PVDF基超滤膜的制备及其切削液废水分离性能

切削液废水含有大量乳化油,如未经处理直接排放,会造成环境污染、水生态系统破坏等。为了实现水包油乳化废水的高效分离、降低膜污染,以成膜性好、力学性能稳定、耐化学性能佳的聚偏氟乙烯(PVDF)中空纤维膜为基膜,将胱胺的氨基引入到膜表面,再与甲基丙烯酸的羧基发生酰胺化反应,然后通过自由基聚合反应形成环状聚合物功能层,从而得到亲水性好、通量大且油水分离率高的PVDF基复合膜。通过红外光谱(IR)、扫描电镜(SEM)、水接触角等测试对改性前后的膜样品的物化性能进行表征;采用自制错流过滤装置测试正己烷油水混合乳液、切削液废水的分离效果。研究结果表明,原膜(M0)的水接触角(WCA)为91.95°,改性后的膜M1,M2和M3的WCA分别降低至65.78°,51.08°,71.70°,说明改性膜的亲水性提高。M0与M1,M2和M3在正己烷油水乳液分离中各自的渗透通量分别为37.34,58.40,81.57,44.55 L·m^(-2)·h^(-1);对切削液废水分离的渗透通量分别是7.41,11.96,24.36,10.80 L·m^(-2)·h^(-1)。原膜和改性膜在分离高浓度的切削液废水时,渗透通量都有所下降,但改性膜的渗透通量明显高于原膜水渗透通量,其中M2改性膜的分离通量最佳,说明改性膜的亲水性和抗污染性最佳,有望用于工业含油废水处理。

陶瓷基复合材料界面微区力学行为的研究进展

作为热结构材料,陶瓷基复合材料(ceramic matrix composites,CMC)在航空航天领域应用潜力巨大。连续纤维的引入解决了陶瓷脆性大的问题,而纤维与基体间微小区域——界面层的设计是保证CMC具有高韧性的关键。一直以来相关研究主要集中于界面层与CMC宏观力学性能之间的关系,受限于表征难以深入研究界面层微区力学行为的困难。随着微纳力学测试与聚焦离子束(focused ion beam,FIB)技术的发展,近些年来对于CMC界面层结合强度以及其失效行为的表征逐渐增多。在此基础上,本文综述CMC中界面层的作用以及界面剪切强度的影响因素与调控机制,同时汇总当下通过直接或间接手段测试界面剪切强度的方法,重点总结微纳力学手段下纤维push-out/push-in以及微柱压缩等方法的适用条件以及差异,报道这些方法在界面区失效机制研究方面的进展,并指明尚存在的一些问题。其中,纤维pushout/push-in可以反映基体应力作用对界面剪切强度的影响,但测试结果可能受到外部因素的影响;而微柱压缩测试则更多地反映界面层本征特性,无法反映基体应力对界面剪切强度的影响,也无法反映纤维拔出过程。最后展望未来的研究方向:进一步拓展界面微区力学行为的表征方法,同时确定微区力学与宏观力学性能间的影响机制并建立模型,最终实现CMC的界面层优化。

钢渣基盾粉/橡胶复合材料的性能及机理

基于利用超细立磨与钢渣制备钢渣基盾粉(简称盾粉)的研究成果,以橡胶工业配方制备盾粉/橡胶复合材料。测试矿物成分、化学成分、粒度分布、结构组成、微观结构和热稳定性,从微观层面阐述盾粉用于橡胶工业配方的相关机理。结果表明:当盾粉替代炭黑比例为5%~10%(质量分数,下同)时,盾粉与橡胶基体的相容性较好,盾粉/橡胶复合材料拉伸强度为16.16~17.06 MPa,高于15 MPa,拉伸伸长率为619.8%~668.21%,高于350%,磨耗量为130~196 mm^(3),小于200 mm^(3),均满足国标要求;当盾粉替代炭黑比例为5%时,盾粉/橡胶复合材料的硫化时间缩短、硫化速率指数提高。盾粉/橡胶复合材料燃烧时,一方面盾粉中SiO2与硫自由基、Fe、Zn、Al发生反应形成Si-Mg阻燃体系、Si-Al阻燃体系与Si-Fe消烟体系;另一方面盾粉与橡胶体系产生关联作用组成致密的炭层,阻止部分热量的传递与火焰的蔓延。

