石墨烯改性导热复合材料研究进展

摘要:石墨烯具有极佳的热学与电学性能,是目前十分热门的炭材料之一,在导热领域应用价值显著。石墨烯与聚合物复合后制得的石墨烯改性导热复合材料(GTCCs)具有优异的力学性能、热学性能和化学稳定性。对电子设备日益严重的发热问题而言,GTCCs是一种有效的解决方案,其具有替代商用导热硅脂的潜力,梳理相关研究的核心思路并提炼关键信息有助于把握切合实际的发展导向,推动GTCCs大规模产业化应用。本文简要分析了当代电子设备的散热需求与GTCCs的导热机理;将GTCCs的改性手段分为填料杂化、填料改性和主动构建导热骨架三类,介绍了与各类改性手段相适应的生产工艺和国内外研究进展;列举了GTCCs在传感器、涂层等方面的实际应用,展示了其巨大的工业价值;最后,在展望GTCCs未来的同时,对GTCCs研究中存在的问题进行了探讨,从实际出发总结了一些有前景的发展方向。

碳纳米管杂化结构增强复合材料电学和力学性能研究进展

摘要:碳纳米管作为一维纳米材料,具有优异的电学、热学、力学等性能,被广泛地用作复合材料的增强剂。根据碳纳米管杂化结构类型,综述了碳纳米管/颗粒材料、碳纳米管/纤维材料、碳纳米管/片层材料、碳纳米管/轻质泡沫材料等结构在电学性能和力学性能方面的研究进展,阐述了各种杂化结构的电学性能和力学性能增强机理,分析了各种杂化结构的优势,为碳纳米管杂化材料的构建和设计提供了依据。

导电纳米材料用于树脂基复合材料成型过程和结构健康监测的研究进展

摘要:导电纳米材料( 如碳纳米管、石墨烯等) 凭借其优异压阻特性,在复合材料的层间增强增刚、电磁屏蔽和结构健康监测中应用广泛。这类材料通过粉体、薄膜或纤维等形式集成于复合材料内部或表面,通过电阻响应实现从制造工艺优化到服役状态监测的全生命周期智能感知。当前研究聚焦于解决导电填料的分散机制、导电网络电信号的演变规律、响应灵敏度的提升等核心问题。本文系统阐述了导电纳米材料在树脂基复合材料成型固化过程、流动前锋/渗透率测量、复合材料损伤以及应力应变监测等领域的最近研究进展,突破了传统离线检测的局限。导电纳米材料的工业应用可拓展至航空航天、风电新能源、轨道交通等高端装备和民用可穿戴设备等领域,为大型复合构件的全流程质量管控提供了创新解决方案。

碳纳米管膜用于碳纤维增强树脂基复合材料的电热固化技术

摘要:为探索碳纳米管膜用于树脂基复合材料电热固化成型的工艺适用范围和应用前景,以CCF800H/EC120A碳纤维增强环氧预浸料为研究对象,用柔性碳纳米管膜对其电热固化处理。为优化电热固化工艺,对比了真空电热固化和模压电热固化对复合材料内部质量、玻璃化转变温度、力学性能及微观形貌的影响,以考察真空度和外压在电热固化过程中的作用。研究结果表明,碳纳米管膜可实现快速、均匀的加热;与模压电热固化相比,碳纳米管膜真空电热固化工艺所得复材板的内部质量好,玻璃化转变温度高,力学性能更优异,表明在该预浸料的电热固化过程中,真空度比外压对复材板成型质量和性能控制的作用更显著;与传统烘箱固化方式相比,真空电热固化复材板的弯曲强度保持率为90%,弯曲模量相当,层剪性能差距较小。

机器学习在复合材料领域中的应用进展

摘要:复合材料因其密度低、比模量高、比强度高等优势成为汽车轻量化的重要材料。但因复合材料所涉及材料参数相对庞杂,成本高、周期长的传统复合材料研究方法已无法适应目前复合材料的发展趋势。近年来,基于数据挖掘的机器学习具有高效、高精等优势,为解决上述复合材料领域现存困境提供了新思路。通过阐述机器学习技术的基本原理、应用流程以及典型算法,总结其在复合材料领域的应用可行性。分析了机器学习在复合材料的微观结构表征、力学性能预测、复合材料优化设计、加工制造模拟速度四个方面的研究进展。分析表明,机器学习可用于复合材料研究领域,且具有较高的预测精度和可靠性。最后分析了机器学习在该领域的问题与挑战,为其未来研究方向和发展提出展望。

