BN粒子改性PVDF电纺纤维膜插层增强碳纤维/环氧树脂复合材料层间韧性

针对纤维增强复合材料层压板的分层失效问题,本文提出了一种氮化硼(BN)粒子改性聚偏氟乙烯(PVDF)电纺纤维膜以插层方式增强碳纤维/环氧树脂(CF/EP)复合材料层间断裂韧性的方法。通过超声处理将BN均匀分散于PVDF溶液中,利用静电纺丝方法制备了BN改性PVDF纤维膜(BN&PVDF),作为插层材料被引入碳纤维的层间,采用手工铺设-真空热压法制备BN&PVDF增强CF/EP复合材料层压板(BN&PVDF-CF/EP)。重点研究了BN粒子含量对改性PVDF电纺纤维膜增强CF/EP层间断裂韧性的影响及相关增韧机理。研究结果显示:当BN含量为3.2wt%时,BN&PVDF电纺纤维膜的增韧效果最好,相对于CF/EP,BN&PVDF-CF/EP的Ⅰ型层间断裂韧性提高了129.6%,Ⅱ型层间断裂韧性提高了160.6%;BN粒子引入后,提高了PVDF的拉伸强度和模量;SEM分析显示,BN粒子被部分镶嵌于PVDF纤维上,提高了PVDF纤维表面的粗糙度,增强了PVDF纤维与基体的界面相互作用,引起了更加复杂的增韧形式并提高了PVDF纤维的增韧效果。

B掺杂对HoCo2化合物的结构和磁热效应的影响

为了研究B掺杂对HoCo2化合物的结构和磁热效应的影响,采用电弧熔炼炉制备了HoCo2B x(x=0~0.2)系列样品,使用X射线衍射仪和综合物性测量系统分别表征了它们的结构和磁热效应。实验结果表明,B只能微量固溶在HoCo2化合物中。HoCo2化合物具有MgCu 2型立方晶体结构,它的空间群为Fd3 m。B掺杂后晶格常数有所增大,在x=0.1时达到极大值a=7.1759。所有化合物都是一级相转变材料,在磁场诱导下它们在居里温度附近发生了顺磁性到铁磁性的转变。在1 T的磁场下,HoCo2B x(x=0.0~0.15)化合物的磁熵变分别为12.9、12.58、10.11、8.07 J/(kg·K)。B掺杂对HoCo2化合物的晶体结构和磁性能均有一定的影响,为研究间隙原子掺杂对RCo 2化合物结构和磁性能的影响提供了参考价值。

辐射光致发光材料及其应用研究进展

随着我国核辐射技术的进步,辐射探测在近些年也得到了高速发展,并被广泛应用于辐射安全监测、放射性医学诊疗、X射线安监系统、工业无损探伤以及微观粒子轨迹探测等诸多领域。辐射光致发光(Radio-photoluminescence,RPL)是一种在电离辐射作用下,材料内部产生新的发光中心,并被紫外光激发进而发光的现象,可作为一种新型辐射探测手段。RPL材料通常具有存储辐射信息、信息几乎不衰减、剂量线性响应好、均匀稳定的高辐射灵敏度、能量依赖性小和可重复读数等特点,弥补了光释光(Optically stimulated luminescence,OSL)和热释光(Thermally stimulated luminescence,TSL)材料在存储稳定性和重复使用性等方面的不足。自RPL现象被报道以来,RPL材料层出不穷,如传统的Ag掺杂磷酸盐玻璃、Al2O3:C,Mg和LiF,再到新型的Cu离子掺杂体系、Sm离子掺杂体系以及无掺杂体系材料等。同时,RPL应用也被不断发掘,目前它已成为辐射探测领域不可或缺的材料之一。基于此,本文概述了RPL材料的最新进展,重点梳理了传统和新型RPL材料的发光原理、性能特点及其应用,特别对比了不同RPL材料在辐射探测性能方面的差异。最后,本文对RPL材料的优势及其不足之处进行了归纳分析,并对其发展趋势进行了展望。