Cr_(2)O_(3)及石墨烯掺杂对微弧氧化铝材阻氚涂层微观组织及性能的影响

为了获得高质量的氧化铝阻氚涂层,采用微弧氧化技术,以磷酸盐为主要电解液成分,在电解液中掺入Cr_(2)O_(3)和石墨烯作为添加剂,在1060纯铝表面制备微弧氧化涂层。采用扫描电镜、X射线衍射仪、涡流测厚仪、维氏硬度测量仪、摩擦磨损试验机和电化学工作站表征微弧氧化涂层的表面形貌、元素分布、物相组成、涂层厚度、涂层硬度、耐磨性和耐蚀性。结果表明:在电解液中同时加入3 g/L Cr_(2)O_(3)和1 g/L的石墨烯所制备的微弧氧化涂层表面形貌更加致密,涂层中α-Al_(2)O_(3)和γ-Al_(2)O_(3)的占比得到提高,厚度达25.3μm,硬度达763.01HV,平均摩擦因数为0.4781。同时,其自腐蚀电位为-0.185 V,自腐蚀电流密度为1.095×10^(-9)A·cm^(-2)。

激光粉末床熔融WC-12Co硬质合金温度场模拟

结合有限元软件ANSYS建立三维有限元热模型,利用APDL命令及生死单元方法实现对高斯热源的施加和WC-12Co硬质合金打印过程的模拟,得到WC-12Co硬质合金在激光粉末床熔融(LPBF)成形过程中的温度场分布,研究不同工艺参数(激光功率、扫描速度)对温度场分布及熔池特征的影响。结果表明:WC-12Co硬质合金在LPBF过程成形时,利用有限元能够有效模拟其成形过程。位于热源前部的等温线比尾部更为密集,温度梯度更大;而扫描路径终端边缘处熔池中心的温度最高。随着激光功率的增大和扫描速度的减小,熔池宽度、深度和长度均相应增大。通过相关实验分析不同工艺参数对晶粒尺寸的影响,发现晶粒尺寸随扫描速度的增加而减小,随激光功率的增加而增大;但过高的激光功率会引起一定的热裂纹现象发生。

C/C-HfC复合材料的抗烧蚀性能

以无机铪溶液为前驱体,采用化学气相渗透法(CVI)和前驱体浸渍裂解法(PIP)制备密度为2.14 g/cm^(3)的C/C-HfC复合材料,分析其微观结构和组成,测试材料的抗烧蚀性能。结果表明:HfC陶瓷均匀地分散于基体的孔隙中,且与基体结合紧密。引入HfC陶瓷可以显著增强C/C复合材料的抗烧蚀性能。在相同的热流条件下,烧蚀时间为120 s时,C/C-HfC复合材料的线烧蚀率为6.20×10^(-2)mm·s^(-1),质量烧蚀率为2.03×10^(-2)g·s^(-1),分别比C/C复合材料降低了48.33%和40.12%。在烧蚀过程中,HfC会与热流中的氧气反应生成熔融的HfO_(2),均匀地覆盖在基体的表面形成保护层,隔绝热流,防止基体被氧化,同时阻止热量的传递。熔融HfO_(2)的蒸发也会带走表面的部分热量。随着烧蚀时间的增加,HfO_(2)的损耗会逐渐上升,基体表面的保护层会逐渐被破坏,热流对基体产生的烧蚀损伤会更为严重。

离子液体电沉积制备Cu掺杂NiO电致变色薄膜及其性能

NiO是一种常见的电致变色材料,元素掺杂改性是改善NiO薄膜电致变色性能的重要方法。以离子液体为介质,采用电沉积法制备Cu掺杂NiO薄膜,并研究Cu元素掺杂对NiO薄膜电致变色性能的影响。结果表明:Cu掺杂NiO薄膜的电致变色性能相较于纯NiO薄膜有明显提升。Cu掺杂含量为6%(原子分数,下同)时,薄膜光调制范围最大,为54.7%,着色效率最高,为61.54 cm^(2)/C,Cu掺杂含量为12%时,薄膜的着褪色响应时间最短,分别达到2.7 s与2.6 s。薄膜的物相结构为面心立方晶相Ni_(1-x)Cu_(x)O,由纳米粒子堆积而成,表面存在大量利于离子扩散的孔隙。

