MXene纳米颗粒Ti_(3)C_(2)T_(X)与光热效应促进糖尿病小鼠创面愈合

背景:MXene纳米颗粒具备出色的亲水性、生物相容性和抗菌特性,被广泛应用于创面、肿瘤、神经修复和心血管等治疗领域,目前尚不清楚MXene纳米颗粒对糖尿病创面愈合的作用。目的:考察MXene纳米颗粒Ti_(3)C_(2)T_(x)的体外抗氧化、抗炎和光热抗菌活性,以及对糖尿病小鼠创面的修复效果。方法:①体外实验:采用MTT法检测不同质量浓度Ti_(3)C_(2)T_(x)对小鼠成纤维细胞(NIH-3T3)的毒性作用。将NIH-3T3细胞暴露在H_(2)O_(2)中,采用MTT法检测不同质量浓度Ti_(3)C_(2)T_(x)对NIH-3T3细胞的保护作用。将NIH-3T3细胞暴露在H_(2)O_(2)中,分析光照(或不光照)处理下Ti_(3)C_(2)T_(x)(20μg/mL)对NIH-3T3细胞活性氧生成的影响。将RAW264.7巨噬细胞分3组处理:对照组、脂多糖组与脂多糖+Ti_(3)C_(2)T_(x)组,采用实时定量PCR法检测细胞中特定基因(CD86、白细胞介素6、CD206、精氨酸酶1)的表达。将大肠杆菌(或金黄色葡萄球菌)分3组处理:对照组、Ti_(3)C_(2)T_(x)组、Ti_(3)C_(2)T_(x)光照组,利用平板菌落计数法计算细菌存活率。②体内实验:通过腹腔注射链脲佐菌素的方法构建ICR小鼠糖尿病模型,造模成功后在小鼠背部建立全层皮肤缺损创面,随机分3组干预:对照组(n=6)、Ti_(3)C_(2)T_(x)组(n=6)和Ti_(3)C_(2)T_(x)光照组(n=6),观察创面愈合情况,干预后第7天进行创面组织CD31、CD206免疫组化染色,干预后第7,14天进行创面组织苏木精-伊红与Masson染色。将Ti_(3)C_(2)T_(x)溶液注射至ICR小鼠皮下,在光照(或非光照)后,通过血生化检测分析Ti_(3)C_(2)T_(x)对小鼠的毒性作用。结果与结论:①体外实验:Ti_(3)C_(2)T_(x)质量浓度在5-160μg/mL范围内对NIH-3T3细胞无毒性作用,在质量浓度20μg/mL时可增加NIH-3T3细胞存活率。10-80μg/mL的Ti_(3)C_(2)T_(x)可显著提升H_(2)O_(2)干预下的NIH-3T3细胞存活率。Ti_(3)C_(2)T_(x)可显著抑制H_(2)O_(2)干预下NIH-3T3细胞活性氧的生成,光照处理可进一步提升Ti_(3)C_(2)T_(x)抑制活性氧生成的作用。Ti_(3)C_(2)T_(x)能够有效抑制由脂多糖诱导的巨噬细胞炎症,促进细胞向具有抗炎特性的M2型巨噬细胞转化。Ti_(3)C_(2)T_(x)与Ti_(3)C_(2)T_(x)光照均可显著抑制大肠杆菌和金黄色葡萄球菌的生长,并且Ti_(3)C_(2)T_(x)光照的抑制效果更显著。②体内实验:创面大体与组织学分析显示,Ti_(3)C_(2)T_(x)与Ti_(3)C_(2)T_(x)光照均可促进糖尿病小鼠创面的愈合,并且Ti_(3)C_(2)T_(x)光照的促进作用更显著。免疫组化染色结果显示,Ti_(3)C_(2)T_(x)与Ti_(3)C_(2)T_(x)光照均可抑制糖尿病创面的炎症反应并促进血管的生成,并且Ti_(3)C_(2)T_(x)光照的作用更显著。血生化检测结果显示,Ti_(3)C_(2)T_(x)与光照对小鼠无明显毒性作用。③结果表明,Ti_(3)C_(2)T_(x)借助独特的光热效应能够高效地展现抗氧化、抗炎和抗菌特性,促进糖尿病小鼠创面的愈合。

