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。

基于稀疏成像的半导体薄膜材料界面缺陷检测

复杂背景下检测半导体薄膜材料界面微小缺陷具有一定的难度,为了精准检测半导体薄膜材料界面缺陷,提出一种稀疏成像下半导体薄膜材料界面缺陷检测方法。扫描采集半导体薄膜材料界面二维图像,对含有噪声的半导体薄膜材料界面实施小波分解,获取不同频带的子图像。低频图像保持不变,选择对应的模板对高频图像滤波处理,将滤波处理后的高频图像和低频图像两者合成,获取去噪后的图像。通过机器视觉定位薄膜材料界面的缺陷位置,提取缺陷区域特征,采用稀疏成像对特征参数修正,完成半导体薄膜材料界面缺陷检测。仿真结果表明,采用所提方法可以获取更加精准的检测结果,用时比较短,满足高效与高精度检测需求。

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。

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。

气凝胶薄膜材料的制备与应用研究进展

概述了用溶胶-凝胶法制备气凝胶薄膜的过程,重点介绍了各种薄膜成型工艺,如旋涂法、浸渍提拉法、喷涂法、浇铸法等。根据国内外相关研究报道,综述了近年来各类气凝胶薄膜在制备及应用方面所取得的突破性进展;同时指出,气凝胶薄膜材料的功能化基础研究体系还不够完善,在规模化实际应用方面亟待寻找成本低廉、便于生产的制备工艺。

金属有机骨架薄膜材料的三阶非线性光学性能研究进展

金属有机骨架(MOFs)材料因其可设计的结构以及灵活可控的配位模式,在三阶非线性光学(NLO)领域引起了广泛的关注。与液体分散状态相比,MOFs在固体状态下的三阶NLO性能更为重要,这不仅可以深入了解MOFs本身所固有的光学性能,还有助于实现MOFs在光学器件中的实际应用。然而,由于散射的存在和透光率的限制,单独的MOFs材料难以直接实现固体状态下的三阶NLO性能研究,将MOFs制备成具有较好光学透过性的薄膜是研究其NLO性能最为可行的一种策略。MOFs薄膜不仅很好地继承了MOFs所固有的三阶NLO性能,而且还结合了薄膜的高透光率以及灵活的机械性能。基于此,本文分析总结了MOFs薄膜的制备方法及其NLO性能研究方面的相关工作,并根据目前MOFs薄膜在三阶NLO性能方面的研究现状对其未来发展予以了展望。

压电检测陀螺薄膜材料分析及仿真研究

理论分析了影响压电微机电系统(MEMS)陀螺检测电压输出幅值的因素,结合MEMS领域常用的氮化铝(AlN)、氧化锌(ZnO)和锆钛酸铅(PZT)这3种压电薄膜材料,设计了一种微梁构型的检测陀螺。利用有限元软件COMSOL进行了陀螺的模态、功能的仿真分析。仿真结果显示:使用AlN柔度系数的陀螺结构驱动与检测模态固有频率频差为22 Hz;陀螺结构可以敏感z轴角速度输入;ZnO、AlN和PZT陀螺电压灵敏度分别为2.23,2.16,0.79μV/((°)·s^(-1)),AlN和ZnO的电压灵敏度大于PZT,且AlN的工艺性好于ZnO;因此,AlN在3种压电材料中最适合用于压电检测MEMS陀螺。

光纤氢气传感器氢敏钯(Pd)薄膜材料的制备

提出了化学镀法制备以光纤包层为基底的钯薄膜材料。经过反复多次试验,优化了化学镀钯的试验方案,在镀膜前对光纤包层进行清洗,预先进行敏化活化(S&A)能够增强非金属基底材料与钯薄膜的附着力,增强机械强度。采用光学显微镜(OM)、扫描电镜(SEM)和能谱仪(EDS)对薄膜的物相结构、表面形貌、元素组成与含量进行了详细的表征和分析,结果显示:薄膜表面呈花菜状,增大了薄膜的表面积,加快了吸收氢气的速率;EDS分析所镀钯薄膜钯元素含量约76%~99%,镀膜效果较好。

贴合材料硬度对PVDF薄膜传感器冲击波测量的影响研究

在人员毁伤效能评估中,体感冲击波值为重要的毁伤判据之一。为提高人员体表冲击波测试的准确性,同时保证传感器阻抗匹配的优势,提出了一种柔性膜片阻抗匹配下的冲击波测试技术,并对不同硬度的贴合材料对冲击波超压测量的影响展开了实验研究。首先在刚性表面对聚偏二氟乙烯薄膜(PVDF)传感器进行了冲击波标定实验,得到了PVDF传感器力电响应关系;在此基础上,对4种硬度的聚氨酯橡胶作为贴合材料的PVDF传感器加载不同强度冲击波,实验结果表明,与PVDF直接贴合在类生物组织上相比,硬度为50A的贴合材料能够改善横向效应的影响使得传感器灵敏度系数基本保持为常数,但贴合材料硬度增加为70A和90A时测量非线性度分别增加了22.6%与30.2%。

