改性Ecoflex介电层在摩擦纳米发电机中的研究进展

摘要:物联网发展带来的分布式传感器指数级增长,导致传感器供能面临巨大挑战。摩擦纳米发电机(TENG) 的发明为解决分布式传感器能源供给问题提供了创新且可持续的解决方案。Ecoflex 材料作为一种柔性可拉伸、易加工的介电层在TENG 领域被广泛使用。但是,单一Ecoflex 材料的电负性不强、介电常数低、电荷捕获能力弱,这极大地限制了其在TENG 领域的应用。本文从TENG 的等效电容模型和Ecoflex 材料的基本特性出发,综述了填料复合改性策略、表面微纳结构工程以及化学功能化改性策略在Ecoflex 基材质上的改性研究,进一步地对上述策略提升TENG 输出性能的机制进行了探究,探讨了改性Ecoflex 基TENG 在自供能传感领域和能量采集领域的应用。最后,强调了目前Ecoflex 基TENG 挑战和发展趋势,为面向零碳物联网的高性能器件设计提供关键指导。

高耐候性超分子聚合物黏附材料研究进展

摘要:黏附材料因其出色的黏附性能和便捷的操作性,一直以来在众多领域中都有广泛应用,但传统黏附材料在极端温度、紫外光、潮湿等复杂环境中易失效,而超分子聚合物通过分子设计与网络结构优化,能够有效克服这些缺陷。本文系统综述了高耐候性超分子聚合物黏附材料的研究进展,重点关注其耐候性增强策略、黏附机理以及在多领域的应用创新。当前研究发现,通过分子设计引入多重氢键、离子键、主客体等相互作用,以及构建双网络结构、微相分离结构等,可显著提升材料在极端环境下的稳定性和耐久性。然而,该领域仍面临诸多挑战,如网络结构的精准调控难度较大,多尺度协同机制尚需深入解析,以及部分材料的合成工艺复杂、成本较高,限制了其规模化应用。未来的研究方向应聚焦于开发新型功能基团以构建更高效的分子间相互作用,进一步优化网络结构以实现动态非共价键和刚性共价骨架的协同作用,满足日益增长的高性能材料需求,为相关领域的技术进步提供有力支持。

面向震后通行功能的铁路斜拉桥结构损伤指标研究

摘要: 为建立铁路斜拉结构损伤指标及其与通行功能的映射关系,探明主梁变形对震后轨道平顺性的影响机理,以轨道平顺性作为连接结构损伤与通行功能的纽带,建立面向通行功能的结构损伤指标及其关键参数计算方法,提出梁-轨系统峰值-残余变形法,建立主梁-轨道变形映射关系。研究表明: 震后轨道残余变形由主梁残余变形导致的轨道残余变形和震时主梁峰值变形导致震后轨道结构不可恢复变形组成; 确立主梁变形作为铁路斜拉桥结构损伤指标,主梁连续段采用主梁曲率,梁缝处采用水平错台、梁端竖向转角; 在面向通行功能进行抗震设计时,可通过桥塔、桥墩、支座的地震变形,限制主梁变形,保护轨道结构震时不损伤、震后保持平顺性。

高性能纤维缆绳在海洋工程中的应用

摘要:[目的]为促进高性能纤维缆绳在海洋工程中的应用,[方法]对纤维缆绳技术在海洋工程领域的典型应用进行分析,具体涵盖海上浮式结构物永久系泊缆、油轮单点系泊用纤维缆绳、工程船锚泊定位纤维缆绳、高性能纤维吊索、深海科考绞车系统用纤维缆绳等。对不同应用场景中缆绳的选型和性能要求进行对比,并阐述纤维缆绳的未来发展方向。[结果]结果表明:不同性能的纤维缆绳通过精准匹配场景需求,可有效解决传统钢缆质量大、易腐蚀、操作难等问题,推动海洋工程向深远海、大型化方向发展。[结论]研究成果可纤维缆绳在海洋工程中的选型与应用提供一定参考。

可连续堵漏钻进多功能工具研制与试验

摘要:近些年,深井、超深井钻井完井技术虽有了长足进步,但井漏仍然是深层、超深层油气开发过程中常见的井下复杂问题之一,钻井工程中因井漏而带来的经济损失占总成本的25%~40%。针对井漏问题,提出一种用于水泥浆堵漏的连续堵漏-钻塞作业方法,能够减少水泥浆堵漏和钻水泥塞作业的起下钻趟数,从而极大缩短水泥浆堵漏作业周期。基于此,对比分析了液压式、机械式、机械可控节流+液压驱动、液压可控节流+液压驱动等4种技术原理的优缺点,优选“机械可控节流+液压驱动”作为研究的技术原理;利用《水力计算手册》和《钻井工程技术手册》以及流体仿真分析,建立了液压推力理论计算公式;采用刀块误扩张结构、45°扩张斜角刀块、防水泥浆堆积固化结构、三长中心相连刀翼、钻头一体式结构、大通径水眼等设计,研发出了可连续堵漏钻进多功能工具。室内测试和现场试验结果表明:液压推力理论公式计算结果较准确,能够为可连续堵漏钻塞多功能工具系列化提供理论支撑;多功能工具在钻试-X井“一趟钻”完成了注水泥浆和钻水泥塞作业,且钻水泥塞形成的井眼尺寸达到设计直径,实现了不起钻条件下的连续堵漏-钻塞作业,较常规作业节约1趟钻,其推广应用有望大幅缩短水泥浆堵漏作业周期。

