铁路客车非金属材料VOCs释放规律试验研究

为了研究温度对铁路客车典型非金属材料中挥发性有机化合物释放量的影响,基于多气固比法和数据拟合法,对典型非金属材料(重防腐涂料、地板布、玻璃纤维增强塑料)的挥发性有机化合物释放规律进行了试验研究.首先,分别测量了4种不同气固比条件下的挥发性有机化合物浓度,得到挥发性有机化合物释放关键参数(初始可散发浓度和分配系数);然后,结合车辆工艺和运用场景,研究不同温度对挥发性有机化合物释放规律的影响.研究结果表明:材质的物理化学性能和温度是影响挥发性有机化合物释放特性的重要因素;温度从16℃升高至55℃,苯系物和醛类散发浓度均呈减小的趋势,重防腐涂料的初始可散发浓度减小为1.8%,其分配系数减小,地板布和玻璃钢的初始可散发浓度减小至0.3%以下,地板布的分配系数增大,玻璃钢的分配系数减小;苯系物是挥发性有机化合物的主要成分,其中以苯乙烯占比最大,甲苯、乙苯以及二甲苯占比排序规律不明显,并且未检测出苯;在铁道车辆烘焙法环保净化处理时,建议重防腐涂料的烘焙温度不小于55℃,地板布和玻璃钢的烘焙温度不小于45℃.

弹性模量对异种材料螺栓连接性能的影响

利用理论分析、数值模拟和试验研究相结合的方法,分析被连接件弹性模量对螺栓连接结构力学性能和动态响应的影响;使用光学显微镜和扫描电子显微镜分析螺纹表面损伤,并讨论被连接件弹性模量对螺栓连接结构疲劳寿命的影响。结果表明:随着被连接件材料弹性模量增大,连接结构松弛系数Z增大,螺栓内力系数Φ和应力幅σα减小;螺栓螺纹承载面上存在剥落坑、犁沟以及塑性流动痕迹,且被连接件弹性模量越大,螺纹表面损伤程度越低,螺栓剩余轴向力越高,服役寿命提高。

大功率LED器件散热技术与散热材料研究进展

随着LED(light emitting diode)器件功率的增大,造成结温升高并导致LED器件可靠性和使用寿命明显降低。因此开发高效、低成本,且可靠性高的散热技术与散热材料已成为大功率LED器件研发领域的一个重要研究方向。从LED芯片结构设计、辅助散热装置及封装散热材料的设计与选用这3个方面对大功率LED器件的散热技术与散热材料研究进展进行了综述。

组织工程多孔生物材料的制备及表征

目的制备适合新骨长入的孔隙率、孔隙尺寸和结构的多孔磷酸钙组织工程支架材料。方法通过湿法共沉淀法合成羟基磷灰石(HA)/磷酸三钙(TCP)双相粉末作为起始粉末,分别采用有机泡沫浸浆法和适当的致孔剂加入磷酸钙骨水泥中,分别制备多孔磷酸钙陶瓷和多孔磷酸钙骨水泥,并测量多孔隙率,采用扫描电镜观测试样的形貌和孔隙结构,利用X射线衍射分析磷酸钙的相成分。结果多孔磷酸钙陶瓷和磷酸钙骨水泥的孔隙率分别为72%和67%;孔隙尺寸主要分布在200～280μm;孔壁上分别存在大量孔径仅为数微米至数十微米的微孔,为微孔隙间的贯通提供了可能性;X射线衍射结果证明多孔磷酸钙陶瓷的组成包括HA和β-TCP,而多孔磷酸钙骨水泥的主要成分均为HA,β-TCPandβ-TCP。结论本试验制备的多孔磷酸钙陶瓷和多孔磷酸钙骨水泥具有适合新骨长入的孔隙直径和孔隙率,具有良好的生物相容性。

nCeO_(2)/Au复合材料的制备及其光电性能研究

以硝酸铈铵为铈源,通过水热法合成了高度分散的氧化铈纳米颗粒(nCeO_(2))。利用沉淀沉积法将金与nCeO_(2)复合,得到小尺寸的纳米氧化铈/金(nCeO_(2)/Au)复合材料。通过X射线衍射仪、透射电子显微镜和X射线光电子能谱仪对nCeO_(2)以及nCeO_(2)/Au复合材料的晶体结构、形貌和化学组分进行分析。采用紫外-可见分光光度计、拉曼光谱仪及电化学工作站等多种表征方法评价样品的光电性能。结果表明,与nCeO_(2)相比,nCeO_(2)/Au复合材料具有更高的可见光吸收和转换能力,增强了氧空位形成,抑制了光生电子-空穴对的复合,促进了可见光下活性氧的产生。