有机磷阻燃剂插层钙基蒙脱土纳米复合物的制备和表征

采用一种简单直接、绿色无溶剂的制备方法,将三种有机磷小分子阻燃剂(9,10-二氢-9-氧杂-10-膦菲-10-氧杂(DOPO)、磷酸三苯酯(TPP)、季戊四醇磷酸酯(PEPA))分别插层进入到钙基蒙脱土(CaMMT)的片层中,制备了三种有机磷阻燃剂的蒙脱土纳米复合物(DOPO-CaMMT,TPP-CaMMT和PEPA-CaMMT)。X射线衍射(XRD)表明三种含磷小分子成功插层进入了蒙脱土的片层中,透射电子显微镜(TEM)验证了三种蒙脱土纳米复合物中蒙脱土的层间距表现出不同程度的增加,热重分析(TGA)表征了纳米复合物热稳定性的变化。对三种纳米复合物的形成机理进行研究。结果表明,TPP和PEPA均以一步插入到蒙脱土片层中;DOPO按照两步插层蒙脱土,且层间距更大。三种有机磷阻燃剂在插层进入蒙脱土层间形成的纳米复合物,实现了蒙脱土在聚合物中更好的分散性及磷硅协同的阻燃效应。

硅烷偶联剂及氧化石墨烯二次改性对芳纶纤维界面性能的影响

为改善芳纶纤维(PPTA)与丁腈橡胶(NBR)复合材料之间的界面强度,采用硅烷偶联剂A172和氧化石墨烯(GO)对芳纶纤维表面进行接枝改性处理,并对处理前后的芳纶纤维进行化学结构、表面形貌及H抽出力分析。利用SEM对抽出纤维表面和橡胶基芳纶纤维复合材料截面进行微观结构分析。结果表明:硅烷偶联剂和氧化石墨烯对芳纶纤维进行二次表面改性后,纤维表面含氧基团增加,化学活性提高,处理后表面存在明显的表层附着物,纤维结构未发生明显损伤且表面粗糙度得到明显改善。每个处理阶段后H抽出力均有提高,且氧化石墨烯二次改性后的芳纶纤维H抽出力提高效果最佳,从18.192 MPa提高到48.748 MPa,芳纶纤维与丁腈橡胶的界面结合力得到了显著提升,从而证实了硅烷偶联剂和氧化石墨烯二次改性芳纶纤维的有效性,为橡胶基芳纶纤维复合材料性能的研究提供了参考。

磺酸基修饰石墨烯复合材料的储钠性能研究

对石墨烯进行功能化处理,可得到具有合适层间距和较高离子扩散速率的理想石墨烯基电极材料,其作为钠离子电池负极材料有着重要的应用潜力。通过在石墨烯结构中进行原位插层反应,成功制备出聚对苯乙烯磺酸钠(PSS)插层的石墨烯复合材料(PSS-rGO)。这种插层结构是基于石墨烯的π电子可以与PSS结构中的π电子相互作用,使得石墨烯层间距增大并抑制其堆积。同时,PSS中的磺酸钠基团可有效提高钠离子扩散速率,增强电极对钠离子的吸附能力,从而提升钠离子电池的循环性能。利用扫描电子显微镜(SEM)、透射电子显微镜(TEM)、X射线衍射仪(XRD)、拉曼光谱仪(Raman)、X射线光电子能谱仪(XPS)、电化学工作站和多通道电池综合测试仪对样品进行测试分析。结果表明,PSS-rGO电极在5 A·g^(-1)的电流密度下循环6000圈后容量可保持在256 mAh·g^(-1),单圈衰减率为0.003%,表现出优异的循环性能。本研究为开发高比容、快速储钠以及长寿命的钠离子电池负极材料提供了可行思路。

Ti-Ni-Hf高温形状记忆合金的研究进展

Ti-Ni-Hf记忆合金因具有高相变温度、相对低廉的价格和高输出功等诸多优点而成为最具潜力的高温形状记忆合金之一。然而,Ti-Ni-Hf记忆合金基体强度低,变形过程中易优先发生塑性变形,从而使其可实现的可恢复应变远低于理论值。目前改善应变恢复特性的措施主要包括:热机械处理(冷轧+退火)、合金化、时效处理、制备单晶合金等。研究表明,Ti-Ni-Hf合金的应变恢复特性与微观组织结构密切相关。本文主要阐述了Ti-Ni-Hf记忆合金在近年来的最新研究进展,包含微观组织结构的演化规律、马氏体相变行为以及力学性能和应变恢复特性,并基于前期研究成果建立了微观组织结构-马氏体相变-力学与应变恢复特性的关联特性。当前,Ti-Ni-Hf高温形状记忆合金冷、热加工性能差是其广泛应用的瓶颈。因此,Ti-Ni-Hf高温记忆合金的粉末冶金和增材制造可能是未来研究的热点与重点。