纤维素/Ti_(3)C_(2)T_(x)气凝胶的制备及其电磁屏蔽和吸波性能

为了减少电磁污染对环境和人体产生的危害,以纤维素纳米纤维(CNF)为骨架、Ti_(3)C_(2)T_(x)-MXene为导电填料,制备了兼具电磁屏蔽和吸波性能的三维多孔气凝胶复合材料,对其形貌结构、电磁屏蔽效能和吸波效能进行测试表征。结果表明:厚度2 mm、Ti_(3)C_(2)T_(x)质量分数为66.7%的CNF/Ti_(3)C_(2)T_(x)气凝胶材料,在X波段的平均电磁屏蔽效能(EMI SE)为44 dB;厚度2 mm、Ti_(3)C_(2)T_(x)质量分数为14.3%的气凝胶材料的反射损耗(RL)最低可达-21 dB,RL小于-10 dB的有效吸收带宽(EAB)能覆盖64%的X波段;通过简单调控导电填料含量,便可实现在不同场景下的电磁屏蔽或吸波应用,且该材料的电磁屏蔽效能满足商业标准要求的20 dB。为设计具有无污染、质量轻、屏蔽效能高的电磁功能材料提供了一种有效思路。

Ti_(3)SiC_(2)陶瓷材料制备方法研究进展

作为MAX相家族重要成员,钛硅化碳Ti_(3)SiC_(2)除了具有耐高温、抗氧化性能外,还具有与金属类似的优异导电性、导热性和可加工性,在电接触材料、热交换器构件材料、润滑材料等领域展现出较大的应用潜力,成为当前一种备受关注的新型陶瓷材料。现有的Ti_(3)SiC_(2)制备方法主要有无压烧结、热压烧结、热等静压、放电等离子烧结、前驱体转换陶瓷、反应熔体浸渗法、熔盐法、化学气相沉积、物理气相沉积等。本文首先阐述了Ti_(3)SiC_(2)材料的结构与性能,然后重点综述了国内外Ti_(3)SiC_(2)陶瓷材料的制备方法,最后展望了Ti_(3)SiC_(2)陶瓷材料的应用前景。

Ag_(3)PO_(4)修饰AgBr纳米线/Ti_(3)C_(2)双异质结光催化剂降解罗丹明B

以十六烷基三甲基溴化铵(CTAB)为模板和溴源,通过添加Ti_(3)C_(2)MXene,使用共沉淀法制备了Ag_(3)PO_(4)修饰AgBr纳米线/Ti_(3)C_(2)双异质结光催化剂(Ag_(3)PO_(4)-AgBr NW/Ti_(3)C_(2)),采用SEM、TEM、XRD、XPS、紫外-可见漫反射光谱、荧光光谱对Ag_(3)PO_(4)-AgBr NW/Ti_(3)C_(2)进行了表征。以罗明丹B(RhB)为目标降解物,考察了质量分数1%的Ti_(3)C_(2)水分散液添加量对Ag_(3)PO_(4)-AgBr NW/Ti_(3)C_(2)光催化降解RhB的影响。结果表明,层状Ti_(3)C_(2)分布在AgBr纳米线周围,Ag_(3)PO_(4)纳米粒子修饰在两者之上,3种化合物之间形成Z型和肖特基双异质结;质量分数1%的Ti_(3)C_(2)分散液添加量为0.5 g制备的Ag_(3)PO_(4)-AgBr NW/Ti_(3)C_(2)-5具有最佳的光催化降解RhB性能,30 mg该光催化剂对30 mL质量浓度为10 mg/L RhB溶液的降解率为94.4%;超氧自由基和羟基自由基是Ag_(3)PO_(4)-AgBr NW/Ti_(3)C_(2)光催化降解RhB过程中起主要作用的活性物种;AgBr、Ag_(3)PO_(4)、Ti_(3)C_(2)三者之间形成的Z型和肖特基双异质结增强了光生电子-空穴对(e--h+)的分离效率,提升了Ag_(3)PO_(4)-AgBr NW/Ti_(3)C_(2)光催化性能。