电沉积技术在金属表面构建防腐蚀超疏水涂层研究进展

摘要:超疏水涂层凭借其独特的界面阻隔效应,在金属防腐领域展现出重要应用价值。本文系统梳理了电沉积法制备超疏水涂层的研究进展:传统多步法需先构建微纳米结构再进行表面修饰,工艺复杂且效率较低;传统一步电化学沉积法虽简化了制备流程,但仍面临金属基底损耗等挑战。值得关注的是,新型一步电沉积技术通过沉积助盐配合物实现了非消耗性制备,为超疏水涂层的工业化应用提供了新思路。当前超疏水涂层的主要失效机制源于微结构内部的毛细渗透效应,而通过引入缓蚀剂或构建超滑表面可显著提升其防护性能。未来研究应重点突破涂层耐久性和力学性能等关键技术瓶颈,以促进超疏水涂层在实际工程中的应用。

高温合金熔炼用陶瓷坩埚研究进展

摘要:高温合金在航空航天发动机、燃气轮机等高温领域中扮演着重要角色。高温合金熔炼过程中,陶瓷坩埚作为关键容器,其与合金熔体的相互作用直接影响合金纯净度、组织均匀性以及服役性能,同时也决定陶瓷坩埚的自身热稳定性与服役寿命。为满足高性能高温合金的熔炼需求,陶瓷坩埚的高温力学性能、导热性、热稳定性与抗侵蚀性亟需进一步改善。本文系统综述了高温合金熔炼用陶瓷坩埚的发展现状,主要包括氧化物耐火材料、非氧化物耐火材料以及氧化物与非氧化物复合耐火材料3大类,并从热稳定性、导热性、抗侵蚀性等方面简析其服役性能及改性方法,重点阐述了复合结构设计与氧化锆掺杂等提升材料抗热震性能与抗侵蚀性能的策略,同时本文从润湿、侵蚀和剥落3个方面讨论陶瓷坩埚与高温合金熔体间相互作用机制和影响因素,并对通过材料结构设计、稀土氧化物掺杂等提升坩埚性能的方法进行了展望。

金刚石/铜复合材料制备工艺及应用研究进展

摘要:随着电子系统向高集成度、高功率密度方向发展,芯片散热成为关键挑战。金刚石/铜复合材料因其超高的导热系数和优良的可加工性等特点,成为第三代电子封装散热材料的核心候选。本文系统地综述了金刚石/铜复合材料高温高压法、等离子烧结法、真空热压烧结法与熔体浸渗法等工艺制备方法,分析了金刚石与铜的润湿行为、金刚石体积分数与粒径,以及制备参数对金刚石/ 铜复合材料导热系数的影响,总结了金刚石/铜复合材料的应用并对未来的发展进行了展望,为金刚石/铜复合材料的研制提供参考。

金属有机框架基材料应用于太阳能界面蒸发的研究进展

摘要:太阳能驱动的界面蒸发技术(solar-driven interfacial evaporation,SDIE) 可以将太阳能转化为热能用以从海水或废水中回收清洁的水,有效缓解日益严重的水资源短缺问题。光热转换材料是决定SDIE性能的关键因素之一,金属有机框架材料(metal-organic frameworks,MOFs) 具有结构可调、高孔隙率和高比表面积等优点,已被广泛应用于SDIE。MOFs衍生物在保留MOFs材料本身优势的同时,通过后改性等结构优化,将进一步赋予其强稳定性及多功能催化特性。将MOFs与金属、金属氧化物、碳纳米管和聚合物等功能材料复合,可以明显改进SDIE性能。本文介绍了SDIE性能评估指标,重点综述了MOFs基材料(包括MOFs、MOFs衍生物和MOFs复合材料) 在SDIE中的最新研究进展,讨论了各MOFs基材料在SDIE中的促进作用,简述了MOFs基蒸发器在海水淡化、污水处理和发电等领域的应用,分析了MOFs基蒸发器的前景和挑战。结合MOFs基蒸发器的研究现状,指出降低MOFs的制备成本、加强对MOFs衍生的金属硫/碳化物的开发、通过掺杂金属或设计三维蒸发器结构提高光热性能等,是MOFs基蒸发器未来研究和开发的重点方向。