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。

铂薄膜电阻温度传感器玻璃密封材料的稳定性能研究

针对铂薄膜电阻温度传感器中绝缘封装过程中存在的气密、绝缘等性能问题,研究了两种玻璃与铂薄膜温度传感器氧化铝基底间浸润性、气密性、绝缘性及热循环稳定性等性能,优选性能最佳的玻璃密封材料应用在铂薄膜温度传感器中。研究结果表明,热稳定性存在差异SiO_(2)-Ba O-Al_(2)O_(3)-CaO系微晶玻璃与SiO_(2)-B_(2)O_(3)-Al_(2)O_(3)-CaO系微晶玻璃在800℃~1000℃间与氧化铝基底均具有良好的浸润性。SiO_(2)-Ba O-Al_(2)O_(3)-CaO系玻璃与SiO_(2)-B_(2)O_(3)-Al_(2)O_(3)-CaO系玻璃密封材料在800℃、通气压力在20.7 k Pa下的漏气率分别约为0.0073 sccm·cm^(-1)和0.0065 sccm·cm^(-1),绝缘电阻率分别约为21.6×106Ω·cm和31.1×106Ω·cm。此外,在30℃~800℃热循环500次后,两种玻璃表面出现尺寸不一的孔洞,其中,SiO_(2)-Ba O-Al_(2)O_(3)-CaO玻璃经历500次热循环后孔洞尺寸由0.13μm增至15.62μm,而SiO_(2)-B_(2)O_(3)-Al_(2)O_(3)-CaO系玻璃孔洞尺寸变化较小,表面形貌较为致密。以上研究结果表明,SiO_(2)-B_(2)O_(3)-Al_(2)O_(3)-CaO系玻璃具有更加优异的密封性能、高温绝缘性能及热循环稳定性,更适合用于铂薄膜电阻温度传感器的封装工艺。

薄膜材料弯曲测试方法的验证研究

在国家标准《微机电系统(MEMS)技术薄膜材料的弯曲试验方法》制定阶段,为验证该标准中测试方法的准确性和实用性,设计并制备了4种尺寸的悬臂梁结构,并利用纳米力学测试系统记录其弯曲形变过程,获取了待测结构的形变-应力曲线。通过该标准可实现薄膜材料弯曲力学性能的有效表征。对弯曲试验的测量数据进行分析,实验结果表明,基于该测试方法10次的重复性达到0.32%,同类型的测试结构具有较强的规律性,靠近悬臂梁根部的测试点表现出更高的机械刚度,与理论预测完全一致。因此,该标准中所采用的弯曲测试方法可重复性好,可用于薄膜材料的弯曲力学性能测试。

飞行器舱室内壁蛛网仿生薄膜声学超材料设计

飞行器舱室内部噪声对乘员及飞行操控和通信构成了显著威胁,薄膜声学超材料(MAM)在满足轻量化要求的同时具有出色的降噪性能,能够满足航空工业领域对降噪和飞行器重量的双重要求。受蛛网启发,本文通过结合膜、框和一组振子设计了一种仿生薄膜声学超材料。计算和试验结果表明,仿生模型的振子质量减少了19%,降噪带宽扩展了61%。此外,本文研究了三种设计参数(薄膜形状、振子位置和模型大小)对结构降噪性能的影响规律,并分析了其多级反共振模态。结果表明,圆形模型在降噪性能上优于两个方形模型。当振子位置在半径比为0.54时,可获得最佳的降噪性能。模型在尺寸减小时仍有较大的降噪效果,但当尺寸增大时有失效的可能。非固定框在2×2阵列模型中有助于形成反共振模态,而在3×3阵列模型中作用则相反。根据不同的频率需求调节设计参数,能够适配于飞行器内部复杂、多变的噪声环境。

宽频带薄膜型声学超材料隔声性能研究

针对汽车前围板中低频段隔声性能有待优化对问题,提出一种以“X”形摆臂为中心质量块的薄膜声学超材料结构,使用COMSOL仿真软件中声固耦合模块对其结构整体声传递损失曲线(Sound Transmission Loss,STL)、薄膜表面平均法向位移、等效参数、耦合振动模态以及影响隔声量因素、调控规律进行有限元分析。结果表明:“X”形中心质量块薄膜声学超材料结构具有优异隔声频率带宽及隔声量幅值,带宽接近1332 Hz,隔声量峰值为54 dB;新结构中“X”形摆臂能兼并由四周质量块产生的不连续隔声峰,从而拓宽隔声频带,提高结构整体隔声性能;增大薄膜厚度和预紧力会使STL曲线整体向高频方向移动,增大“X”形摆臂弹性模量仅会使STL曲线第二隔声谷向高频方向产生小范围移动;其与钢板组成的复合结构能有效提高前围板平均隔声量。相关研究拓展了采用薄膜型声学超材料结构进行中低频段噪声治理的工程应用领域。