Cr含量对TiB_(2)/FeCr基复合材料显微组织和高温氧化行为的影响

采用原位合成法制备了TiB_(2)/Fe_(x)Cr基(x=0、4、10、16、22、28,质量分数/%)复合材料,并结合X射线衍射(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)和能谱仪(EDS)等方法,对TiB_(2)/FeCr基复合材料的显微组织和高温氧化行为进行表征分析。当Cr含量为22%时,复合材料呈现出优异的抗高温氧化性能,其富Cr细密片层状TiB_(2)在900℃氧化过程中促进了连续Cr_(2)O_(3)/TiO_(2)混合层的形成,获得了金红石型TiO_(2)表层、致密Cr_(2)O_(3)中间层和Cr_(2)O_(3)/TiO_(2)混合层的三层阻隔结构,有效地抑制了钛离子和氧离子的扩散。

碳纳米管-石墨烯增强AZ31镁基复合材料实验研究

采用粉末冶金法结合热挤压制备了不同质量分数的碳纳米管（CNTs）和石墨烯（GNPs）增强AZ31镁基复合材料。分析了CNTs和GNPs对AZ31镁合金及其复合材料组织、力学性能及物理性能的影响。结果表明：CNTs和GNPs的加入可以细化晶粒尺寸,并且可以提高材料的硬度、拉伸和压缩屈服强度。当同时添加0.5wt%CNTs和0.5wt%GNPs时,复合材料的抗拉强度和抗压强度分别可达到：309MPa和399MPa,复合材料的硬度相比基体提升了17.1%。但是复合材料的塑性和导电性相比基体材料降低。

微动磨蚀及表面防护技术回顾

系统讨论了微动磨损及其与腐蚀耦合的失效机理和表面防护技术,为提高机械零部件的可靠性和延长使用寿命提供理论支持和实践指导。重点分析了固体自润滑涂层、液体润滑膜、树脂基涂层等低摩擦表面技术在减轻微动磨损方面的应用效果及其作用机理,并且对比了一系列微动磨损与腐蚀防护技术的利与弊,揭示了防护手段对腐蚀磨损性能的优化机理。此外,还讨论了低摩擦表面腐蚀防护设计的策略,包括基于表面工程的正向设计和基于失效分析的逆向推演,并对耐磨蚀涂层设计进行了深入探讨。最后,总结了微动磨蚀防护技术的研究进展,并对其未来的发展方向进行了展望。通过以上综合性的研究和分析,为提高机械零部件在复杂工况下的耐磨性和抗腐蚀能力提供了重要的理论依据和技术参考。

外界刺激响应型电磁干扰屏蔽材料的研究进展

在现代高精尖技术突飞猛进的背景下,如何抑制电磁干扰成为目前材料领域广为研究的重要课题。电磁干扰屏蔽材料有助于吸收或反射电磁辐射,从而作为一种屏障以阻挡电磁辐射。然而,随着科技的发展,传统的电磁干扰屏蔽材料已无法满足日益复杂的应用场景的需要,不能实现易于调谐且响应灵敏的屏蔽效能、吸收损耗、反射损耗。外界刺激响应型电磁干扰屏蔽材料则有望解决这一问题,这类材料的特点是:电磁响应性能可以根据特定的应用要求或实时的环境变化自行调整。综述了应变响应型、温度响应型、湿度响应型三种外界刺激响应型电磁干扰屏蔽材料的最新研究进展,包括材料的结构特点、主要成分、制备方法和响应机制,对未来发展和研究方向进行了展望。

废弃生物质炭材料在储能领域的应用研究进展

废弃生物质可制备出环境友好、导电性能优异和高比表面积的多孔炭材料,实现其在储能领域的高价值再利用与可持续发展。本文系统阐述了当前废弃生物质炭材料在储能领域的研究现状,详细分析了其在锂离子电池、钾离子电池、超级电容器、钠离子电池等储能器件中的应用前景和独特优势,总结了废弃生物质炭材料当前面临的规模化处理以及应用场景、储能器件与电极材料的匹配等方面的挑战,展望了废弃生物质炭材料的基因工程研发应用。

