面向“德·识·能”卓越人才培养的课程体系构建研究--以武汉理工大学材料类专业群为例

新时代新征程,更加迫切需要大批能担时代大任、德智体美劳全面发展的优秀人才。契合新工科建设发展的课程体系是实现卓越人才培养的核心。武汉理工大学材料科学与工程学院秉承武汉理工大学卓越教育理念,从顶层设计出发,以“德·识·能”为核心要素,产出导向打造九大课程群,构建知识体系、能力体系和素质体系“三位一体”的新工科课程体系,有力支撑专业教育和素质教育同步提升,助力新工科建设和材料卓越人才培养。

材料类专业拔尖创新人才培养新模式的探索与实践——以武汉理工大学材料学院本科生创新能力“金字塔”培养体系为例

探索建立拔尖创新人才培养的有效模式,促使拔尖创新人才脱颖而出,是建设创新型国家,实现中华民族伟大复兴的历史要求,也是切实提高高等教育质量的迫切需要。武汉理工大学材料学院积极构建本科生创新能力"金字塔"培养模式,经过近几年的实施,显著提高了本科生的专业技能水平和实践创新能力,对新时期新材料产业拔尖创新型人才的培养具有重要的示范意义和推广价值。

高等院校工科专业拔尖创新人才培养体系探究——以武汉理工大学材料学院创新能力“金字塔”培养体系为例

加强高校拔尖创新人才培养体系研究,培养拔尖创新人才,是实施人才强国战略、建设创新型国家的关键所在,有利于经济结构优化升级,对加快推动我国从中国制造向中国创造转变具有重大而深远的意义。武汉理工大学材料学院积极构建本科生创新能力“金字塔”培养体系,经过近几年的探索与实践,显著提高了学生的专业理论水平和创新实践能力,对材料专业本科生拔尖创新人才的培养具有重要的导向意义。

新时代高校党团协同共建模式的探索与实践——以武汉理工大学材料科学与工程学院学生社团党支部为例

群团事业是党的事业的重要组成部分,加强党委对群团工作的组织领导,是新时代新形势下加强和改进党的群团工作的重要内容。本文以武汉理工大学材料科学与工程学院学生社团党支部的创建与实践为例,探索以学生社团组织为基础建立党支部进行党团共建,研究了高校党团协同共建的理论体系、构建原则,支撑内容与运行模式,以期为高校进一步提升学生基层党建和团建实效提供有益经验。

选择合适审稿人 提高刊物学术质量——《武汉理工大学学报材料科学版》(英文版)遴选审稿人的体会

根据《武汉理工大学学报材料科学版》(英文版 )的审稿程序及专家审稿过程中存在的问题 ,提出了提高审稿费 ,加大刊物宣传力度 ,多渠道选择审稿人并对他们进行动态调整 ,利用现代化通信工具送审 ,必要时请作者推荐相关审稿人等措施来解决这些问题。通过这些方法 ,编辑能找到合适的审稿人 ,保证审稿的质量与时效性 ,为提高刊物的学术质量打下了坚实基础。

ZnO/V_(2)C/Fe_(2)O_(3)三元复合材料的制备及其对MB的光降解性能

采用高效催化剂技术可以处理工业废水中的污染物,而单相催化剂存在可见光响应范围窄的问题。通过静电自组装的方法制备ZnO/V_(2)C/Fe_(2)O_(3)三元光催化复合材料,利用X射线衍射(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)、X射线光电子能谱(XPS)等分析技术对复合材料进行表征,并以亚甲基蓝(MB)染料为目标污染物,研究三元复合物的光催化性能。在紫外光和可见光分别照射120 min后,ZnO/V_(2)C/Fe_(2)O_(3)三元复合材料对MB染料的降解速率分别是纯ZnO的19.68倍和21.76倍。在复合Fe_(2)O_(3)和V_(2)C后,缩短了ZnO禁带宽度,激发响应范围到可见光区域,有更大的比表面积和更多的反应活性位点,从而使ZnO的光催化性能增强。

