原位聚合法制备连续玻璃纤维增强尼龙6复合材料的改性和性能

尼龙6(PA6)树脂具有优异的性能,其连续纤维复合材料在汽车、航空航天领域具有广泛应用。但是PA6树脂熔融后黏度较高,不易对连续纤维充分浸渍,并且连续纤维与PA6的复合材料界面黏附性较差,限制了其复合材料的性能和应用。针对这些问题,文中对连续玻璃纤维增强尼龙6(CGF/PA6)复合材料开展了研究。首先,采用阴离子开环聚合制备PA6,确定了其最佳制备工艺;其次,用硅烷偶联剂KH550(AP)对连续玻璃纤维(CGF)进行改性,并对其进行了红外光谱表征;最后,通过原位聚合法制备了CGF/PA6复合材料,研究了AP改性对CGF/PA6复合材料力学性能的影响,并对CGF/PA6复合材料的拉伸断口进行了扫描电镜分析。结果表明,AP被键合到了CGF表面,AP改性可以增强CGF/PA6复合材料的界面黏附性,从而使CGF/PA6复合材料的拉伸强度得到改善,当AP用量为2%时,CGF/PA6复合材料的拉伸强度高达88.52 MPa,此时,复合材料的断裂伸长率最低,为4.90%。CGF/PA6复合材料的冲击强度变化不大,均在50 k J/m2左右,说明复合材料的韧性受CGF表面改性影响较小。

二维层状材料MXene的制备及其在表面涂层的研究进展

阐述了MXene的组成和分类,详细描述了MXene的制备方法,分析了MXene化学结构对性能的影响,总结了其在传感器、水处理、金属防腐、电磁屏蔽等表面涂层领域的研究现状。最后对MXene材料的制备及其在表面涂层应用中的挑战和发展趋势做出展望,指出MXene的无毒或低毒刻蚀、高效插层剥离以及端基官能团调控等是MXene材料在制备环节未来发展的方向,而提升与其他材料的界面作用力则是MXene在应用领域亟需优化的设计难点。

“现代材料分析方法”实验课中对磁性非导电样品观察的拓展

"现代材料分析方法"是材料科学与工程专业一门必修课,其中扫描电镜对材料观察的实验课是至关重要的一部分。针对冷场场发射S-4800扫描电镜不适用于磁性样品的特点,自行开发样品夹;并利用冷场场发射扫描电镜对磁性非导电样品的观察进行了一系列参数的调整及对比,结果发现对于磁性非导电样品采取低加速电压,远工作距离更易获得最佳样品形貌,图像更能真实反映样品形貌。为冷场扫描电镜观察磁性非导电样品提供了技术指导以期对高校实验室的开放共享及实验课内容方面的拓展提供有益参考。

元素掺杂生物质炭材料在电化学储能中的研究进展

在“双碳”目标的背景下,新型生物质炭材料的开发及其在电化学储能领域中的应用引起了人们广泛的关注。在各种优化生物质炭材料性能的方法中,元素掺杂能够解决比容量低、稳定性差的问题,为提高生物质炭材料电化学性能提供了一种简单、有效的方法和策略。本文从植物基、动物基和微生物基三方面介绍了元素掺杂生物质炭材料的来源,并根据掺杂元素的种数将元素掺杂生物质炭材料归纳为单元素掺杂和多元素共掺杂。回顾了元素掺杂生物质炭材料在超级电容器、锂离子电池、钠离子电池、锂硫电池等电化学储能器件中的应用,在此基础上分析了其化学组成和微观结构对电化学性能的影响。同时对其今后的发展和商业化前景做出展望,指出掺杂元素的种类和含量的调控、制备方法和工艺的优化、生物质自掺杂属性的激活仍是目前亟待解决的问题和未来的发展方向。

二氧化硅纤维基隔热材料研究进展

研制高性能隔热材料对发展航空、建筑、运输等领域具有重要意义。二氧化硅(SiO_(2))纤维具有低密度、低热导、抗氧化的优点,是一种极具发展潜力的隔热材料。然而,SiO_(2)纤维的热导率有待进一步降低,如何进一步提升其隔热性能是一个重要课题。本文从SiO_(2)纤维的隔热机理出发,首先分析了不同形貌(实心、中空、多孔)SiO_(2)纤维的制备方法及研究现状,并总结了SiO_(2)纤维与有机材料、无机材料等复合的研究进展。同时,简述了隔热材料目前的主要应用领域,最后展望了SiO_(2)纤维基隔热材料在未来的发展方向。