无模直写制备负泊松比多孔材料及其力学行为研究

通过无模直写成型技术制备了具备负泊松比特性的周期胞元结构柔性多孔材料,分别设置胞元结构角度、胞元周期以及基体材料性质作为实验变量,结合单轴压缩和拉伸测试过程中样品的形变模式与应力-应变曲线特征,分析讨论了各因素对周期胞元结构力学响应的影响。研究发现,结构负泊松比效应主要取决于胞元结构角度,而对于整体样品的弹性模量和能量吸收性能,胞元周期为主要影响因素。

表面改性剂对聚丙烯／氢氧化镁复合材料燃烧性能和热稳定性及结晶行为的影响

研究了硅油对聚丙烯(PP)/氢氧化镁(MH)复合材料性能的影响。通过极限氧指数(LOI)、热失重分析仪(TGA)、差示扫描量热仪(DSC)和偏光显微镜(POM)对PP及阻燃PP的性能进行了研究。结果表明,阻燃PP比纯PP有较高的残留量,热稳定性得到改善。其LOI达到难燃塑料的要求,有良好的阻燃性。未经改性的MH对PP基体有异相成核作用,使结晶峰温度向高温方向偏移,而硅油削弱填料对PP基体的异相成核作用。POM分析表明,MH粒子在基体中的分散性对PP的晶粒形貌和尺寸起着十分重要的作用。

基于静电吸附作用制备PPy/CNTs复合材料

通过添加十二烷基苯磺酸钠(SDBS),在碳纳米管(CNTs)表面引入具有静电吸附作用的基团,使吡咯单体附着于CNTs表面,然后发生化学原位聚合,得到了由片状聚吡咯(PPy)包覆CNTs所构成的PPy/CNTs复合材料,开辟了一条易于工业化生产制备PPy/CNTs复合材料的途径.所得材料和CNTs借助傅立叶变换红外光谱、扫描电子显微镜、透射电子显微镜等设备进行了成分和形貌的表征;并将所得材料组装成电化学超级电容器,进行了电化学性能测试.研究结果表明,加入SDBS后,吡咯单体能很好地吸附于CNTs表面;CNTs的应用细化了PPy的颗粒,改善了PPy的导电性能和机械性能,使PPy/CNTs复合材料呈现出多孔状;其电化学容量达到101.1 F.g-1(有机电解液),是同样制备条件下所得纯PPy电化学容量(19.0 F.g-1)的5倍多,约是所用纯CNTs电化学容量(25.0 F.g-1)的4倍.

纳米羟基磷灰石/壳聚糖杂化材料的制备

以原位沉积法为基础,采用水热处理法制备羟基磷灰石(HA)/壳聚糖(CS)杂化材料,以解决HA在CS基体中分布不均和结合不紧密的问题.研究表明,通过水热处理后所得到的杂化材料是由CS分子和低结晶度的HA晶体所组成.其中HA的晶体尺寸为纳米级,均匀分布在CS分子中.而且杂化材料中的HA和CS都出现沿C轴方向的择优生长.同时还发现,在所得杂化材料中的HA晶体与CS分子出现了较强的化学键合作用,且这种化学键合作用的强度随水热处理温度的升高而增强,其中当水热处理温度为100℃时,这种化学键合作用达到最强.

导热绝缘高分子复合材料的研究进展

近年来,随着微电子行业的快速发展,通过添加导热绝缘填料制备导热绝缘高分子复合材料受到广泛关注。本文综述了导热绝缘复合材料的导热绝缘机理,详细介绍了导热绝缘高分子复合材料的影响因素,主要涉及导热绝缘填料及其几何尺寸、填料在基体中的分散状态以及填料表面改性等,并概述了导热绝缘高分子复合材料的应用现状,最后对未来导热绝缘高分子复合材料的研究方向提出了建议与展望。

有限域聚合法制备碳纳米管-聚苯胺复合材料及其电化学性能

通过有限域聚合法将聚苯胺(PANI)均匀地生长在碳纳米管(CNTs)表面,得到CNTs-PANI纳米复合材料.通过透射电子显微镜(TEM)、扫描电子显微镜(SEM)、傅立叶变换红外(FTIR)光谱对样品的形貌及成分进行表征.将得到的复合材料组装成电化学超级电容器,进行电化学的循环伏安和恒流充放电测试.结果显示,运用此有限域聚合法所制备的复合材料中PANI可以非常均匀地包裹在CNTs表面,复合材料的比容量可以达到117.7F·g-1(有机电解液),远远高于所用纯碳纳米管(25.0F·g-1)和纯聚苯胺(65.0F·g-1)的比容量,从而表明有限域聚合法是一良好的纳米复合材料的制备方法.