Ti_(3)SiC_(2)基复合材料的研究进展

Ti_(3)SiC_(2)作为一种新型金属陶瓷材料,集金属和陶瓷特性于一身,如具有高热导率、高熔点、高屈服强度、良好的热稳定性、高弹性模量、优异的抗热震性等。但纯Ti_(3)SiC_(2)材料在高于1100℃时抗氧化性较差,同时由于高温塑性变形导致其在高温下的强度降低,其使用范围受到限制。目前,一般通过引入增强相来制备综合性能优异的Ti_(3)SiC_(2)基复合材料。重点综述了近年来Ti_(3)SiC_(2)基复合材料的研究现状,分析了常见的几种Ti_(3)SiC_(2)基复合材料的制备方法、增强相及复合材料的各项性能,并提出了进一步的发展方向。

表面基团对Ti_(3)C_(2)T_(x)吸附NO性能影响的第一性原理研究

本工作基于密度泛函理论的第一性原理方法,构建了Ti_(3)C_(2)O_(2)、Ti_(3)C_(2)O1.5(OH)0.5、Ti_(3)C_(2)O(OH)、Ti_(3)C_(2)O1.5F0.5和Ti_(3)C_(2)OF五种模型,从几何结构、电荷转移以及电子性质等方面研究了基团种类和比例对Ti_(3)C_(2)T_(x)吸附NO的影响。结果表明:相较于Ti_(3)C_(2)O_(2),含低比例-OH和-F基团的Ti_(3)C_(2)T_(x)对NO的吸附能更大,电荷转移更弱,不利于其探测NO,与实验结果一致;但随着-OH和-F比例的提高,吸附能分别减小和增大,电荷转移分别增强和减弱,表明高比例的-OH有利于Ti_(3)C_(2)T_(x)探测NO,而高比例的-F是不利的;同时,在吸附NO后,Ti_(3)C_(2)O_(2)在费米能级附近的能带极值曲率变小,电子有效质量增大,表明-O基团有利于Ti_(3)C_(2)T_(x)探测NO。在几何弛豫过程中NO分子总是以N原子靠近衬底,吸附距离均较小,而且最近邻原子的电子轨道出现杂化,电子的聚集和消散位于两端,表明最近邻原子间成键较弱且偏离子性。此计算结果可以为Ti_(3)C_(2)T_(x)探测和屏蔽NO提供理论指导,同时为Ti_(3)C_(2)T_(x)的表面改性提供思路。

Ti_(3)C_(2)T_(x)超薄纳米片高效率去除废水中重金属的研究

通过刻蚀剥离法制备了Ti_(3)C_(2)T_(x)超薄纳米片,探究了其对废水中重金属离子的吸附特性。通过SEM、XRD、AFM、FT-IR、Raman对Ti_(3)C_(2)T_(x)超薄纳米片的形貌和结构进行了表征,通过ICP-MS对处理前后水体中重金属离子的含量进行了测试。结果表明剥离的Ti_(3)C_(2)T_(x)超薄纳米片表面含有结构缺陷和羟基,当水体中Cu(Ⅱ)、Pb(Ⅱ)、Cr(Ⅵ)初始浓度为50 mg/L时,47.5 mg Ti_(3)C_(2)T_(x)超薄纳米片对其的去除效率高达90%以上,尤其是对Pb(Ⅱ)的去除效率达到了98.81%,吸附性能远高于大孔树脂、硅藻土和活性炭等常见吸附试剂。在Na(Ⅰ)、Cu(Ⅱ)、Pb(Ⅱ)、Cr(Ⅵ)4种离子共存溶液中,Ti_(3)C_(2)T_(x)超薄纳米片对于Pb(Ⅱ)和Cr(Ⅵ)的去除依然可以达到92%以上。通过动力学和吸附等温拟合,Ti_(3)C_(2)T_(x)纳米片对Pb(Ⅱ)的吸附符合拟二级动力学模型和Langmuir等温模型,对Pb(Ⅱ)的最大吸附量和最低检出限分别为81.7 mg/g和0.0094 mg/L。Ti_(3)C_(2)T_(x)超薄纳米片对重金属离子的吸附特性在化学工业、食品加工的废水处理中具有良好的应用前景。