锂离子电池富锂锰正极材料的最新进展

富锂锰正极材料(Li-rich manganese cathode material,LMCM)因高比容量(>250 mAh·g^(-1))、低成本等优势,被视为最具前景的下一代锂离子电池正极材料。然而,该正极材料在循环过程中存在不可逆的结构转变等问题,造成首次不可逆容量损失高、倍率性能差、能量衰减和电压衰减等问题。通过体掺杂、表面包覆和结构优化设计等策略可一定程度上改善LMCM存在的以上问题。本文重点介绍LMCM存在的问题及改性研究工作,分析LMCM存在的问题及起因,详细阐述目前主要改性方法的研究现状,并讨论各种改性方法的优缺点及今后的重点研究方向。此外,本文还分析目前LMCM材料产业化进展和面临的主要挑战。由于自身存在的问题和配套材料发展缓慢,目前仅在部分企业实现小批量生产。

中国航发减振降噪材料及应用技术重点实验室

实验室以中国航发北京航空材料研究院为依托,先后承担几十项国家重点型号任务和重大基础科研任务,与航空、兵器、船舶、电子、航天等行业精诚合作,在旋翼弹性元件方面取得技术突破,在解决航空装备控制系统、惯导系统、光电设备、大型机柜、机匣薄壁结构等振动、冲击、噪声问题和难题方面经验丰富。实验室发挥跨学科优势并结合先进设计手段,基于创新的系列宽温域高性能橡胶材料,研制成功5大系列旋翼弹性元件,8大系列减振元件。

氧化亚锡薄膜晶体管的研究进展

p型金属氧化物材料氧化亚锡由于其特有的光学和电学性能,使得其在催化、传感、光电器件等领域受到越来越多人的青睐。本文重点介绍了氧化亚锡在薄膜晶体管中的研究应用,薄膜晶体管作为显示器驱动面板核心部件,其在显示器中的作用至关重要。本文归纳了氧化亚锡薄膜晶体管的研究进展,对氧化亚锡微观性能分析、氧化亚锡薄膜材料制备以及晶体管制备方法等进行介绍。通过对氧化亚锡晶体结构以及电子结构进行详细介绍,探讨了氧化亚锡性能微观调控机制;并通过对氧化亚锡材料的制备以及器件的应用研究,分析了氧化亚锡薄膜晶体管所面临的器件电流开关比低的问题并展望其在互补金属氧化物半导体器件方向的前景,以期为制备稳定和环保的p型金属氧化物薄膜晶体管提供参考。

Y掺杂Mn3O4/石墨烯复合材料的电化学性能

通过水热法在不同反应温度、一定反应时间条件下制备用于超级电容器的Mn3O4,同时实现Y的掺杂和复合石墨烯。通过X射线衍射(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)和电化学工作站对样品的形貌、结构与电化学性能进行分析,发现其与标准PDF卡89-4837相吻合,为单一相的Mn3O4,属四方晶系,空间群为I41/amd(No.141)。所制得Mn3O4为棒状颗粒。Y掺杂含量为5%时Y-Mn3O4的比电容可以达到89 F·g^-1,Y-Mn3O4/石墨烯复合材料的比电容可达到267F·g^-1,并且它们的循环伏安曲线为矩形形状,说明Y的掺杂和石墨烯的负载协同提高了Mn3O4的电化学性能。