多巴胺还原氧化石墨烯增强溴化丁基橡胶复合材料的性能研究

采用多巴胺(DA)对氧化石墨烯(GO)进行改性得到聚多巴胺改性石墨烯(PDA-rGO),通过溶液共混法制备PDA-rGO/溴化丁基橡胶(BIIR)复合材料,研究PDA-rGO用量对复合材料性能的影响。结果表明:DA的改性抑制了GO在BIIR基体中的堆叠团聚,并增强GO与BIIR基体间的界面相互作用;与BIIR胶料相比,PDA-rGO(用量0.5份)/BIIR复合材料的交联密度增大58%,对于甲苯的溶胀指数减小14%,拉伸强度增大40%,其综合性能最佳;在频率1 kHz下,PDArGO(用量0.5份)/BIIR复合材料的相对介电常数增大26%,其液敏元件对甲醇和丁酮的电容响应度显著增大,分别达到10.7和79.4,PDA-rGO/BIIR复合材料有望用于某些有机溶剂的鉴别。

聚吡咯包覆纤维状海泡石改性硅橡胶复合材料的制备及性能

以改性纤维状海泡石(oSep)为载体,采用原位聚合法制备聚吡咯(PPy)包覆的纤维状海泡石(PPy@oSep)导电纤维,再以室温硫化硅橡胶(RTV-SR)为基体制备硅橡胶(PPy@oSep/RTV-SR)复合材料。利用傅里叶变换红外光谱和扫描电子显微镜表征PPy@oSep的分子结构和微观形貌,并用万能电子拉伸试验机和绝缘电阻测试仪测试PPy@oSep/RTV-SR复合材料的力学性能和导电性能,同时研究导电填料PPy@oSep对PPy@oSep/RTV-SR复合材料性能的影响。结果表明,海泡石经表面有机改性后与吡咯单体的亲和性增强,有利于吡咯原位聚合,且被直径20~50 nm的类球状PPy均匀包覆;PPy@oSep的体积电阻率与PPy纳米线相近。随着PPy@oSep添加量的增加,PPy@oSep/RTV-SR复合材料的体积电阻率下降,而力学性能提高;当PPy@oSep添加量为15份时,PPy@oSep/RTV-SR复合材料表现出较好的导电性能和力学性能。

Cr-MOFs/氧化石墨烯复合材料H_2及CO_2储存研究

采用水热法合成了不同配比的金属有机框架化合物(metal-organic frameworks,MOFs)MIL-101和氧化石墨烯的多孔复合材料,并测试了其对氢气和二氧化碳的吸附性质。对多孔复合材料进行了X射线粉末衍射、红外光谱、热重分析和氮气吸附等一系列表征分析。复合材料与MIL-101具有相似的晶体结构和物理性质,但H2和CO2的吸附性能分别提高了3.7%和12.5%:在77 K和0.1 MPa条件下,H2的吸附量从MIL-101的1.87%(质量分数)提高到MG-2的1.94%;在273 K和0.1 MPa条件下,CO2的吸附量从MIL-101的5.43 mmol/g提高到MG-2的6.11 mmol/g。分析认为,由于多孔的MOFs材料MIL-101在氧化石墨烯表面环氧基团作用下,其晶粒尺寸得到控制且均匀分散,因此复合材料的气体吸附性能得到了显著的改善。