单层Ti_(3)C_(2)T_(x)/ZnO复合光催化剂的制备及对盐酸四环素的降解应用

采用二甲基亚砜(DMSO)插层法制备单层Ti_(3)C_(2)T_(x),并用共沉淀法合成了高催化活性的Ti_(3)C_(2)T_(x)/ZnO复合光催化剂。通过X射线粉末衍射(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)、X射线光电子能谱(XPS)和紫外-可见漫反射光谱(UV-Vis DRS)等手段进行表征。结果表明:ZnO与Ti_(3)C_(2)T_(x)复合后,其光催化性能得到了明显提升,当Ti_(3)C_(2)T_(x)与ZnO复合比例为16%时,其具有最佳的降解效果,在可见光照射2h下对盐酸四环素(TCH)降解率可达91.36%。光催化活性的提高主要由于Ti_(3)C_(2)T_(x)与ZnO表面形成的肖特基势垒有效地抑制了电子空穴的复合,提高了光催化效率。

Ti_(3)C_(2)掺杂MgH_(2)高性能固态储氢材料性能研究

氢能被认为是理想的未来能源,具有清洁、高效、可再生等优点,有望解决能源危机、环境污染等问题。氢化镁(MgH_(2))的质量储氢密度高达7.6wt%、价格较低、储量丰富、性价比高,是传统金属氢化物中储氢量最大的固态储氢材料。文章将二维层状Ti_(3)C_(2)掺杂到MgH_(2)中,制备MgH_(2)-χwt%Ti_(3)C_(2)复合材料,改善MgH_(2)储氢性能,进而降低复合材料放氢温度、提高其吸氢速度,得到循环储氢性能较优的高性能复合储氢材料,为MgH_(2)储氢应用提供技术支持。

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。

CoP修饰Ti_(3)C_(2)T_(x)MXene纳米复合材料作为高效析氢反应电催化剂

高效、经济和环保是电化学水分解制氢电催化剂的关键要素。二维(2D)MXene材料因其独特的物理化学性质而受到广泛关注。虽然有许多不同种类的MXene材料,但只有少数具有本征析氢反应(HER)催化活性。然而,MXene材料具有很多优点,如较大的比表面积、高电导率和丰富的表面官能团,因此可以作为与其他物质复合的理想平台。本研究首先通过密度泛函理论(DFT)预测了CoP与Ti_(3)C_(2)T_(x)MXene(其中T_(x)=―F和―OH官能团)具有低的氢吸附自由能(ΔGH^(*))。接着,我们合成了CoP-Ti_(3)C_(2)T_(x)MXene纳米复合材料,并在0.5 mol∙L^(−1)H_(2)SO_(4)中测试了其电催化HER性能。该材料在电流密度为10 mA∙cm^(−2)时表现出了低的过电位(135 mV)和Tafel斜率为48 mV∙dec^(−1)。理论计算表明,CoP-Ti_(3)C_(2)T_(x)MXene纳米复合材料的优异电催化性能源于Ti_(3)C_(2)T_(x)的高金属导电性、良好的界面电荷转移、快速的氢吸附/解吸过程以及优化的电子结构。

Ti_(3)C_(2)T_(x)改性棉织物的结构及性能

将Ti_(3)C_(2)T_(x)涂布在聚乙烯亚胺预处理棉织物的表面,制备Ti_(3)C_(2)T_(x)改性棉织物。聚乙烯亚胺预处理大大提高了Ti_(3)C_(2)T_(x)在棉织物表面的负载量和负载牢度。涂布Ti_(3)C_(2)T_(x)后,棉织物由白色转变成深黑色,K/S值大幅提高。棉纤维表面被Ti_(3)C_(2)T_(x)均匀包覆,形成一层连续致密的Ti_(3)C_(2)T_(x)导电涂层。Ti、F、Cl三种元素被成功引入到棉织物表面,相对原子比分别为18.68%、6.39%和3.28%。Ti_(3)C_(2)T_(x)在棉织物表面成膜后,提升了对氧气和水的稳定性,而且基本不影响棉织物的透气性能。

