La_(2)O_(3)掺杂Ti_(3)SiC_(2)/Cu复合材料的制备与性能

铜合金作为热管理材料长期服役时,会出现冷-热循环条件下的结构性失效问题,因此考虑将具有低膨胀系数的MAX相材料引入到铜合金中,来降低复合材料的热膨胀性。Ti_(3)SiC_(2)是一种兼具陶瓷和金属的优良特性的三元层状陶瓷材料,具有自润滑、高韧性、高导电性等特点。作为增强相,Ti_(3)SiC_(2)能够提高Cu基复合材料的摩擦性能,降低复合材料的热膨胀系数,因此被应广泛用于电子封装材料、热管理材料等领域。本文将稀土氧化物La_(2)O_(3)引入到Ti_(3)SiC_(2)/Cu复合材料中,研究了La_(2)O_(3)掺杂含量对Ti_(3)SiC_(2)/Cu复合材料物相组成、表面形貌、显微硬度和摩擦因数等的影响。研究发现,利用热压烧结技术能够获得致密度较高的Ti_(3)SiC_(2)/Cu复合材料,相对密度在98.5%以上。适量掺杂La_(2)O_(3)后,Ti_(3)SiC_(2)/Cu复合材料的显微硬度有所增加,能够实现Ti_(3)SiC_(2)/Cu复合材料的弥散强化。随着La_(2)O_(3)掺杂量增加,Ti_(3)SiC_(2)/Cu复合材料的摩擦因数呈现出先降低后增加的趋势。在Cu基复合材料中添加Ti_(3)SiC_(2),能够起到润滑的作用,有利于降低摩擦因数。本研究可为Ti_(3)SiC_(2)/Cu复合材料的工程应用提供试验依据。

Ni-Al辅助微波自蔓延烧结制备Ti_(3)SiC_(2)基金刚石复合材料工艺研究

为降低金刚石磨削工具的制造成本和能耗,探寻一种在低能耗下实现高性能陶瓷结合剂金刚石磨具的制备工艺,同时研究助燃剂Si和金刚石粒度等因素对样品物相组成、显微形貌和磨削性能的影响。采用Ti、Si、石墨粉和金刚石磨料作为原料,经冷压成型至生胚,通过Ni-Al辅助在微波场加热诱发Ti-Si-C体系发生自蔓延高温合成(SHS)反应以制备Ti_(3)SiC_(2)基金刚石复合材料。结果表明,高热值Ni-Al合金辅助可以缩短样品的烧结时间,还可以将诱发SHS反应的温度点控制在金刚石石墨化温度以下。在Ar保护气氛下,Ti-Si-C体系发生SHS反应,可生成Ti_(3)SiC_(2)、TiC和Ti5Si3等3种物相。随Si含量升高,Ti_(3)SiC_(2)相先增多后减少,当n(Ti):n(Si):n(C)=3∶1.1∶2时,复合材料的磨削性能最佳,磨耗比最高可达286.53。分析不同原料配比下的试样磨耗比差异的产生机制,认为基体组织中存在微小且分布均匀的气孔结构,在磨削时可产生大区域的平整磨削面,易于发挥金刚石磨料的磨削效果,有利于提升复合材料样品的磨削性能。

Ti_(3)C_(2)T_(x)/Fe_(3)O_(4)纳米复合材料的吸波和电磁屏蔽性能与机制

在电磁屏蔽领域,铁氧体是常用的涂覆型吸波剂,但以Fe_(3)O_(4)为首的铁氧体存在一些不足。本研究采用冷冻干燥的方法成功制备了花苞状Ti_(3)C_(2)T_(x)/Fe_(3)O_(4)复合材料,Ti_(3)C_(2)T_(x)/Fe_(3)O_(4)复合材料的花苞状结构对电磁波的多重反射、界面极化和电磁耦合作用等使复合材料具有更好的微波吸收性能。当频率为6.74 GHz时,最小反射损耗达到-51.41 dB,对应的匹配厚度为2.8 mm,这意味着它可以吸收99.99928%的电磁波。本研究中特殊的花苞状Ti_(3)C_(2)T_(x)/Fe_(3)O_(4)复合材料表现出优异的吸波性能,在电磁屏蔽领域具有良好的应用前景。