薄膜材料双轴力学性能研究

历经几十年的发展,膜结构已被广泛应用于建筑行业,但其工程安全事故却屡有发生,因此,对膜材料的进一步研究是十分必要的。为了进一步探索薄膜材料的性能,发挥其在工程中的应用价值,本文首先总结薄膜材料双轴力学性能研究的意义,然后通过膜材静力与冲击试验分析薄膜材料双轴力学性能,以期能够为相关工作者提供参考。

亚稳相钙钛矿稀土镍酸盐薄膜材料的可控生长与电子相变性质

稀土镍酸盐(ReNiO_(3),Re为镧系稀土元素)由特征温度场、氢化、临界电场及应力场等多物理参量引发的多重电子相变及物性突变引起了凝聚态物理和材料科学领域的广泛关注,在突变式敏感电阻元器件、人工智能、能量转换及弱电场传感等领域展现出可观的应用前景.然而,ReNiO_(3)材料本征的热力学亚稳性仍制约其在关联电子器件中的实际应用.本文利用激光分子束外延法制备出原子级平整的亚稳态ReNiO_(3)(Re=Nd,Sm及Nd_(1-x)Sm_(x))薄膜材料,阐明高氧压原位退火在稳定其Ni^(3+)扭曲钙钛矿结构中的关键作用,结合同步辐射和X射线光电子能谱等先进表征手段厘清ReNiO_(3)薄膜材料的化学环境及电子结构,并揭示出其各向异性的电子相变功能特性.本文为制备原子级平整的亚稳态钙钛矿稀土镍酸盐薄膜材料提供了方向,并引入全新的功能调控自由度——晶体学各向异性,为进一步探索稀土镍酸盐材料体系中的新型电子相和功能特性奠定基础.

纤维素纳米晶体基光子晶体薄膜材料的制备及性能研究进展

纤维素纳米晶体(CNC)是从天然纤维中提取出的一种纳米级纤维素,可通过蒸发诱导自组装(EISA)法形成具有手性向列结构的薄膜,并提供直观的可视化信息,是新一代光子液晶材料的首选。然而,目前CNC基光子材料存在力学性能和动态光学响应性能差等问题,难以实现其功能化扩展,所以通常引入添加剂来提高其柔韧性和适应性。本文结合CNC特性,系统地阐述了当前光子晶体膜的制备工艺及其影响因素,并归纳出不同的可控制备方案,包括力学强度、色彩响应性等,同时分析了CNC基光子材料在不同领域的潜在应用和发展趋势。

基于MXene/CNT薄膜传感器阵列的复合材料冲击定位及损伤监测

复合材料层合板在服役过程中易受到冲击损伤,对结构产生不利影响。冲击引发的复合材料内部结构损伤能够缩短复合材料的使用寿命。因此,对于复合材料层合板冲击定位及损伤监测是必要的。以碳纳米管(CNT)和MXene薄膜为代表的新型碳纳米材料具有独特的纳米级结构和优良的物理性能。将MXene/CNT薄膜传感器阵列布置于监测范围内,提出了一种适用于传感器阵列的定位算法,该算法可以准确地计算和定位到监测区域的冲击位置。同时,可根据传感器相对电阻变化率判断试件损伤情况。最后,使用超声C扫描设备对结果进行对比验证。试验结果表明,传感器阵列响应计算结果与实际冲击位置吻合,且传感器相对电阻变化率与损伤严重程度相关。

高纯度氟塑料薄膜在特种高功能材料领域的制备与性能研究

氟聚合物,作为一种重量级的高分子材料,因其化学和物理属性的独特性,已在多领域获得成功运用。特种高纯度氟化塑料薄膜以其突出的抗腐能力、高热稳定性和低摩擦系数等,在特殊功能性材料领域具有核心的应用意义。基于此,本文首先分析高纯度氟塑料薄膜在特种高功能材料领域的制备方法,其次阐述高纯度氟塑料薄膜的性能特点,最后分析高纯度氟塑料薄膜的应用领域,以供参考。

透明建筑围护结构太阳得热动态可调的新型薄膜材料

广泛采用的低辐射(Low-E)镀膜玻璃窗节能效果良好,但不具备太阳得热动态调节功能。相比于太阳得热静态不可调窗,在制冷季低得热、采暖季高得热的智能可调透明围护结构更加节能。介绍了一种在聚二甲基硅氧烷弹性体上镶嵌3层纳米功能层的膜材料,可用于制备太阳得热可智能动态调节的透明建筑围护结构,提高建筑节能与舒适性。智能动态调节膜可以实现直接的太阳透射率调节。通过建筑能耗模拟证实,由该智能动态调节膜制备的智能窗对比传统的太阳得热静态不可调窗,在全国范围内可实现2.4%~13.8%的暖通空调系统节能。