氮掺杂Ti_(3)C_(2)MXene量子点荧光探针用于α-葡萄糖苷酶活性检测

α-葡萄糖苷酶是生物体糖代谢途径中不可或缺的一类酶,发展简单、灵敏、准确的α-葡萄糖苷酶活性检测及抑制剂筛选方法对于糖尿病的治疗与预防具有重要意义。该文基于氮掺杂Ti_(3)C_(2)MXene量子点(NTi_(3)C_(2)MQDs)荧光探针和内滤效应(IFE),构建了一种“开-关-开”型荧光传感α-葡萄糖苷酶活性检测及抑制剂筛选的新方法。研究发现,N-Ti_(3)C_(2)MQDs发射蓝色荧光(λem=440 nm),荧光量子产率为15.7%。其检测机理为:α-葡萄糖苷酶水解底物对硝基苯基-α-D-吡喃葡萄糖苷,水解产物对硝基苯酚通过内滤效应导致NTi_(3)C_(2)MQDs荧光猝灭;而抑制剂阿卡波糖可使α-葡萄糖苷酶的活性受到抑制,水解产物减少,N-Ti_(3)C_(2)MQDs荧光恢复。结果显示,N-Ti3C2 MQDs探针荧光强度与α-葡萄糖苷酶浓度在5~300 U/L范围内呈良好线性关系,检出限为2.5 U/L(S/N=3),对阿卡波糖的半最大抑制浓度(IC_(50))为178.5μmol/L。该方法具有成本低、操作简单、灵敏度高、选择性好等特点,已成功用于人血清中α-葡萄糖苷酶活性的测定。

Ni/Ti_(3)C_(2)(MXene)催化剂制备及催化肉桂醛选择加氢性能

以氢氟酸为蚀刻剂,Ti_(3)AlC_(2)为原料制备的多层Ti_(3)C_(2)(MXene)为载体,采用KBH4还原法制备了Ni负载量(即Ni的理论质量分数,下同)5%~20%的Ni/Ti_(3)C_(2)催化剂,通过XRD、FTIR、SEM、N_(2)吸附-脱附、NH_(3)-TPD、CO_(2)-TPD对Ni/Ti_(3)C_(2)进行了表征,考察了其催化肉桂醛选择加氢的性能。结果表明,Ni负载量为10%的Ni/Ti_(3)C_(2)催化剂(记为10Ni/Ti_(3)C_(2))具有最佳的性能,其Ni金属颗粒均匀负载在Ti_(3)C_(2)表面上,层状结构清晰,比表面积为9.6 m^(2)/g,具有最小的金属Ni平均粒径(43.59 nm)和最高的分散度(0.21%)。随着Ni负载量的增加,Ni/Ti_(3)C_(2)的比表面积和酸位点强度逐渐增加,表面酸性位点种类变化不大,10Ni/Ti_(3)C_(2)具有强Lewis酸位点(NH_(3)脱附峰在511℃左右),热稳定性较好。在H_(2)压力2.0 MPa、30 mL异丙醇为溶剂、反应温度120℃的条件下,0.5000 g 10Ni/Ti_(3)C_(2)催化1.0000 g肉桂醛选择加氢反应3.0 h,肉桂醛转化率和苯丙醇选择性分别为100%和99.29%;在4次循环中,10Ni/Ti_(3)C_(2)表现较高的催化稳定性,肉桂醛转化率100%,苯丙醇选择性99.29%~92.07%。

基于N掺杂Ti_(3)C_(2)MXene量子点的荧光探针用于Hg2+和S2-的传感检测

基于N掺杂Ti_(3)C_(2) MXene量子点(N-Ti_(3)C_(2) MQDs)荧光探针和配位相互作用,构建了一种检测Hg^(2+)和S^(2-)的“开-关-开”型荧光传感新方法.研究发现,制备的N-Ti_(3)C_(2) MQDs发射蓝色荧光(λem=440 nm),荧光量子产率为15.7%.Hg^(2+)与N-Ti_(3)C_(2) MQDs表面的—NH2,—COOH,—OH等官能团产生选择性配位作用,导致N-Ti_(3)C_(2) MQDs体系荧光猝灭.当加入S^(2-)后,由于S^(2-)与Hg^(2+)之间强的结合力,形成HgS沉淀,从而使N-Ti_(3)C_(2) MQDs体系荧光恢复.基于该原理,构建了一种“开-关-开”型荧光传感方法,实现了对Hg^(2+)和S^(2-)的定量检测.N-Ti_(3)C_(2) MQDs探针的荧光强度与Hg^(2+)浓度在0.02~200μmol/L范围内呈良好线性关系,检出限为10 nmol/L(S/N=3);与S^(2-)浓度在0.07~150μmol/L范围内呈良好线性关系,检出限为30 nmol/L(S/N=3).该方法具有成本低、操作简单、灵敏度高和选择性好等特点,并可用于水样中Hg^(2+)和S^(2-)的检测.

