桥梁用碳纤维复合材料索应用进展

摘要:碳纤维复合材料(Carbon Fiber Reinforced Polymer,下简称CFRP)索具有轻质、高强、耐腐、抗疲劳等优异性能,是作为预应力结构、大跨和超大跨桥梁缆索的理想型建筑材料。CFRP 索作为各项异性材料,其横向力学性能远低于其纵向性能,因此,传统钢丝缆索的锚固系统已不适用于CFRP索。多年来,众多学者一直致力于CFRP索锚固系统的各项研究,CFRP索在研究和实践中不断发展,促成了国内外桥梁应用CFRP索的多项工程。本文以时间为线索,通过重点介绍国内外桥梁建筑中有代表性的应用CFRP 索的工程案例及相关技术发展,说明了CFRP索用于桥梁的可行性和实用性,同时提出了CFRP 索的应用前景。

多孔石墨烯/SiC基复合材料的直写3D打印制备

摘要:以石墨烯和SiC粉末(SiCpowder,SiCp)为填料,聚碳硅烷(polycarbosilane, PCS)为陶瓷前驱体,制备石墨烯/SiCp/PCS 浆料,通过直写 3D打印和高温热解得到多孔结构的轻质导电石墨烯/SiC基复合材料。研究浆料成分和打印工艺对3D打印成形性的影响,并表征复合材料的结构和性能。结果表明:通过控制固相含量、石墨烯/SiCp复合粉末中的石墨烯含量和分散剂含量,使浆料黏度在32.0 Pa·s左右时,挤出丝成形性良好;打印速度为360 mm/min、打印层高为0.48 mm 时,点阵网格结构的3D打印成形性最佳;打印素坯在1 100 ℃保温2 h后,PCS热解为陶瓷。多孔复合材料的平均抗压强度和电导率分别为11MPa和8 S/m。本研究为多孔石墨烯/SiC基复合材料的制备提供了一条新路径。

原位合成颗粒增强铜基复合材料的研究进展

摘要:弥散强化型铜基复合材料,兼具优异的导电导热性能、高强度、良好的热稳定性和耐磨性,是核反应堆、航空器及高端装备中各种导电导热元件的关键材料,在核电、航空、交通、军事等诸多重要领域有不可替代的作用。原位合成法是在一定温度下金属基体内发生化学反应,原位生成一种或几种陶瓷增强体的技术。原位反应制备颗粒增强铜基复合材料存在两个重要的问题亟待解决:一是增强相的团聚问题,二是增强相的尺寸调控问题。本文总结了几种较为常用的制备弥散强化型铜基复合材料的原位合成方法,并对比分析了几种方法的特点、优劣及技术难点。同时,本文综述了原位合成法对铜基复合材料中颗粒尺寸和分布的影响,分析了原位合成法不同参数对复合材料力学及综合性能的影响规律,并从增强相颗粒形核与生长的原理出发,提出了促成细小弥散颗粒增强相的工艺方案。

热管理用碳/金属复合材料界面结构优化研究进展

摘要:碳/金属复合材料具有优良的热学性能和可设计性,是极具发展前景的热管理材料。基于碳/金属复合材料常见的界面结合差、界面热阻高问题,本文分别从基体合金化和增强体表面镀覆两个方向综述了碳/金属复合材料界面改性方法的研究进展,分析界面改性对复合材料界面结合的影响。基于理论计算、模拟计算和试验测试,总结了目前的界面热阻分析方法。最后,从界面热阻测试、界面传热机制分析、界面层设计与控制3个方面对碳/金属复合材料的未来研究方向进行了展望。

典型结构功能一体化复合材料的设计与制备技术

摘要:在碳纤维增强树脂基复合材料轻量化与结构性能持续提高的前提下,同时附加其特定的功能,尤其是在不损失、甚至提升其层间断裂韧性的情况下,不仅可以弥补结构复合材料天然的缺陷,例如树脂基体的电绝缘性,也可以使其满足特定产品的要求,例如高刚度兼具一定的吸声降噪特性等。显然,对于航空航天这样的尖端应用领域,这种功能附加或结构功能一体化的复合材料技术对航空航天技术的未来发展至关重要。本文介绍了4种具有典型性的结构功能一体化复合材料的设计、制备与性能研究,分别是基于层间功能化插层和基于内织导电纬纱的导电增韧一体化复合材料及多级孔碳化棉纤维填充蜂窝/微穿孔面板的夹芯复合材料结构和编织布/无纺纤维毡复合材料片材折叠成型的结构吸声一体化复合材料。前两种材料分别通过在复合材料富树脂的层间插入导电功能化插层和在复合材料内引入贯通整个材料的导电纬纱网络实现了复合材料的导电性能与层间韧性的同步提高,而后两种材料则分别通过多级孔结构的碳化棉纤维材料填充蜂窝/微穿孔面板夹芯技术和编织布/无纺纤维毡复合材料片材的折叠技术实现了良好的吸声性能等,以展示多尺度、多层次结构设计和制备技术在结构复合材料功能化集成和结构功能一体化方面的应用。