WCl_(6)掺杂PEDOT∶PSS作为空穴注入层的高效率近紫外有机发光器件

紫外有机发光器件(OLED)的宽带隙发光分子限制了空穴注入效率,从而导致载流子复合低效,器件发展受限。可溶液处理工艺兼顾了低成本、高可控性及规模生产的时代特色。本文报道了利用溶液法制备的WCl_(6)及其与聚(3,4-乙烯二氧噻吩)-聚苯乙烯磺酸掺杂复合物(PEDOT∶PSS+WCl_(6))调控近紫外OLED的空穴注入特性,实现了高效率近紫外有机发光。X射线光电子能谱、紫外-可见光吸收光谱等分析表明,WCl_(6)和PEDOT∶PSS+WCl_(6)薄膜具有优异的电子特性和光透过性。伏安特性和阻抗谱分析表明,空穴注入能力按WCl_(6)、PEDOT∶PSS和PEDOT∶PSS+WCl_(6)的顺序依次增强。以PEDOT∶PSS+WCl_(6)作空穴注入层、2-(4-联苯)-5-(4-叔丁基苯基)-1,3,4-恶二唑(PBD)作发光层,获得了最大外量子效率为2.6%、最大辐照度为8.05 mW/cm2、半峰宽为45 nm、电致发光峰为405 nm的高效率近紫外OLED。器件寿命测试对比结果表明,WCl_(6)掺杂PEDOT∶PSS后器件的稳定性得到了增强。该研究结果拓展了WCl_(6)的应用领域,对于推进高效稳定近紫外OLED的进一步发展具有一定的借鉴意义。

赤藓糖醇相变储热材料研究进展

赤藓糖醇具有较高的相变焓、无毒以及优异的热稳定性,作为综合性能较好的中温相变储能材料被广泛研究。但是,赤藓糖醇在相变过程中存在易泄漏、过冷度大以及导热性能较差的缺点,导致其热能的利用效率不高,极大地限制了其作为储热材料的应用。本文综述了近年来在解决赤藓糖醇相变储热材料易泄漏、过冷度高和热导率低等问题的研究进展。赤藓糖醇定型复合相变储热材料的制备方法主要有共混压制法、静电纺丝法、微胶囊法及多孔材料吸附法等,可根据不同制备方法采取相应复合策略以达到对其封装定型、降低过冷度和提高热导率的目的。最后认为未来对赤藓糖醇复合相变储热材料的研究除了解决其本身存在的热性能问题,还需对其进行功能化,以拓展其应用前景。

二酐组成对PI薄膜聚集态结构和热力学性能的影响

为了制备兼具有序度高和热力学性能稳定的聚酰亚胺(PI)薄膜,在联苯四甲酸二酐-对苯二胺(BPDA-PDA)体系中引入均苯四甲酸二酐(PMDA)单体,通过无规共聚法制备了PI薄膜,采用XRD、TMA、DMA、TGA、棱镜耦合仪和万能试验机对PI薄膜聚集态结构和物理力学性能进行分析。结果表明:不同二酐组成对PI薄膜的聚集态结构和热力学性能有显著影响,随着PMDA-PDA链段组分的增加,分子链有序度得到提高,分子链间距从0.469 nm降低至0.436 nm;双折射值在0.17~0.23内呈上升趋势,玻璃化转变温度(T_(g))在379.00~439.05℃内先下降后上升,热膨胀系数(CTE)在0~7×10^(-6) K^(-1)内先上升后下降,拉伸强度和5%热分解温度(T_(5%))分别在165~226 MPa和576.8~590.4℃内呈下降趋势。当PMDA摩尔分数为60%时,薄膜的双折射率达到最高值0.22471,T_(g)为439.05℃,CTE为0.0125×10^(-6) K^(-1),耐热指数(T_(HRI))达到302.0℃,T_(5%)达到576.8℃,综合热力学性能优异。

钾离子电池正极材料K0.5Ni0.33Mn0.67O2的制备与电化学性能

为了探究Ni元素掺杂对正极材料的性能影响,采用共沉淀与固相烧结两步法制备了钾离子电池正极材料K0.5Ni0.33Mn0.67O2。利用X射线衍射和扫描电镜分别对材料进行物相和形貌分析,采用恒电流充放电测试、循环伏安法(CV)研究了K0.5Ni0.33Mn0.67O2的电化学性能和嵌脱K+过程动力学。实验结果表明,制备的K0.5Ni0.33Mn0.67O2材料结晶度高,循环稳定性良好;在10、20、50、100、200 mA/g倍率下的最大放电容量分别为81.20、64.18、59.68、48.42、37.64 mA·h/g,倍率性能良好。

