果有良好的保鲜性能,当改性后的TiO_(2)/MgO NPs质量含量为5%时,复合薄膜的性能最佳。

CEOs/HNTs/PBAT复合薄膜的制备及其性能研究

为了延长食品的货架期和减少白色污染,利用埃洛石纳米管(HNTs)负载肉桂精油(CEOs)得到CEOs/HNTs纳米粒子。将其添加到聚己二酸/对苯二甲酸丁二醇酯(PBAT)树脂中,进行熔融共混挤出,制备出具有抗菌效果的复合薄膜。热重分析表明HNTs对CEOs的初始负载率约为10%;场发射扫描电子显微镜显示HNTs长度为500~1500 nm,直径为50~100 nm,CEOs/HNTs纳米粒子均匀地分散在PBAT薄膜中。与PBAT薄膜相比,CEOs/HNTs/PBAT复合薄膜的力学性能得到提高,透光和透水等物理性能在一定程度上得到改善。对金黄色葡萄球菌和大肠杆菌的抗菌效果可以达到93%和97%。同时在对草莓的保鲜试验中,取得了很好的保鲜效果。

组合靶共溅射沉积Cu-W复合薄膜的结构与性能

用嵌入组合型靶材,采用磁控共溅射方法,在单晶硅和聚酰亚胺衬底上制备Cu-W复合薄膜。分别运用能谱仪、X射线衍射仪、扫描电镜和原子力显微镜对Cu-W复合薄膜的成份、结构及表面形貌进行分析表征。选用微小力测试系统、纳米压痕仪及四探针仪分别测试复合薄膜的屈服强度σ_(0.2)和裂纹萌生临界应变ε_(c)、显微硬度H及电阻率ρ。结果表明:可通过调整组合型靶材环状溅射刻蚀区内W靶所占的面积比,有效地调控复合薄膜的W含量。随W靶的面积占比从6%增至30%,Cu-W复合薄膜的W含量从2.6 at.%增至16.9 at.%。W在Cu中的固溶度延展,复合膜内存在面心立方(fcc)Cu(W)亚稳固溶体,随复合膜中W含量增加,W在Cu中的固溶度从1.7 at.%W增至10 at.%W,复合膜的平均晶粒从32 nm减小至16 nm,表面光洁度提高。W含量增加时,复合膜的屈服强度σ_(0.2)、显微硬度H及电阻率ρ增加,而裂纹萌生临界应变ε_(c)减小。

数字印刷废纸纤维增强聚乳酸复合薄膜的性能研究

以数字印刷废纸、聚乳酸(PLA)为原料,采用熔融混炼、热压成形的工艺制备得到废纸纤维/PLA复合薄膜,探究了不同废纸纤维添加量和不同改性剂对复合薄膜性能的影响。分别加入硅烷偶联剂γ-缩水甘油醚氧丙基三甲氧基硅烷(KH560)、乙烯基三甲氧基硅烷(A171)、异丙基三(二辛基焦磷酸酰氧基)钛酸酯(TMC201)及木聚糖酶,对废纸纤维进行改性处理,研究了改性前后复合薄膜的力学性能、不透明度、化学结构及热稳定性等。结果表明,当废纸纤维质量分数为25%时,复合薄膜抗张强度最佳,达21.6MPa,相较于纯PLA薄膜提高了94.7%;当废纸纤维质量分数为20%时,其不透明度增加至95.5%;废纸纤维经改性处理后,复合薄膜抗张强度均有不同程度的提升,其中KH560的改性效果最佳,复合薄膜(废纸纤维质量分数25%)抗张强度达24.7 MPa,相较于改性前提升了14.4%;改性处理并未对复合薄膜的不透明度和热稳定性产生影响。

氧化亚锡/聚酰亚胺复合薄膜制备及介电性能研究

采用水热法合成了氧化亚锡(SnO),然后再通过原位聚合法将合成的SnO引入到聚酰亚胺基体中,制得SnO/PI复合薄膜。SnO的含量对该薄膜的介电常数、介电损耗、拉伸强度和击穿强度具有显著影响。当SnO含量为10%(质量分数)时,SnO/PI复合薄膜的介电常数高达456,介电损耗仅为0.034,拉伸强度为65 MPa,击穿强度为146.9 MV/m。将SnO引入到PI基体中能改善PI薄膜的介电性能,使其在储能、航空航天、绝缘等领域有很好的应用前景。

微晶纤维素/聚乙烯醇对明胶基复合薄膜性能的影响

聚乙烯醇(PVA)/明胶基材料具有良好的成膜性能和生物相容性,具有广泛的实际应用价值,是一个重要的研究对象。本研究将微晶纤维素(MCC)和PVA分别作为增强材料和共混材料添加到明胶(GL)基材中,改善明胶基复合薄膜的力学性能和阻隔性能。微晶纤维素的添加可赋予MCC/PVA/GL复合薄膜良好的理化性能和应用性能。当基材中添加质量分数5%MCC时,复合薄膜的拉伸强度由14.91 MPa提高到48.02 MPa,热降解温度提高了11.4℃,含水率降低了9.12%。同时,还延长了水蒸气通过PVA/GL薄膜的路径,降低了MCC/PVA/GL复合薄膜的水蒸气透过率。土壤包埋实验表明,MCC的加入加快了复合薄膜的生物降解性能。因此,MCC/PVA/GL复合薄膜可应用于绿色包装领域,如食品包装、药品包装、化妆品包装等。