环氧树脂/玻璃纤维/石墨烯复合材料的电磁吸波性能

为了制备具有一定电磁吸波性能的结构型吸波材料,采用喷涂法制备了负载石墨烯微粒的玻璃纤维预浸料,并通过热压罐成型工艺进行固化,制备了环氧树脂/玻璃纤维/石墨烯吸波复合材料。研究了石墨烯含量对吸波复合材料电磁性能、吸波性能和力学性能的影响。通过三点弯曲测试结果可知,随着石墨烯含量的增加,环氧树脂/玻璃纤维/石墨烯吸波复合材料的弯曲强度先增大后减小,弯曲弹性模量增大,但总体变化幅度较小。矢量网络分析仪测试结果表明,随着石墨烯含量的增加,环氧树脂/玻璃纤维/石墨烯复合材料的介电常数逐渐增大,磁导率几乎不变,介电损耗正切角值逐渐增大。分析反射损耗计算结果可知,环氧树脂/玻璃纤维/石墨烯吸波复合材料的吸波性能主要由复合材料的厚度和石墨烯含量决定,随着复合材料厚度的增大,反射损耗峰值逐渐朝低频移动;随着石墨烯含量的增加,复合材料的吸波性能逐渐增大。当石墨烯质量分数为2.5%、复合材料厚度为1.7mm时,环氧树脂/玻璃纤维/石墨烯复合材料具有最佳的吸波效果,此时反射损耗峰值为-11.8dB,有效带宽为1.45GHz。

无机胶凝材料改性脱硫建筑石膏性能研究

循环流化床(CFB)灰渣具有良好的火山灰性,以脱硫建筑石膏为主要胶凝材料,电石渣为碱激发剂,CFB灰渣和粉煤灰为矿物掺和料,研究CFB灰渣对脱硫建筑石膏流动度、凝结时间、抗压强度、膨胀率等性能的影响规律,并借助X射线衍射(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)等手段分析其水化产物和微观形貌。结果表明,掺入CFB灰渣可以有效提高脱硫建筑石膏的力学性能和耐水性能,但对工作性能和膨胀性能有负面影响。经20%(质量分数)CFB飞灰、5%(质量分数)电石渣复合改性后,脱硫建筑石膏的1、28 d绝干抗压强度分别为20.53、22.37 MPa,较脱硫建筑石膏基样分别增加了28.6%、35.9%。CFB灰渣水化生成的水化硅酸钙(C-S-H)凝胶和钙矾石(AFt)包裹并填充于二水石膏晶体表面及空隙中,使硬化体内部结构更加密实,从而提高了脱硫建筑石膏的力学性能和耐水性能。

基于黏弹性材料的高阻尼复合材料传动轴减振性能研究

碳纤维增强复合材料(CFRP)具有优异的综合性能,近年来已被广泛应用于各种主承力件和次承力件的制作。本文引入黏弹性高阻尼橡胶与CFRP结合设计了高阻尼复合材料传动轴,基于模态应变能法,利用数值分析研究了所设计的高阻尼复合材料传动轴、CFRP轴与金属轴的阻尼损耗因子,并通过自由振动试验验证了数值分析的结果。在船用传动轴系中易出现各类振动,本文搭建了船用传动轴系横向振动测试试验平台,比较了各组传动轴在不同工况下对横向振动的减振效果,并通过静态纵向振动试验研究了各组传动轴对纵向激励的响应差异。本研究对高阻尼复合材料传动轴的设计研发提供了参考。