氧等离子体改性超高分子量聚乙烯纤维复合材料层间损伤声发射特征分析

为研究氧等离子体改性超高分子量聚乙烯(UHMWPE)/乙烯基酯复合材料层间断裂韧性的损伤模式对其界面性能的影响,首先对不同密度UHMWPE织物进行氧等离子体改性,使用真空辅助树脂灌注成型工艺制备UHMWPE/乙烯基酯复合材料,结合声发射(AE)检测技术对复合材料的Ⅰ型层间断裂韧性(G_(ⅠC))和Ⅱ型层间断裂韧性(G_(ⅡC))进行测试,并对其损伤动态演变过程进行表征和定位。结果表明:界面性能是复合材料层间断裂韧性的主导因素,在G_(ⅠC)和G_(ⅡC)测试过程中,通过在UHMWPE/乙烯基酯复合材料层间预裂纹处产生应力集中,损伤机制表现为张开型和滑移型;低经密UHMWPE织物结构松散,具有良好的改性均匀度,经氧等离子体改性后其制备的复合材料的G_(ⅠC)和G_(ⅡC)分别提高约36.8%~80%、75%~1120%,达到层间增韧效果,同时由于界面结合性能提高,不同损伤模式减少或消除;通过对声发射信号进行聚类分析可有效识别出复合材料基体开裂、纤维/基体脱黏和纤维断裂3种损伤模式及其特征频率范围。

过共晶铝硅合金中硅相细化的研究进展

过共晶铝硅合金因其耐磨性能良好而受到关注,但组织中含有粗大的初晶硅和针状的共晶硅,限制了其进一步广泛使用。本文综述了当前过共晶铝硅合金中硅相细化的一些方法,如合金化、变质处理和改进制备工艺等。其中重点介绍了合金化对过共晶铝硅合金中组织的作用;然后对各种变质剂的细化效果进行了对比分析;并讨论了改进制备工艺对硅相尺寸和形貌的影响;最后指出未来的研究方向应集中开发出适用于广泛使用的新型复合变质剂,并通过变质和改进制备工艺相结合,获得性能更加优异的过共晶铝硅合金。

不同元素掺杂ZrO_(2)基固体氧化物燃料电池电解质电性能研究进展

固体氧化物燃料电池(SOFC)是未来的清洁能源技术之一,电解质是核心部件。ZrO_(2)基SOFC电解质中含有氧空位是氧离子传导的基础,通过在ZrO_(2)中掺杂低价金属离子能够制造氧空位。综述了不同元素掺杂ZrO_(2)基SOFC电解质电性能的研究进展,按照掺杂元素的多少分为一元、二元及多元掺杂ZrO_(2)电解质三大类,在每一大类下,根据掺杂元素的种类特点进行了细分与论述。归纳了ZrO_(2)电解质的性能和掺杂金属离子的关系,以及不同金属离子掺杂的优缺点,展望了ZrO_(2)基电解质的发展趋势。

海水淡化膜蒸馏膜的研究现状与展望

海水淡化技术(热法和膜法)是一项有望使人类摆脱淡水资源短缺困境的有效方法,其中,膜蒸馏技术是一种能源消耗低、脱盐能力强且有望实现淡水经济可持续生产的新型膜分离技术,但是膜蒸馏性能在很大程度上受膜污染与温度极化的制约,严重阻碍了其规模化应用,为此,研究人员围绕膜改性做了系列研究,以提高膜抗污染性并最大限度地降低温度极化。从阻碍膜蒸馏发展的问题入手,简要介绍了膜污染与温度极化及其对膜蒸馏造成的不利影响,综合分析了当前通过构造特殊润湿性表面抵抗膜污染以及利用限域加热降低/消除温度极化的研究现状,并指出当今膜蒸馏膜面临的问题,认为未来对于膜蒸馏膜的研究应从以下几方面开展:1)选用高导热/高光吸收的材料制造有限域加热功能并具有特殊润湿性表面的膜;2)设计能够适应多元污染物进料液的膜蒸馏膜;3)构筑一体化的具有高导热/光吸收性亲水层的Janus膜。