MgH_2/PMMA复合储氢材料的制备及其脱氢研究

利用固相球磨和液相超声的方法合成了Mg H2/PMMA(聚甲基丙烯酸甲酯)复合储氢材料。利用扫描电镜(SEM)和X射线衍射(XRD)对其表面形貌及晶体结构进行了表征。77 K氮气吸附实验表明Mg H2/PMMA复合材料的比表面积随着PMMA复合量的增加而降低。通过热重分析(TG)对Mg H2/PMMA复合材料的脱氢过程进行了表征,结果显示复合材料的脱氢性能得到了提高,起始脱氢温度由420℃降低到120℃。利用热重-质谱(TG-MS)联用技术,对复合材料的脱氢产物进行了表征。

不同氧含量三明治结构BaTiO_(3)薄膜的制备及其光电性能研究

针对不同氧含量薄膜结构对钛酸钡薄膜微观结构与光电性能的影响进行研究,通过射频磁控溅射法制备高质量的钛酸钡薄膜。设置基片加热温度为350℃,工作气压为1.6 Pa,溅射功率为150 W,当总溅射时间为200 min时,在ITO基片上构建具有“贫氧+富氧+贫氧”三明治结构的钛酸钡薄膜。采用XRD、SEM、XPS等对薄膜微观结构、形貌和元素含量进行表征,采用LCR测试并计算得到薄膜的介电常数及介电损耗值。实验结果表明,制备的三明治结构薄膜厚度为810 nm,其平均可见光透光率可达55%,薄膜的介电常数为3.8,介电损耗值小于0.18。采用“贫氧+富氧+贫氧”三明治结构有利于提高钛酸钡薄膜的结晶性,且有利于提高钛酸钡薄膜的晶粒尺寸,提高钛酸钡薄膜的介电常数,降低其介电损耗值。

聚吡咯/MnO_(2)纸电极的制备及光热效应增强电容性能

通过湿化学法与低温界面聚合法在慢速滤纸上依次沉积二氧化锰(MnO_(2))与聚吡咯(PPy),制备出PPy/MnO_(2)纸基复合材料。利用红外光谱、扫描电镜、循环伏安、恒电流充放电、交流阻抗等手段对该复合材料的结构和性能进行了表征。研究表明:PPy的沉积较好地保留了滤纸的多孔结构,并能覆盖MnO_(2)颗粒,形成较大活性面积;其中MnO_(2)/PPy-400单电极的比电容可达1487.1 mF/cm^(2);在光强为1 kW/m2的模拟太阳光下,组装的对称型超级电容器的比电容是在无光照条件下的5倍,表现出优异的光热效应增强性能。