氮、银共掺杂TiO2可见光催化剂的制备及表征

采用改进的溶胶-凝胶法制备N,Ag共掺杂TiO2光催化剂。利用X射线衍射(XRD)、傅里叶变换红外光谱(FT-IR)、扫描电子显微镜(SEM)、紫外-可见漫反射光谱(UV-Vis)等表征手段对光催化剂物化性质进行表征。结果表明:N元素以取代的方式掺入到TiO2晶格之间,但不能抑制催化剂晶粒长大,而Ag元素的加入抑制晶粒生长;N,Ag共掺杂TiO2禁带宽度降幅最大。苯酚光催化降解实验表明,改进的溶胶-凝胶法制备的催化剂光催化效率明显高于沉淀法制备的催化剂,在紫外-可见光照射120 min后,N,Ag共掺杂TiO2的光催化效率达到51.3%;在可见光照射360 min后,光催化效率能够达到51.7%,可见光响应并不以牺牲其紫外活性为代价。其原因是N,Ag共掺杂不仅可以降低TiO2的带隙,将其吸收阈值调控至可见光区域,而且增加了催化剂的氧空位浓度,显著增强了催化剂对可见光的响应,从而提高可见光催化降解效率。

微量Hf对大角度晶界含Re双晶合金高温持久性能的影响

采用籽晶法制备含有大角度晶界(约20°)的双晶试板,通过分析不同Hf含量(质量分数:0%,0.4%)的含Re合金晶界处析出相、γ/γ′组织、晶界成分及1100℃/100MPa横向持久性能,研究Hf对晶界组织及高温力学性能的影响。结果表明:Hf显著提高了铸态合金大角度晶界处共晶和碳化物体积分数;热处理后,Hf显著抑制了晶界胞状再结晶组织的形成,含Hf合金的1100℃/100MPa横向持久寿命均显著提高。晶界持久性能与晶界析出相种类、形貌、含量和成分密切相关,而Hf元素在晶界未发现显著的偏聚。本研究对先进镍基单晶合金中晶界缺陷的评价及Hf元素晶界强化作用机制的认识具有一定的指导意义。

Al_(0.1)CoCrFeNi高熵合金的力学性能和变形机理

Al_(0.1)CoCrFeNi高熵合金由真空磁悬浮熔炼制备而成,利用INSTRON力学试验机进行室温准静态拉伸,采用X射线衍射仪(XRD)、光学显微镜、扫描电镜(SEM)、透射电镜(TEM)和纳米压痕仪对实验前后样品的晶体结构、形貌、成分、组织、硬度和蠕变行为进行了研究。结果表明,经拉伸变形后,合金具有优异的强塑积(约为24GPa·%)、显著的应变硬化效应和更好的抗蠕变行为。试样的断裂模式为典型的微孔聚集型断裂。晶粒内部含有大量的微带组织,其带宽为200～300nm。分析认为,微观组织中的微带诱导塑性效应是合金具有优异的应变硬化能力的一个重要原因。

模板法制备MoSi_2/竹炭复合材料及吸波性能

以竹材炭化的多孔竹炭(BC)为模板,金属间化合物二硅化钼(MoSi_2)为吸收剂,采用包埋硅(Si)粉固相烧结工艺制备MoSi_2/BC多孔复合吸波材料。利用XRD、SEM和矢量网络分析仪对MoSi_2/BC复合材料的物相组成、显微结构、介电和吸波性能进行表征。结果表明:在氩气(Ar)保护气氛下,1450℃烧结制备的MoSi_2/BC复合材料主要含物相MoSi_2、SiC及无定型碳。BC基体孔隙内除分布有MoSi_2外,还布满排列无序、尺寸长短不一、相互交叉呈网状的碳化硅晶须(SiC_W),SiC_W的存在可有效提高复合材料电磁波吸收性能。在8.2～12.4GHz频率范围内,与环氧树脂混合后,复合材料反射率随MoSi_2/BC含量增加而逐渐减小。MoSi_2/BC含量为50%(质量分数)时,随试样厚度增加反射率降低,且最小反射率向高频方向移动;在11.87GHz处最低反射率为-13dB,反射损耗小于-10dB带宽约达1.0GHz,具有良好的吸波性能。

石墨烯增强金属基航空复合材料研究进展

本文综述了石墨烯增强金属基航空复合材料的研究现状,归纳了该种复合材料的制备方法,讨论了石墨烯对其性能的影响及机制。指出目前高含量、排列石墨烯增强金属基航空复合材料的研究还比较缺乏,涉及的工艺参数、组织结构、界面化学及高温物理性能等相关问题仍需进一步研究,并提出未来的研究重点应由制备方法等工艺性探讨向微观复合构型设计的思路转变。