孔槽泡沫夹芯复合材料真空辅助树脂传递工艺仿真与优化

本工作提出了孔槽泡沫夹芯复合材料的设计方案并针对真空辅助树脂传递(VARI)工艺进行了实验和仿真研究。首先,通过实验测得玻璃纤维织物和树脂的相关参数,利用Hagen-Poiseuill方程和达西定律算出孔洞和沟槽的等效渗透率;接着,利用PAM-RTM模拟孔槽泡沫夹芯复合材料的VARI工艺过程,并与实验结果进行对比;然后,使用PAM-RTM研究了芯材加工参数、树脂灌注方式和导流网铺敷区域对成型过程的影响,并选出了最优方案;最后,在此方案的基础上研究了树脂黏度与灌注时间的关系,并拟合得到了预测函数。结果表明:实验结果与仿真结果基本一致;最优灌注方案可显著缩短树脂填充时间并降低整体孔隙率;预测函数可准确预测灌注时间,对实际生产具有一定的指导意义。

埃洛石-二氧化锆改性聚磷腈橡胶基复合材料高温烧蚀行为和原位陶瓷化反应

聚磷腈橡胶(PDPP)具有优异的阻燃性、热稳定性和高残炭率,是一种潜在的制备耐烧蚀绝热层的橡胶基体。为提高PDPP复合材料的耐烧蚀性,以埃洛石(HAL)和二氧化锆(ZrO_(2))为陶瓷化填料制备了HAL-ZrO_(2)-PDPP基复合材料,研究了这种混合陶瓷化体系对复合材料力学性能、热稳定性和烧蚀性能的影响。结果表明,HAL和ZrO_(2)陶瓷化填料对PDPP复合材料的拉伸力学性能和热稳定性无明显影响;含5 phr HAL和15 phr ZrO_(2)的PDPP复合材料拉伸强度为4.57 MPa,断裂伸长率为104.4%,经氧乙炔烧蚀后的线烧蚀率为0.060 mm/s,相较于单独使用HAL和ZrO_(2)分别提高了43.4%和33.2%。XPD和XPS结果表明,PDPP橡胶基体热解后的残炭分别与SiO_(2)和ZrO_(2)发生了生成SiC和ZrC的原位陶瓷化反应。在烧蚀过程中,低熔点陶瓷化填料熔融将基体热解形成的炭层与高熔点陶瓷粘结,使之成为含陶瓷-玻璃-热解炭复相结构的致密且具有一定强度的类陶瓷层,对提高复合材料的耐烧蚀性有积极作用。

3D打印玻璃材料的研究现状及展望

玻璃作为一种非晶态材料,具有高光学透明度、高热稳定性、高化学稳定性、高熔点及低热膨胀系数等特点,广泛用于电子、信息、医疗等领域。随着人们对玻璃材料的结构形状、材料分布及功能属性要求越来越高,传统的玻璃材料成形加工方法(浇筑法、吹制法、浮法等)很难甚至无法满足上述需求。3D打印技术颠覆了传统材料的成形工艺,其基于逐层累加的制造原理,理论上可实现任意复杂构件的数字化成形,具有无需模具、成形效率高等优点,受到玻璃材料成形制造领域学者的广泛关注。本文系统总结了玻璃材料构件的不同3D打印工艺方法、原理及优缺点,介绍了3D打印玻璃材料的应用现状,最后对玻璃材料3D打印技术进行了展望。

TiB-Ti周期序构复合材料设计、制备及性能研究

高性能结构材料部件在航空航天、交通汽车、电子信息、冶金等领域具有重要的应用价值,得到了广泛研究。增强结构材料部件整体性能的方法主要包括材料本征性能提升和结构复合设计优化,但提高单一结构材料的本征力学性能的研究已接近极限。本研究旨在提出周期序构结构材料的理念,并采用一体化烧结制备出整体性能更好的结构复合材料,从而探索高性能结构复合材料发展的新范式。通过周期序构化的设计,构建了兼具陶瓷高硬度和金属强韧性的TiB-Ti功能单元,设计制备了不同周期序构模式的TiB-Ti高性能结构复合材料。在此基础上,对这些结构进行了力学性能研究,并通过分析其断裂模式来探究不同序构模式对材料整体性能的影响。结果表明,周期序构化可以通过改变材料宏观断裂模式和应力分散特性来提高材料的整体性能。这一研究新范式对其他结构复合材料的结构设计和性能突破具有指导和借鉴意义。对周期序构模式的复杂化探索,对周期序构结构材料的应用场景探索和其他性能测试研究也将是未来需要重点关注的问题。