低温共烧低介电常数微波介质陶瓷的研究进展

随着全球移动数据量的爆炸式增加和全球卫星定位系统(GPS)等其他无线通讯定位手段的飞速发展,微波介质陶瓷作为一种至关重要的介质材料,可以承担多种高频信号和微波信号,正朝着高频化和信号的高频可调性方向发展。当今大数据时代,电子器件的轻薄化、高性能和低损耗对微波介质陶瓷材料提出了更高的要求。低温共烧陶瓷(LTCC)技术以其优异的热、电性能和先进的制备工艺成为有源/无源元器件封装的主流,广泛地用于电子器件和电路封装。实际应用中,对用于基板的微波电子器件而言,低介电常数可以有效地避免信号延迟,保证高效的传输速率,高的品质因数(Q×f≥5000 GHz)可以增加选频特性和器件工作的可靠性,近零谐振频率温度系数(τf)可以保障频率随温度变化的稳定性,低的烧结温度(T s≤950℃)可以实现和低熔点、高电导率的金属共烧。因此,低介LTCC陶瓷成为当前研究的热点,极大促进微波介电材料的应用。微波介质材料可分为陶瓷体系(碲酸盐、钒酸盐、钼酸盐、钨酸盐、硼酸盐和磷酸盐)、微晶玻璃体系(CaO-B_(2)O_(3)-SiO_(2)、MgO-B_(2)O_(3)-SiO_(2)、ZnO-B_(2)O_(3)、MgO-Al_(2)O_(3)-SiO_(2)、Li_(2)O-MgO-ZnO-B_(2)O_(3)-SiO_(2)、CuO-B_(2)O_(3)-Li_(2)O)和玻璃+陶瓷复合体系三大类。陶瓷体系一般采用固相法按照化学计量比进行制备。微晶玻璃是一种多晶材料,成分可调,微波介电性能优异,应用广泛。而玻璃+陶瓷复合体系是在低软化点玻璃基体中加入陶瓷填充剂制备出致密度高的微波介质陶瓷,陶瓷填充材料的选择取决于微电子器件的介电需求,主要用于改善微电子器件的介电、热学和力学性能。高性能LTCC材料的研发需要低温烧结介质材料与内电极材料的匹配共烧,从而提高低温烧结介质材料的微波性能和优化低温烧结介质材料的热膨胀系数与热导率。此外,低温烧结介质材料还应具有较好的机械强度和低的生产成本。本文总结了低温共烧低介材料的概念和分类,聚焦于各类共烧陶瓷、微晶玻璃和玻璃+陶瓷复合体系的研究现状与性能特点,系统分析了低温低介共烧材料制备及应用面临的主要问题,展望了其在未来通信技术的应用前景,为今后低烧高性能微波介质材料的发展提供借鉴。

应用于毫米波段的宽带波束调控超表面设计

毫米波段因其较高的数据传输速率和较大的容量而备受关注。为满足现代通信系统对宽带、波束偏转和高辐射效率等天线需求,本文提出了一种工作在88.5~94.6 GHz频带范围内的石墨烯-金属复合结构超表面。该超表面通过调节石墨烯的费米能级,对超表面单元的反射相位进行实时调控编码。调整金属层结构尺寸,可以调制不同编码状态下超表面单元的相位、幅度响应以及编码频段范围。经优化设计,在石墨烯费米能级分别为0 eV和1 eV时,编码超表面单元在88.5~94.6 GHz的宽频带内具有180°±20°的反射相位差,并且反射幅度均大于0.7。利用该单元设计了7×7的超表面,通过合理排布编码单元,可对毫米波段波束进行偏转和多波束切换等动态调控。实验结果显示,单波束最大偏转角度可达105°(-55°~50°),且可实现1~5个波束的切换。该超表面为多功能天线设计提供了新的解决方案,在高速无线局域网、车载雷达、卫星通信等领域具有潜在的应用价值,对毫米波段通信技术的发展具有重要意义。

氨硼烷水解制氢催化剂的研究进展

近年来,氢能已成为全球公认的清洁能源之一,氢能的高效利用有利于缓解能源短缺和环境污染等问题。在适当的催化剂作用下可以实现氨硼烷(NH3BH3,AB)水解反应的可控放氢,其因具有反应条件温和、环境友好等特点而备受关注,选择高活性的催化剂是提高氨硼烷水解制氢效率的关键。本文介绍了氨硼烷的结构、性质及合成方法,综述了氨硼烷水解制氢催化剂的最新研究进展,介绍了催化剂的分类及特点,指出了该领域中面临的挑战和未来研发重点。