不同含量Ti_(3)AlC_(2)/Cu复合材料在不同条件下的摩擦学性能

以不同温度(1300,1350,1400℃)下无压烧结Ti_(3)AlC_(2)粉末以及铜粉末为原料,采用粉末冶金法制备Ti_(3)AlC_(2)/Cu复合材料,研究了不同Ti_(3)AlC_(2)含量(质量分数5%,10%,15%,20%)下复合材料在干摩擦条件以及蒸馏水和海水环境下的摩擦学性能。结果表明:无压烧结Ti_(3)AlC_(2)粉末的适宜温度为1350℃,此时Ti_(3)AlC_(2)质量分数为96%;随着Ti_(3)AlC_(2)含量的增加,复合材料的相对密度降低,硬度先升后降,当Ti_(3)AlC_(2)的质量分数为15%时,硬度最高,约为120 HV;在干摩擦条件下,随着Ti_(3)AlC_(2)含量的增加,复合材料的摩擦因数和磨损率均显著降低;复合材料在蒸馏水和海水环境中的磨损率均低于干摩擦条件下,在蒸馏水环境中的摩擦因数高于干摩擦条件,而在海水环境中的摩擦因数低于在蒸馏水环境且略高于干摩擦条件下。

Ti_(3)C_(2)T_(x)MXene基复合材料驱动器的制备及研究进展

驱动器具备质轻、柔软、微小、智能化等特点,能够通过感受外界刺激如光、电、温度、湿度等产生相应的力、位移或形变,在软机器人、智能穿戴设备、仿生工程等领域具备巨大的应用潜力。然而,驱动器也存在着响应灵敏性和稳定性方面的缺陷。MXene具有高导电性、表面官能团可调性和优越的力学性能,有望成为解决上述问题的关键。目前,MXene材料主要面临易氧化和相对较高的生产成本等挑战,相关研究处于早期阶段,需要进一步验证其实际应用潜力。因此,本文介绍了MXene及MXene基驱动器的制备方法,并梳理光热响应型驱动器、离子响应型驱动器、湿度响应型驱动器及其他响应型驱动器的研究进展,同时对MXene基驱动器未来的研究方向进行了展望。

Al_(2)O_(3)/Cu复合材料的制备及性能分析

以硝酸铜和硝酸铝为原材料,采用喷雾干燥-煅烧-氢还原工艺得到超细、Al_(2)O_(3)在铜基体中均匀弥散分布的Al_(2)O_(3)/Cu复合粉体;经热压烧结(HP)和模压成型-烧结-复压-复烧(MP)分别制备出不同Al_(2)O_(3)含量的Al_(2)O_(3)/Cu复合材料,实验对比两种方法制备出的样品的物相、微观结构、硬度和电导率。结果表明:两种工艺得到的复合材料均具有较高致密度,硬度随着氧化铝含量增加而增大,电导率随着氧化铝含量增加而减小。热压烧结(HP)工艺获得的材料维氏硬度(143.9 HV)比同工艺下纯铜的硬度值(74.2HV)提高了93.9%,电导率高于80.09%IACS;模压成型(MP)工艺制备的样品维氏硬度(136.8 HV)比相同工艺下纯铜的硬度值(42.3 HV)提高了223.4%,电导率维持在82.25%IACS以上。

Ti_(3)AlC_(2)对PcBN材料显微结构及性能的影响

以不同质量分数的Ti_(3)AlC_(2)为结合剂,在5.5 GPa、1450℃的条件下,制备整体式PcBN复合刀具材料,分析不同质量分数的Ti_(3)AlC_(2)对PcBN刀具材料的物相、显微结构及力学性能的影响。结果表明:Ti_(3)AlC_(2)在高温高压下会完全分解成TiC、Al-Ti合金,并与cBN反应生成AlN、TiB_(2)和TiC_(0.7)N_(0.3)等物相;TiC、AlN、TiB_(2)和TiC_(0.7)N_(0.3)均匀分布在cBN周围并与cBN紧密黏结在一起,从而提升PcBN的力学性能。当Ti_(3)AlC_(2)质量分数为25%时,PcBN的相对密度、抗弯强度、断裂韧性和磨耗比均达到最大值,分别为98.9%、592 MPa、6.87 MPa·m^(1/2)和7350;当Ti_(3)AlC_(2)质量分数为20%时,PcBN的显微硬度达到最大值4786.7 HV。