激光增材制造Inconel 718基复合材料及力学性能

摘要:Inconel 718(IN718)合金具有优异的高温强度、高延展性和良好的耐蚀性,在航空航天及能源等领域有广阔应用前景。然而,IN718合金较低的硬度和耐磨性严重限制了其应用领域拓展。针对此问题,可行的解决策略之一是对IN718合金进行表面或基体的组成/结构改性。激光增材制造方法可有效地调控复合材料的组成和显微结构,从而优化其综合力学性能。本文首先介绍了N718基复合材料的性质特点和改性思路,随后明确了IN718基复合材料激光增材制造方法的优越性和局限性,并且概括了激光增材制造IN718基复合材料的显微结构及力学性能的演变规律,最后总结了IN718基复合材料的组成设计、制备方法改进、显微结构调控和力学性能优化等方面的关键科学问题,进而对本领域研究的未来发展方向作出了展望。

钛基复合材料加工技术研究进展

摘要:从传统机械加工、复合能场加工、锻造加工以及增材制造等方面综述了钛基复合材料(TiMMCs)的加工技术研究现状与进展,重点阐述了不同加工技术下TiMMCs的加工机理,并总结了不同加工工艺加工TiMMCs的特点。针对当前研究存在的主要问题,对未来TiMMCs加工技术的发展趋势进行了展望。

聚合物导热复合材料三维网络构筑及性能研究进展

摘要:随着电子器件朝着小型化、高集成化及高功率化方向发展,散热问题愈发突出,开发高效热管理材料已成当务之急。聚合物复合材料相较传统导热材料,在轻质、耐腐蚀等方面优势显著。实现高效三维导热网络的设计与构筑,对聚合物复合材料获得优异导热性能至关重要。近年来,结合不同尺寸、形状等填料混杂填充策略的聚合物复合材料三维导热网络结构设计备受关注。本文首先阐述了聚合物复合材料的导热理论模型与数值模拟方法;其次,重点介绍了在聚合物基体中构筑三维导热网络的常用方法,包括预制三维填料骨架、隔离结构、双逾渗结构等;然后,详细总结了基于二维填料混杂填充聚合物复合材料在结构设计与性能调控方面的研究进展,包括填料桥接与协同效应、双填料网络构筑与性能协同、填料取向调控与剥离成型一体化等方面;最后,对该领域现存问题及未来研究方向予以总结和展望。

氮化碳基复合材料的研究进展

摘要:石墨相氮化碳(graphitic phase carbon nitride, g-C3N4)作为一种无金属半导体,被广泛认为是清洁、绿色、可持续能源生产和转化有希望的候选者。近年来,g-C3N4 以其合适的带隙(约2.7 eV)、低成本、易制备、无毒、高度稳定和环保等优异性能备受人们关注。这一前景也反映了g-C3N4 纳米结构优异的光物理和化学特性,特别是高表面积、高量子效率、高效界面电荷分离和传输,以及易于形成复合材料或结合表面官能团等。综述了g-C3N4 纳米结构材料的合成、改性策略及光催化应用的最新研究进展。最后,总结了g-C3N4 基光催化剂在生产和应用中面临的挑战,并对g-C3N4 基光催化剂的发展前景进行了展望。

3D打印纤维增强树脂基复合材料研究进展

摘要:纤维增强复合材料因具有轻量化、高承载以及卓越的力学性能和功能特性,是我国关键战略材料的重要组成。传统的纤维增强复合材料制造技术难以制备复杂结构零件,限制了复合材料的广泛应用,3D打印技术的飞速发展提供给制备纤维增强复合材料新的思路。综述了3D打印纤维增强树脂基复合材料研究进展包括原材料、基本原理、装备、工艺参数以及力学性能,并对3D打印纤维增强复合材料的未来研究与发展方向进行了展望。