轻骨料水泥基多功能吸波材料的制备及有限元分析

为分析轻骨料种类及粒径对吸波材料性能的影响,采用五种从微米级至毫米级粒径的轻骨料制备了轻质水泥基吸波材料,测试其电磁参数和反射损耗(RL),采用有限元分析方法构建了二维截面模型,模拟吸波材料内部电磁场分布情况,并测试了吸波材料的力学性能和导热系数。结果表明,增加轻骨料掺量和增大粒径可改善水泥基材料的阻抗匹配性能,提升平均RL,拓宽有效吸波频宽,吸收峰向高频移动。20 mm厚度时,吸波材料在低频1.2 GHz处最优RL为-29.1 dB,在较高频5.9 GHz处最优RL为-20.9 dB,有效吸波频宽最宽可达14.49 GHz。有限元模拟结果表明,轻骨料可改变电磁波传输方向,增加电磁波损耗途径,相邻骨料之间可产生较强损耗,其次是在骨料内部产生损耗,这为骨料种类、粒径选择与轻质吸波材料设计提供理论基础。增大轻骨料粒径会降低吸波材料的密度、力学强度与导热系数,使其吸波效能更好,保温效果更优。

磷石膏基胶凝材料和骨料制备C40高性能混凝土研究

磷石膏基胶凝材料和骨料制备混凝土,可为高消纳磷石膏固废提供新思路;然而将磷石膏同时作胶凝材料和骨料制备混凝土的研究鲜有报道。为此研究了磷石膏基胶凝材料组成、骨料级配、砂率和水胶比对混凝土性能的影响规律,并通过XRD和SEM微观测试初探其机理。结果表明:采用5%的P·O 42.5级水泥、30%的磷石膏、65%矿粉制成的胶凝材料时,外掺0.5%NaOH+5%水玻璃和1%NaAlO_(2)复合激发剂,控制胶凝材料用量600 kg/m^(3),磷石膏破碎砂替代40%河砂,砂率41%,水胶比0.34,可制备出工作性能良好,初凝时间大于25 h,3 d、28 d及60 d抗压强度分别大于20.0 MPa、48.0 MPa和55.0 MPa,绝热温升低于35℃,60 d膨胀率大于180με的大掺量磷石膏基C40低温升微膨胀高性能混凝土。混凝土胶凝材料主要水化产物为AFt和C-S-H凝胶,胶凝浆体可穿透磷石膏骨料表面空隙,产生机械嵌锁作用使磷石膏骨料与胶凝浆基体结合更加紧密。

碳化养护制备钢渣粉3D打印材料及其性能研究

本工作提出了一种碳化养护钢渣粉3D打印材料的制备方法。以钢渣粉为主要胶凝材料,利用少量普通硅酸盐水泥的高水化活性保证材料打印成型后的初始强度,增强打印材料的可建造性,材料体系中硅灰颗粒的“滚珠效应”改善了打印材料的可挤出性,使用聚乙烯醇(PVA)、羧甲基纤维素钠(CMC)作为流变调节组分进一步调控打印材料的流变性能,满足材料打印性能需求。研究了拌合水固比与流变调节组分掺量对钢渣粉3D打印材料流变性能、打印性能与力学强度的影响规律,探究了碳化养护过程中钢渣粉3D打印材料成分变化与微观结构演变。结果表明,当浆料拌合水固比为0.16,PVA与CMC掺量分别为0.2%(质量分数,下同)、0.1%时,钢渣粉3D打印材料具有最佳的打印性能与力学强度,打印样品经12 h碳化养护后抗压强度为64 MPa,碳化养护过程中,大量镁方解石碳化反应产物填充基体孔隙,迅速提高打印材料基体的致密程度,是打印材料力学性能快速发展的主要机理。