Ti_(2)AlC粉末粒径分布对TiC_(0.5)-Al_(2)O_(3)/Cu复合材料组织及性能的影响

通过不同时间的湿法球磨得到不同粒径分布的Ti_(2)AlC粉末,再与Cu_(2)O粉末和铜粉末混合,利用放电等离子烧结技术制备TiC_(0.5)-Al_(2)O_(3)/Cu复合材料,研究了Ti_(2)AlC粉末粒径分布对其组织和性能的影响。结果表明:随着Ti_(2)AlC粉末中亚微米级颗粒体积分数由0增加到70.27%,复合材料中增强相颗粒TiC_(0.5)和Al_(2)O_(3)在基体中分散更均匀,但是当亚微米级颗粒体积分数为98.07%时,增强相颗粒出现聚集现象;随着亚微米级颗粒体积分数的增加,复合材料的导电率与相对密度先减小后增大,硬度与屈服强度则先升后降,当亚微米级颗粒体积分数为70.27%时,复合材料综合性能最优异。

超级电容器电极用Ti_(3)C_(2)T_(x)基复合材料的研究进展

碳化钛(Ti_(3)C_(2)T_(x))作为一种MXene材料,具有独特的结构和优良的导电性、稳定性以及优越的电化学性能,常被用作超级电容器电极材料。本文结合碳化钛(Ti_(3)C_(2)T_(x))材料层状结构的特性,梳理了超级电容器电极用Ti_(3)C_(2)T_(x)基复合材料的研究进展,重点阐述了Ti_(3)C_(2)T_(x)材料的结构、性能、制备以及通过不同技术手段与多类材料复合后的电化学性能;归纳了Ti_(3)C_(2)T_(x)基复合材料性能提升的原因,包括增大层间距、提供更多活性位点、提高坚韧性等;最后指出Ti_(3)C_(2)T_(x)基复合材料的未来研究重点,如探究新的基体母相、丰富刻蚀方法、改进现有复合材料、探究更多更高效的复合材料等。

Ti_3AlC_2/Cu复合材料的制备及其性能研究

采用粉末冶金的方法在1000℃和30MPa的热压条件下,烧结制备了以Ti3AlC2为增强相的Ti3AlC2/Cu复合材料,研究了增强相含量(10%～40%)对复合材料的显微结构、抗弯强度、硬度和电阻率的影响。结果表明:Ti3AlC2能够有效增强铜,当Ti3AlC2含量为30%时,增强效果最佳,复合材料的抗弯强度达1033MPa,最大形变为2.5%,增强相含量继续增加时,复合材料的强度反而降低;随着增强相含量的增加,复合材料渐趋脆性断裂,同时复合材料的电阻率基本呈线性升高。

Cu/Ti_3AlC_2复合材料的耐磨性研究

以元素单质粉Ti,Al,C,Cu为原料,采用机械合金化和放电等离子烧结(SPS),成功制备了Cu/Ti3AlC2复合材料块体,并对其进行了组织性能分析。实验结果表明:采用SPS烧结技术制备的Cu/Ti3AlC2复合材料,随着Ti3AlC2含量的增加,其显微硬度逐渐提高,相同烧结工艺条件下(900℃烧结,保温20 min)添加15vol%Ti3AlC2复合材料的硬度比纯Cu提高近2倍;添加适量的Ti3AlC2可显著提高复合材料的耐磨性,当复合材料中含5vol%Ti3AlC2时,磨损量降低30%以上。