生物材料表面微纳结构对成骨相关细胞的影响

生物医用材料表面性能,包括表面形貌与化学组成,对诱导骨组织形成并形成骨整合具有重要作用。细胞行为对基底表面形貌和组成的依赖性决定了设计不同功能表面的重要性。作者小组多年来从事生物材料表面微纳结构相关研究。在微图形方面,结合微加工和磁控溅射技术制备出的羟基磷灰石微沟槽;采用溶胶-凝胶与复制微模塑相结合的方法制备了TiO2微图形;采用掩模曝光电化学微加工技术和喷射电化学微加工技术,在钛基底上制备多孔微图形;通过转移微模塑法与自组装技术相结合,得到壳聚糖与牛血清蛋白复合微图形。在纳米结构方面,采用电化学阳极氧化处理,获得一定管径和管长的二氧化钛纳米管。在微纳多级结构方面,结合高压微弧氧化和低压阳极氧化制备了微纳多级结构钛表面。除了考虑微纳结构单独效应之外,还考虑了微纳结构化与生物功能化的协同效应,即在具有微纳结构的生物材料表面通过层层自组装等手段进行生物化学修饰。最后通过成骨相关细胞培养实验及体内植入实验,考察各试样的生物活性。研究表明,微米尺度表面促进骨细胞粘附、增殖、分化等,而纳米尺寸结构以及微纳多级结构对细胞功能具有进一步促进作用。微纳结构化与表面功能化修饰存在有协同效应。这些研究结果为微纳米技术应用于人体植入研究提供了新方向。

表面改性对可膨胀石墨填充PP/TPU复合材料的结晶行为、燃烧与力学性能的影响

研究了钛酸酯偶联剂对可膨胀石墨(EG)填充聚丙烯(PP)/热塑性聚氨酯(TPU)复合材料性能的影响。通过差示扫描量热(DSC)、热重分析(DTA)、锥形量热仪(CONE)和扫描电镜(SEM)表征方法对PP/PUT/EG复合体系的结晶行为、燃烧与力学性能进行了研究。结果表明,EG是一种有效的阻燃剂,能显著提高材料的阻燃性能。未改性的EG对PP/TPU基体有促进成核结晶作用;而偶联剂的添加削弱EG粒子对基体的这种作用。偶联剂的加入可以改善PP/PUT/EG复合材料的力学性能,当加入20phr的EG时,复合材料的拉伸强度和断裂伸长率分别由改性前的5.3MPa和17.6%提高到经改性后的5.6MPa和18.3%。

结合学科特点和自身优势建立生物医学工程本科专业实验教学体系

生物医学工程是一门交叉性很强的学科。我校在该领域的科研优势主要在于生物医用材料及医疗器械方面。以此为基础，2003年建立了生物医学工程本科专业。为使学生通过本科阶段的学习，既能掌握该专业的综合知识，又具有较好的创新能力，我校结合自身科研优势，对建立有特色的实验教学体系进行了初步的研究和探索。该文介绍了此实验教学体系的目标和特色，介绍了实验教学内容和实验室的设置以及实验教师的配备情况。实验内容强调基础知识，注重交叉学科特点和体现自身特色。设置了生物医学实验室、生物电子实验室和医疗器械实验室。编写了相应的实验教材。

结构因素对多孔材料吸声性能的影响

多孔吸声材料由于具有比重小、取材范围广、加工制造工艺相对简单等优点而在吸声降噪领域显示出了广阔的应用前景。为了更好的研究与设计多孔吸声材料,总结和分析了多孔材料中孔隙率、孔隙形貌、孔径、厚度和空腔等结构因素对材料吸声性能的影响。发现孔隙率和孔径过大或过小均不利于吸声性能的提高,可能存在一最佳值;而厚度和空腔的增加能有效提升吸声性能,不过存在一上限值。另外,对此类研究进行了展望。