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。

前驱体转化陶瓷法制备Ti_(3)SiC_(2)陶瓷及其热稳定性研究

Ti_(3)SiC_(2)具有良好的高温稳定性,可作为改性材料来提高C/C复合材料的抗氧化性能,应用潜力巨大。本工作以钛粉和液态聚碳硅烷(Liquid Polycarbosilane,LPCS)作为原料,采用前驱体转化陶瓷(Polymer Derived Ceramics,PDC)法在1200、1300、1400、1500℃下制备了四种相含量的Ti_(3)SiC_(2)陶瓷,研究了烧结温度对其物相组成及形貌的影响,以及不同Ti_(3)SiC_(2)相含量对陶瓷材料的抗氧化和抗热震性能的影响。结果表明,在Ti:Si物质的量比为3:1.5,烧结温度为1300、1400、1500℃条件下,均有层状结构的Ti_(3)SiC_(2)生成。当烧结温度为1400℃时,陶瓷产物中Ti_(3)SiC_(2)质量分数达到92.10%,抗弯强度达172.68 MPa。在1300℃静态空气环境下氧化7 h,陶瓷氧化增重随Ti_(3)SiC_(2)相含量增大而逐渐降低,这是由于氧化过程中材料表面生成了以TiO_(2)为主相的保护膜,有效延缓了氧气向内部扩散。对试样进行1300℃空气热震和抗弯强度测试发现,随着热震次数的增加,所有材料的残余强度均有所下降;但随着Ti_(3)SiC_(2)相含量增大,试样的抗热震性能和残余强度均提高。Ti_(3)SiC_(2)相质量分数为92.10%的试样经过30次热震后失重30.66%,残余强度为120.18 MPa,这主要归因于层状结构的Ti_(3)SiC_(2)大幅增加了裂纹扩展路径及其良好的抗氧化性能。

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)AlC_(2)含量对聚晶金刚石性能的影响

结合剂的类型和含量对聚晶金刚石的性能有很大的影响。以5μm金刚石为原材料,选用MAX相中的Ti_(3)AlC_(2)为结合剂,在5.5 GPa、1500℃下制备不同Ti_(3)AlC_(2)含量的聚晶金刚石,分析了Ti_(3)AlC_(2)的含量对聚晶金刚石的物相、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形成TiC和Al-Ti合金,并与金刚石反应生成Al4C3和TiC等物相,且TiC和Al4C3均匀分布在金刚石颗粒间并与金刚石紧密黏结在一起,从而提升聚晶金刚石的力学性能。当Ti_(3)AlC_(2)质量分数为20%时,聚晶金刚石的相对密度、维氏硬度和磨耗比均达到最大值,分别为99.3%、54.0 GPa和5733.3;当Ti_(3)AlC_(2)质量分数为25%时,聚晶金刚石的断裂韧性达到最大值5.23 MPa·m^(1/2)。

Ni@Ti_(3)C_(2)复合材料制备及其吸波性能研究

采用一步水热法在Ti_(3)C_(2)层间插入磁性镍颗粒制备Ni@Ti_(3)C_(2)复合材料,通过改变镍颗粒与Ti_(3)C_(2)的质量比,制备了3种具有多重损耗机制的电磁波吸收材料,研究了2~18 GHz频率范围内材料的电磁参数和吸波性能。实验结果证明,镍颗粒的引入可改善Ti_(3)C_(2)的阻抗匹配并提升其吸波性能。20%质量分数Ni@Ti_(3)C_(2)/石蜡复合吸波材料在厚度为4.5 mm时有效吸收带宽达到5.2 GHz(对应频率范围为12.2~17.4 GHz),在14.4 GHz频率下最小反射损耗为-40.16 dB。研究表明,Ni@Ti_(3)C_(2)复合材料有望成为一种轻薄、高性能的吸波材料。