Ti_(3)C_(2)/N-TiO_(2)复合材料的制备及吸附/光催化去除污染物性能

首先利用煅烧TiN制备了N-TiO_(2),并采用HF溶液腐蚀Ti3AlC2合成了Ti_(3)C_(2),然后将两者以不同质量比值进行混合,通过超声法构建了一系列Ti_(3)C_(2)/N-TiO_(2)复合材料。采用X射线衍射仪、透射电子显微镜、X射线光电子能谱仪、紫外-可见分光光度计等多种表征手段对样品的物相、形貌和组成进行了分析。以罗丹明B水溶液为模拟污染物,研究了样品对污染物的吸附性能和光催化降解性能。结果表明,6%Ti_(3)C_(2)/N-TiO_(2)复合材料显示出最好的污染物吸附性能和可见光光催化降解性能,其光催化降解污染物效率分别是10%Ti_(3)C_(2)/N-TiO_(2)、2%Ti_(3)C_(2)/N-TiO_(2)和N-TiO_(2)的1.2、1.4和1.9倍。催化降解污染物过程中的主要活性物质是·OH和·O-2,且三次循环实验表明Ti_(3)C_(2)/N-TiO_(2)具有较好的光催化稳定性能。Ti_(3)C_(2)的引入拓展了复合材料的吸收带边,增强了可见光的吸收强度,促进了光生电子和空穴的分离,从而提高了Ti_(3)C_(2)/N-TiO_(2)复合体系的光催化性能。

二维Ti_(3)C_(2)T_(x)MXene基复合材料在柔性传感器领域的研究进展

Ti_(3)C_(2)T_(x)MXene是一种新型层状二维材料,具备良好的亲水性、导电性、稳定性和机械性能,在柔性传感器领域备受关注。然而,由于Ti_(3)C_(2)T_(x)MXene的自堆积问题,导致表面活性位点减少,粒子的快速传输受到限制,需要对其进行改性和优化。综述了近年来二维Ti_(3)C_(2)T_(x)基复合材料在柔性传感器领域的研究进展,通过与碳材料、过渡金属氧化物、导电聚合物等复合,Ti_(3)C_(2)T_(x)的机械性能与电化学性能能够显著提升,可以更好地应用于柔性传感器领域。

用于NO_(2)室温检测的ZnO/Ti_(3)C_(2)T_(x)纳米复合材料气体传感器

通过种子层诱导自组装的方式合成了ZnO/Ti_(3)C_(2)T_(x)纳米复合材料,并对其结构和微观形貌进行分析。结果显示,与ZnO气体传感器相比,ZnO/Ti_(3)C_(2)T_(x)气体传感器在对10^(-5)NO_(2)响应度变化不大的情况下,工作温度大幅度降低,实现了室温检测;并对其可能的气敏机理进行了深入分析。实验工作表明了ZnO/Ti_(3)C_(2)T_(x)气体传感器在NO_(2)的室温检测中具有潜在的应用价值。

Cu/Ti_3SiC_2复合材料的制备及其磨损性能研究

以Cu粉、Ti3SiC2粉末为原料,采用热压烧结技术,制备了不同体积分数的Cu/Ti3SiC2复合材料。用光学显微镜分析了该复合材料的微观组织,利用环块式摩擦磨损试验机测试了其磨损性能,采用SEM、EDS和XRD观察分析发该复合材料的磨损表面形貌及其组成。结果表明:Ti3SiC2在基体组织中分布均匀,随着其含量的增加,其在基体组织中的分布有聚集的趋势,材料的致密度逐渐下降;磨损质量损失在Ti3SiC2含量达到20vol%时最小;该复合材料的磨损机理以粘着磨损、磨粒磨损为主,同时伴随有一定量的氧化磨损,氧化产物为Cu2O。