电化学储能及传感用细菌纤维素及其复合材料的研究进展

摘要:细菌纤维素(Bacterial cellulose,BC) 来源丰富,是一种绿色环保的可再生材料。BC 具有优异的物理化学特性,是具有多样性应用潜力的生物聚合物材料,随着能源和生态环境的持续恶化,对于开发先进储能技术亟待实现,BC 在电化学储能、传感及能源转换领域展现出广阔的应用前景,受到诸多关注。本文对BC 做了简要介绍,以BC 及其复合材料在电化学储能及传感领域的种类、不同处理及改性手段对BC 结构与性能的影响为线索,系统地对BC 在电化学储能及传感领域的应用进展进行了概述,对其在新型电子器件及能源转换领域的发展也有所涉及,最后对BC 在电化学储能及传感材料的研究进展及发展方向进行了总结和展望。

连续氧化铝纤维及其复合材料的研究进展

摘要:连续氧化铝纤维是新一代耐高温热端构件主力原材料,具备熔点高、热导率低、绝缘性好、抗化学侵蚀能力强及高比强等特性。该材料用于制备耐高温高强、防隔热陶瓷基复合材料,广泛应用于航空、航天、船舶、热电、石油化工、半导体、汽车以及高温炉膛等高端领域。国外氧化铝纤维及其复合材料已形成产品化并实现了构件应用,国内在该领域起步较晚,近10年左右时间实现了从基础研究到应用研究的跨越式发展。本文归纳介绍了国内外氧化铝纤维及其复合材料的发展历程、制备工艺、研究现状及产业布局情况,并提出了当下存在的问题以及后续发展重点。

基于量子点@有序介孔复合材料的Micro-LED色转换特性

摘要:量子点(Quantum dots)由于具有优异的光电特性,广泛应用于发光与显示、太阳能电池、光催化等领域,它的发现和合成获得了2023年诺贝尔化学奖。采用量子点色转换的Micro-LED 全彩化显示技术无需巨量转移,有望实现大规模量产,然而,量子点在高强度Micro-LED 出光激发下的性能和寿命仍存在局限。基于此,本文研究了基于量子点@有序介孔(QDs@SBA-15)复合材料的Micro-LED 色转换技术及其特性,有序介孔分子筛载体独特的孔道结构不仅能够有效提升Micro-LED色转换和光提取效率,且致密的有序介孔材料也一定程度上保障了量子点的稳定性。首先,通过时域有限差分方法(FDTD)建立了Micro-LED 仿真模型,探究量子点粒径和有序介孔材料的孔径对光提取效率的影响;基于仿真结果指导,进一步采用物理共混法制备了QDs@SBA-15复合材料,通过透射光谱、荧光激发光谱、紫外-可见光吸收谱等手段对其进行表征并确定浓度配比;最后,将该复合材料与聚二甲基硅氧烷(PDMS)混合固化成膜,并研究了其光致发光性能。实验结果发现,量子点粒径和介孔材料孔径的匹配度以及量子点和有序介孔材料的比例浓度是影响QDs@SBA-15复合材料发光效率及Micro-LED 色转换性能的关键因素;通过优化,所得复合材料可获得优异的发光性能以及良好的环境稳定性,相比于纯量子点色转换层,复合材料的光提取效率提升了81.73%,复合材料的环境稳定性提升了14.33%,以Micro-LED 作为蓝光光源组成的三基色发光器件工作色域达到了104.52% NTSC。本研究为量子点色转换Micro-LED显示技术提供了理论指导,为实现Micro-LED全彩化开辟了新路径。

耐腐蚀不锈钢/碳钢复合材料的研究现状及前景

摘要:主要针对钢结构存在的腐蚀引起的安全性和耐久性不够,从而制约其性能及寿命的问题,提出了一种由不锈钢/碳钢通过热轧、冷压、锻造达到冶金结合而形成的金属材料,并以不锈钢/碳钢复合材料为研究对象,提出双金属净界面复合组坯技术与双金属轧制形性协同工艺及控制技术,开发出了适合不锈钢/碳钢复合金属材料工业化大规模生产的控制工艺,同时对不锈钢/碳钢复合系列产品的研究现状及前景做了详细阐述。

耐高温树脂及其复合材料性能研究

摘要:针对固体火箭发动机复杂管路一体化成型工艺技术要求,进行了TDS 型苯并噁嗪树脂的粘度、热重曲线、流变性能以及复合材料的力学性能测试,得到了TDS 型苯并噁嗪在注胶温度下粘度小于0.3 Pa.s,工艺窗口大于6 h,该树脂在800 ℃氮气气氛下,残碳率为55.6%,也获得了复合材料的拉伸强度、压缩强度、压缩模量、弯曲强度和层间剪切强度等参数。研究结果表明:TDS 型苯并噁嗪耐高温树脂初步满足了固体火箭发动机复杂管路一体化成型工艺技术要求。