材料低温膨胀性能检测装置

德国Leica-J11万能膨胀仪,一是仅凭人的视觉读取信号容易引起较大误差,二是其测定温度范围仅限在室温以上。为了弥补目前材料低温膨胀仪数量少以及测试成本昂贵的不足,在该设备的基础上进行了改装。改装后仪器的测试温度范围为80～273K,膨胀系数测定范围为10^(-6)～10^(-5)/K,测量精度达10mm。改装后的仪器能够满足材料低温性能的测试要求。

7075铝合金时效过程组织和力学性能演变规律

对7075铝合金进行均匀化处理、固溶处理和不同时效时间(0~24 h)的单级时效处理,通过电子背散射衍射(EBSD)分析、显微维氏硬度测试和室温拉伸试验等研究时效时间对7075铝合金显微组织和力学性能的影响。结果表明,时效处理后7075铝合金组织为等轴晶,随着时效时间的延长,晶粒尺寸、小角度晶界比例和硬度、抗拉强度、断后伸长率均呈先增大后减小或维持稳定的趋势。时效时间为8 h时,晶粒尺寸达到最大值25.6μm,之后维持在20.9~22.4μm;小角度晶界比例达到最大值44.92%,时效24 h后降低至25.19%;硬度达到172.6 HV,之后维持在172.6~175.2 HV。时效时间为4 h时,抗拉强度与断后伸长率均达到最大值,分别为552.0 MPa和36.2%,随着时效时间的继续延长而降低。

连续碳纤维增强热塑性复合材料制备与应用研究进展

综述了国内外连续碳纤维增强热塑性复合材料(CCFRP)的制备和应用的研究进展,主要对CCFRP的界面改性方法、浸渍工艺和成型工艺进行了介绍,同时也介绍了其应用的状况,对CCFRP的发展前景进行了展望。

MGH956合金表面氧化膜形态与性能研究

MGH956合金具有高熔点、低密度、优异的高温强度等优点,高温氧化后在表面生成一层致密的氧化膜,可以有效保护合金基体。本研究以MGH956合金为研究对象,通过高温氧化工艺在合金表面制备氧化膜,利用扫描电子显微镜(SEM)、纳米力学探针、微米划痕仪等表征高温氧化时间对MGH956合金表面氧化膜形貌与性能的影响。结果表明,随着氧化时间延长,氧化膜厚度由7.2μm增至15.7μm;氧化膜的弹性模量呈先降低后略升高的趋势,当氧化时间为25 h时,弹性模量最高(342.3 GPa);氧化膜与基体之间的界面结合强度不断增加,当氧化时间为100 h和150 h时,界面结合强度最大;在1250℃下,当氧化时间为50 h和100 h时,氧化膜表面质量较好,氧化膜与基体之间的界面结合强度最大,氧化膜硬度及耐磨损性能均保持较高水平。因此,建议采用50 h或100 h高温氧化工艺制备氧化膜。

高性能聚酰亚胺复合材料的研究进展

综述了国内外高性能聚酰亚胺复合材料的研究进展,主要包括以双马来酰亚胺树脂、反应型聚酰亚胺(PMR型聚酰亚胺)树脂及乙炔基封端聚酰亚胺树脂作为基体材料的复合材料,也包括以聚酰亚胺纤维作为增强体的复合材料,针对结构与性能的关系以及材料的性能优化进行了介绍,并对聚酰亚胺复合材料的发展方向进行了展望。

超支化聚合物对聚丙烯/剑麻纤维复合材料性能影响

为改善剑麻纤维(SF)与聚丙烯(PP)之间的相容性,在PP/SF复合材料中添加超支化聚酯(H101)、超支化环氧树脂(E102),研究了两种超支化聚合物(HBP)的热稳定性及对PP/SF复合材力学性能、熔体流动性和微观形貌的影响。热重分析表明,所使用的HBP均具有较好的热稳定性;扫描电子显微镜分析发现,HBP的加入使基体与纤维结合得更加紧密;力学性能测试表明,H101可不同程度地提高复合材料的拉伸、弯曲及冲击强度;E102可提高复合材料的拉伸及冲击强度,当E102含量为10%时,与PP/SF复合材料相比,冲击强度提高了72.24%。尽管HBP含量较高时复合材料的力学性能提高,但HBP会降低复合材料的熔体流动速率,选择HBP含量时需要综合考虑。