吸波预浸料树脂及其复合材料的综合性能研究

将羰基铁粉(CIP)和乙炔炭黑(CB)作为吸波剂引入到中温固化预浸料树脂体系中,通过测试吸波预浸料树脂的流变性能、凝胶时间、固化特征温度、热失重性能等确定吸波剂的加入对预浸料树脂性能的影响。结果表明,CIP和CB吸波粒子的加入对预浸料树脂的凝胶时间、固化特征温度的影响较小,对预浸料树脂的流变特性影响较大。为满足工艺性能要求,CIP吸波粒子的加入量与树脂的质量比宜控制为0~2.5,CB吸波粒子的加入量与树脂的质量比宜控制为0~0.03。相比于单层结构吸波复合材料,双层结构吸波复合材料的吸波性能更为优异,综合考虑其成型工艺性能和吸波性能等,以C3C为透波层、Fe250C为损耗层的材料组合综合性能最佳,其最大有效吸波带宽为3.85 GHz,对应的透波层和损耗层厚度分别为0.9 mm和1.5 mm,最小电磁波的反射损耗RL值为-35.46 dB,对应的透波层和损耗层厚度分别为0.5 mm和1.4 mm。

疏水CY184/E-PDMS环氧树脂复合材料的制备及性能

环氧树脂虽然具有良好的耐漏电流和抗击穿等电气性能和力学性能,但由于其本身缺乏疏水性,因此在户外绝缘子领域难以大范围应用。为了解决环氧树脂疏水差的问题,采用γ-氨丙基三乙氧基硅烷(APTES)、六氢邻苯二甲酸双缩水甘油酯(CY184)对羟基封端的聚二甲基硅氧烷(HPDMS)进行改性,合成了含有环氧基团的疏水改性剂E-PDMS,并制备了CY184/E-PDMS复合材料。结果表明,接枝了环氧基团的E-PDMS与CY184相容性良好,当E-PDMS质量分数达到10%时,复合材料水接触角能稳定在105°,呈现疏水性;体积电阻率提升至1.36×10^(14)Ω·m,介电常数在1000 Hz下降低至3.55,玻璃化转变温度和拉伸强度分别提升至117℃和59.4 MPa。经过E-PDMS改性后,CY184环氧树脂的疏水性、绝缘性、力学性能、热稳定性等均有明显提升,拓宽了CY184环氧树脂在绝缘子领域的应用。

可陶瓷化EPDM绝热材料的烧蚀特性及陶瓷化机理

绝热层中炭化层的特性与其耐烧蚀性能紧密相关。通过对可陶瓷化三元乙丙(EPDM)绝热材料氧乙炔烧蚀特性和成分进行表征分析,得到了线烧蚀率与炭化层不同参数之间的相关性,分析了类陶瓷炭化层的形成机理。结果表明,当可陶瓷化硅树脂填料含量在35~40 phr时,炭化层结构更致密,硬度更高,孔隙率更小,陶瓷产物更多,有效提高了EPDM绝热层的耐烧蚀性能;线烧蚀率与炭化层的结构与成分之间存在强相关性;类陶瓷炭化层结构的形成主要分为高分子聚合物的热分解、小分子物质的化学气相沉积、烧蚀表面SiC的原位生成和熔融SiO_(2)在炭化层中的填充粘结四个阶段,最终形成一种Si—O—C的复相陶瓷结构。

无机非金属材料工程专业人才培养改革与探索

根据国家战略需求和行业发展趋势,依托材料学科优势和优质科研教学资源,武汉理工大学无机非金属材料工程专业明确以“传统无机非金属材料转型升级+无机非金属新材料”为专业发展方向,创新科研型与工程应用型并行人才培养模式,建设专业特色发展方向教学科研团队,开展课程体系教学改革与创新,形成专业基础扎实、科研/工程应用能力突出的人才培养体系,培养出的毕业生在无机非金属材料领域具有显著行业竞争力,服务于无机非金属材料行业发展。