镀铜CNTs/Ti_(3)AlC_(2)增强AZ91D复合材料的制备及机理研究

采用自蔓延高温合成法制备Ti_(3)AlC_(2)陶瓷粉体,对CNTs粉体、Ti_(3)AlC_(2)粉体进行化学镀铜,表面改性.以镀铜后的CNTs粉体、Ti_(3)AlC_(2)粉体为增强相,AZ91D粉末为基体,采用热压烧结法制备CNTs/Ti_(3)AlC_(2)/AZ91D复合材料.确定复合材料的最佳原料配比为:镀铜后的CNTs∶镀铜后的Ti_(3)AlC_(2)∶AZ91D=1∶25∶74,热压烧结的最佳工艺参数为:压力为35MPa,烧结温度为500℃.测试了复合材料的各项性能,随着CNTs粉体含量的增加,复合材料的密度逐渐减小,硬度先增加后减小.复合材料的力学性能:弯曲强度为342 MPa、压缩强度为427MPa、剪切强度为119MPa,复合材料拉伸强度提高了25.52%,屈服强度提高了122.46%,延伸率提高了33.54%.并分析了影响复合材料性能的U相生成机制、位错强化机制、载荷强化机制等机理.

原位热压合成Ti_3AlC_2/Al_2O_3复合材料的研究

以Ti,Al,TiC,TiO2粉末为原料,采用原位热压合成法制备了Ti3AlC2/Al2O3复合材料。主要考察不同Al2O3含量对复合材料性能的影响。在1400℃,30MPa压力,保温2h条件下烧结制得致密的Ti3AlC2/Al2O3块体材料。采用XRD分析了不同Al2O3含量的复合材料的相组成。用SEM观察组织结构特征。测量了维氏硬度和电导率同Al2O3含量的关系曲线。研究结果表明,Al2O3的加入可大幅度提高复合材的硬度。Ti3AlC2/25%Al2O3的维氏硬度可达8.7GPa。虽然添加Al2O3后复合材料的电导率有所下降,但Al2O3对复合材料强度和硬度的增加有显著的贡献。Ti3Al2C2/Al2O3乃不失为一种性能良好的高温结材材料。

基于β-CD-MOFs/rGO/Ti3C2纳米复合材料修饰的生物传感器检测吲哚乙酸的研究

为精准定量植物组织复杂基质中的吲哚乙酸(IAA),本研究采用自组装方法合成了β-环糊精-金属有机骨架材料/还原氧化石墨烯/碳化钛(β-CD-MOFs/r GO/Ti_(3)C_(2))纳米复合材料,该复合物电子传递阻力低,具有良好的电催化活性。将该纳米复合材料修饰在玻碳电极上,Fe(CN)_(6)^(3-/4-)作为探针,通过吲哚乙酸抗体特异性结合吲哚乙酸,采用差分脉冲伏安法(Differential Pluse Voltammery,DPV)测定Fe(CN)_(6)^(3-/4-)峰电流变化,从而实现对IAA的高灵敏检测。结果显示,Fe(CN)_(6)^(3-/4-)峰电流与吲哚乙酸浓度在0.01ng/m L~10ng/m L之间线性良好,检出限(S/N=3)为2.88pg/m L,回收率为88.52%~102.51%。该生物传感器具有良好的选择性和重现性,可用于水稻和拟南芥叶片等复杂基质中IAA的检测。

内氧化法制备Al_2O_3/Cu复合材料

Al2O3/Cu复合材料不仅具有和纯铜一样优良的导电、导热性能,而且由于弥散强化的作用使其拥有高的硬度和强度,特别是优越的高温强度,从而使其成为越来越重要的工程材料之一。论述了Al2O3/Cu复合材料的强化机理及Cu-Al合金的内氧化机理,重点阐述丁内氧化过程中Al2O3颗粒的形核、长大和粗化,并采用内氧化法制备了性能优越的Al2O3/Cu复合材料。

内氧化法制备Al_2O_3/Cu复合材料的再结晶行为

以Cu2O为氧化剂,采用Cu-Al合金粉末内氧化及后续的粉末冶金法制备了Al2O3/Cu复合材料。并将不同Al2O3含量的试样进行不同变形量的冷拔处理,在氮气保护下进行高温退火处理(700℃～1050℃,1h)。研究了硬度随退火温度的变化规律,观察了显微组织。结果表明:在铜基体中弥散分布着纳米级的Al2O3颗粒;经900℃,1h退火后Al2O3/Cu复合材料的硬度可保持室温的87%以上;其再结晶温度高达1000℃;变形量和Al2O3含量增加均使硬度提高,但对软化和再结晶温度影响不大。