Fe掺杂宣纸基碳纤维材料的储锂性能

为了改善目前锂离子电池电极材料的成本高、环境污染等问题,本文提出了一种由植物纤维构成的宣纸直接烧结炭化并对其进行改性之后作为锂离子电池负极材料的方法。通过改变烧结温度和时间,探究宣纸的最佳炭化机制,之后通过简单的溶液法和烧结法掺杂入Fe对宣纸基碳纤维材料进行改性。并通过X射线衍射光谱(XRD)、扫描电镜(SEM)和X射线能谱分析(EDS)等分析手段对制备的材料进行了表征和对比,结果表明Fe成功均匀掺入到宣纸的原材料中。材料有很强的柔性可直接作为电极使用,结构均匀且稳定,并且在微观结构上,表面较之前呈现出了很多均匀的微孔。通过恒流充放电法分析了所制备宣纸材料作为锂离子电池负极的储锂性能。结果表明,在500mA/g电流密度下锂离子电池容量首圈可达到565.4mA·h/g,当电流密度高达2500mA/g时可逆容量仍然能够保持在124.7mA·h/g;在1000mA/g电流密度下可以保持稳定的长循环至1000圈。

荧光材料发射性能对其分子结构依赖性的研究

综述了荧光材料的分子结构特点对荧光分子发射性能的影响,包括改变烷基链长度、改变取代基的位置、结构中引入卤素原子和调整位置异构。同时对该材料今后可能的应用领域进行了展望。设计合成对外界刺激响应变色灵敏度高和荧光量子产率高的荧光材料将是未来该领域发展的主流。

刺激响应型有机荧光变色材料的研究进展

对4种刺激响应型有机荧光变色材料的研究现状和未来发展趋势进行了综述与分析,这4种不同类型的荧光变色材料分别为离子响应型荧光变色材料、光致荧光变色材料、机械致荧光变色材料和温度响应型荧光变色材料。分析表明,研究开发响应速度快的多刺激响应荧光材料以及设计制备不同形态的聚合物基荧光变色材料将是未来该领域发展的主流方向。

芳香聚酰胺材料在膜分离领域应用研究进展

芳香聚酰胺材料在高性能纤维领域应用广泛,其分子结构中大量的苯环和酰胺键赋予了芳香聚酰胺材料优异的耐热性能和力学性能.常用芳香聚酰胺材料主要有聚间苯二甲酰间苯二胺(PMIA)、聚对苯二甲酰对苯二胺(PPTA)两种,它们具有耐热、亲水和耐化学性好等优点.随着分离膜应用领域的拓展,对分离膜性能的要求日益提高.制膜技术的发展使得制膜材料的种类也得到了扩展,具有优异性能的芳香聚酰胺材料逐渐进入科研人员的视线,其优异的性能使其在分离膜材料领域逐渐得到广泛应用.本文归纳了芳香聚酰胺材料在膜分离领域的应用研究进展,分别对PMIA分离膜和PPTA分离膜的制备与改性及其在超滤膜、反渗透膜、正渗透膜、纳滤膜、电池隔膜及油水分离膜等领域的应用进行介绍,分析了芳香聚酰胺分离膜在制备及应用过程中存在的问题,并对其前景进行了展望,以期为制备高性能芳香聚酰胺分离膜提供参考.

高导热金刚石/铜复合材料的制备与界面调控研究进展

金刚石/铜复合材料理论上具有高热导率和低膨胀系数等优异的热学性能,在热管理领域具有广阔的应用前景。然而金刚石与铜的界面亲和性差,常压下即使熔融的铜也不能润湿金刚石,金刚石和铜的界面处通常存在热阻较大的空隙,导致金刚石/铜复合材料的实际热导率远低于理论值。改善金刚石/铜界面亲和性、提高其热导率通常从烧结方法和金刚石与铜的界面调控两方面入手。本文在烧结方法方面归纳了高温高压法、真空热压烧结法、放电等离子烧结法以及熔体浸渗法等金刚石/铜复合材料的制备技术;在金刚石与铜界面调控方面总结了铜基体合金化和金刚石表面金属化等技术,并提出了当前金刚石/铜复合材料在烧结及界面修饰研究中存在的问题,及其未来的发展趋势。