层间CNT协同电纺取向BNNS增强的绝缘高导热聚偏氟乙烯多层复合薄膜

基于不同导热填料的混杂协同和取向增强,先后经过静电纺丝氮化硼纳米片(BNNS)/聚偏氟乙烯(PVDF)薄膜、表面喷涂碳纳米管(CNT)以及多层薄膜热压的工艺路线,制备出高面内热导率且绝缘的BNNS-CNT/PVDF复合薄膜。静电纺丝技术使BNNS在PVDF薄膜中实现较好的面内取向,喷涂的CNT在薄膜层间构建高效的热传输通路,对相邻纤维膜中的BNNS具有桥接作用,从而促进面内导热网络的搭建,但仍能保持良好的绝缘性能。作为薄膜制备条件优化的结果,在BNNS填充量为30%(质量分数,下同)、CNT填充量为3%的BNNS-CNT/PVDF复合薄膜的面内热导率达到3.25 W·m^(-1)·K^(-1),比纯PVDF提高了1104%,面外电导率低至2.09×10^(-12) S·cm^(-1)。BNNS和CNT协同构建高效的导热网络,在BNNS填充量为5%时,3%CNT对BNNS/PVDF的增强效率高达52.2%。同时,该薄膜还具有良好的拉伸强度和柔韧性。

铝掺杂氧化锌陶瓷的冷烧结制备及性能研究

采用两步冷烧结工艺(TS-CSP)在300℃超低温度下制备了高密度的铝掺杂氧化锌(AZO)陶瓷。采用XRD、密度测试仪、SEM、四探针测试系统等对AZO陶瓷的物相、相对密度、微观结构和电学性能进行了测试及表征。结果表明,Al掺杂量对AZO陶瓷的结构与性能有重要影响。当Al_(2)O_(3)掺杂量为2.0 wt.%时,可制备出无杂相、结构致密、电学性能良好的AZO陶瓷,经退火处理后其相对密度高达99.46%,电阻率低至3.43×10^(-3)Ω·cm。该方法制备的AZO陶瓷具有重要的应用前景。

成分变化、快淬速度及热处理温度对Sm(Co_(1-x)Zr_(x))_(7)合金薄带的微观组织及磁性能的影响

采用电弧熔炼和熔体快淬的方法,制备了不同成分与不同快淬速度的Sm(Co_(1-x)Zr_(x))_(7)(x=0.02~0.08)合金薄带。使用扫描电子显微镜(SEM)、X射线衍射仪(XRD)、振动样品磁强计(VSM)等实验设备,测试了合金快淬薄带的相组成、相结构以及磁性能。实验结果表明:在Sm(Co_(1-x)Zr_(x))_(7)(x=0.02~0.08)合金薄带中,合金薄带的矫顽力随着x含量的增加逐渐变大,在x=0.08(快淬速度为45 m/s)时,合金薄带获得最大矫顽力(Hcj)为7.34 kOe;当快淬速度为45 m/s时,Sm(Co_(1-x)Zr_(x))_(7)(x=0.08)合金薄带在623 K的环境下热处理2 h,合金薄带可获得最优的综合磁性能,其矫顽力(Hcj)为7.67 kOe,剩磁(Br)为2.81 kGs,最大磁能积(BH)max为7.64 MGOe。

M相六角铁氧体的固相法与溶胶凝胶法制备及磁电性能

为探究BaFe_(10.2)Sc_(1.8)O_(19)样品在室温下的磁电耦合性能,使用固相法和溶胶-凝胶法制备BaFe_(10.2)Sc_(1.8)O_(19)样品。使用X射线衍射仪确定物相结构,样品均为单相多晶体,其空间群是P63/mmc。使用场发射扫描电镜观察表面形貌,固相法制备的样品成分分布不均匀,存在“富钪相”;溶胶凝胶法制备的样品的成分分布均匀,晶粒呈六角形貌,晶粒尺寸约3~5μm。分别对溶胶凝胶法和固相法制备的样品的磁性进行研究,结果表明,固相法在250 K左右发生相转变,室温下的磁滞迴线并未表现出磁电耦合的行为;而溶胶凝胶法制备的样品在330 K附近发生磁相变,结合此相变点上下温度的磁滞迴线的研究,表明该相变对应亚铁磁到锥形磁结构的变化。磁电容和磁化强度随磁场类似的变化关系表明,该锥形磁结构能够诱导铁电极化,这可以根据反DM相互作用来理解。