对位芳纶纤维界面改性技术研究进展

摘要:芳纶纤维作为一种新兴的高性能纤维,具有多种优异独特的性能,在先进复合材料、防护用品、高性能结构材料等领域具有广泛的应用。芳纶的表面惰性导致其复合材料的界面粘结性能不良,为满足高性能芳纶复合材料的开发应用,芳纶纤维表面改性研究方兴未艾。本文综述了近年来芳纶表面改性技术的发展现状与研究进展,讨论了不同表面改性技术对芳纶及其复合材料界面性能的影响,对不同改性方法的改性效果的及其工业化前景进行了比较,对目前芳纶表面改性技术存在主要的问题进行了分析,并从产业化角度探讨了未来芳纶纤维及其复合材料界面处理技术可能的发展方向。

纳米纤维复合材料的离子传输动力学调控及其电化学应用

摘要:纳米纤维复合材料因具有高孔隙率、高比表面积以及多样化的组成和结构可设计性被广泛应用于锂硫电池、锂空电池等新型锂金属电池储能体系中. 电池的电化学性能主要依赖于充放电反应中的离子传输过程,而纳米纤维的结构形态以及表/界面性质对于离子传输动力学具有重要影响. 因此,本文针对新型储能电池应用中离子传输动力学缓慢、中间产物如多硫阴离子等易穿梭,以及负极枝晶生长等关键科学与技术问题,综述了纳米纤维复合材料的创新性设计和制备方法;进一步结合本课题组近期工作重点,阐述了纳米纤维复合材料的组成与结构调控对锂电池中离子传输动力学的优化作用;最后,总结了纳米纤维复合材料在锂电池正负极、隔膜、电解质等领域的应用进展,并讨论了其在新型储能设备领域的挑战和未来发展前景.

4D打印磁响应形状记忆环氧树脂基复合材料制备与性能

摘要:以环氧树脂(EP51) 为基体,乙炔炭黑(ACB) 和镍粉(Ni) 为填料,聚醚多元醇(PPG) 为增韧剂共混制成打印墨水,利用直写3D 打印机制备ACB-Ni/EP51 复合材料。通过流变仪、直写3D 打印机对墨水的流变性能和可打印性进行表征;通过拉力实验机(UTM)、扫描电镜(SEM)、动态热机械分析仪(DMA)、差示扫描量热仪(DSC) 对材料力学性能、微观形貌、动态力学性能、差热性能和形状记忆效应进行表征,探究了填料含量对墨水和材料性能的影响。结果表明:ACB 含量达到12wt% 时,墨水具有良好的可打印性;当Ni 粉含量达到16wt% 时,打印针头堵塞造成打印不连续、不均匀。固化后生成的“海岛”增韧结构使材料拉伸强度明显提高(60 MPa 以上)。随着Ni 粉含量增加,对拉伸强度的影响由促进变为削弱。当Ni 粉含量从6wt%增加至14wt%,形状固定率(Rf) 从99.4% 降至94.2%。在300 kHz 交变磁场作用下,形状发生回复,Ni 粉含量增加使形状回复率(Rr) 和回复速率升高,Rr 从94.8% 提升至99.1%,回复时间从39 s 缩短至17 s。Ni-ACB/EP51 复合材料具有较好的形状记忆性能,在空间可展开结构、驱动器及4D 打印等方面有一定的应用前景。

静电纺丝技术制备聚合物基MXene增强电磁屏蔽复合材料研究进展

摘要:随着电子信息技术的发展, 电磁波污染已经严重影响了人类健康和社会进步, 因此急需开发出一种高效的电磁干扰(electromagnetic interference, EMI)屏蔽材料. 静电纺丝技术可以制备出柔韧性好的超薄多孔纤维膜, 电磁波能够在纤维膜内部进行多次反射而被消耗. MXene作为一种新型的二维(2D)材料群体, 具有高比表面积、高导电性以及易加工性, 是一种潜在的EMI屏蔽材料. 因此, 将静电纺丝技术和MXene材料相结合, 能够制备出多功能的聚合物基MXene增强电磁屏蔽复合材料. 本文首先介绍了静电纺丝技术的概念、原理及其影响因素, 其次,分析了MXene材料的组成和制备方法, 最后, 讨论了静电纺丝技术制备聚合物基MXene增强电磁屏蔽复合材料的最新进展并对未来聚合物基MXene增强静电纺丝复合材料在电磁屏蔽领域的发展做出展望.

镓基低熔点合金复合材料研究进展

摘要:近年来,镓基低熔点合金或镓基液态金属复合材料显示出非常广阔的应用前景,镓基低熔点合金在室温下兼具液体的流动性和金属性,其双重特性提供了复合材料的多样性。本文综述了镓基低熔点合金及其复合材料的发展背景,说明了其复合材料的制备、性能及应用,总结和讨论了镓基低熔点合金复合材料与金属或非金属材料复合的方法和机理,介绍了室温镓基液态金属复合材料在智能传感电子皮肤、印刷技术和热界面材料等多个领域的最新研究进展。最后,展望了镓基低熔点合金复合材料的未来发展,为其进一步研究、应用与发展提供了强有力的支持。

树脂基纤维增强复合材料在绝缘领域的研究进展

摘要:随着科学技术的发展, 复合材料逐渐被应用于高压输电、电子器件等电气电子相关领域。在这种特殊工况中, 设备或材料的绝缘问题成为影响其使用性能和寿命的关键。环氧树脂、聚丙烯等多种热固性、热塑性材料及其复合材料表现了出色的绝缘性能, 并同时具备良好的机械性能, 为电气电力电子设备提供了新的选择。本文针对复合材料在绝缘领域中的应用, 综述了材料本征性能及材料改性技术等方面的研究进展, 并对不同绝缘复合材料的应用进行了总结。

基于薄膜传感器的复合材料/金属混合连接结构健康监测研究

摘要:飞机复合材料壁板与金属壁板的连接是机身结构设计的重要研究内容。由于复合材料与金属之间性能存在差异,导致混合连接件服役状态下的应力难以预测。以碳纳米管(CNTs)和 MXene薄膜为代表的新型纳米碳材料具有独特的纳米尺度结构和优异的物理性能。本文通过改进 MXene/CNT复合薄膜传感器制备工艺,并将其应用于复合材料/金属连接结构健康监测,对服役过程中的混合连接结构进行全过程跟踪测试。结果表明,薄膜传感器在全过程监测响应与混合结构连接件时间应变曲线吻合,并且能够对混合连接结构失效精确预警,具有一定的工程意义。

墨水直写技术制造纤维强韧陶瓷基复合材料的研究进展与挑战

摘要:先进陶瓷及其复合材料凭借优异的性能已被广泛应用于航空航天领域,目前采用三维打印技术实现这类材料的快速低成本制备成为核心问题。与传统工艺相比,现有三维打印陶瓷材料普遍面临着脆性特征明显及损伤容限能低的问题,因此纤维复合陶瓷材料的三维打印技术成为研究热点。综述了近年来国内外基于墨水直写技术制备纤维强韧陶瓷基复合材料的技术路线及特点,围绕这类材料的组成成分、工艺路径与力学性能的关系,综合分析了不同陶瓷墨水的设计、纤维引入的方式、致密化工艺的选择、打印构件关键性能之间的有机联系,指出了当前的主要问题并对未来研究方向进行了展望。

高导电高耐磨铜基复合材料的研究进展

摘 要:综述了铜基耐磨复合材料的研究发展现状,介绍了铜基耐磨材料种类、制备方法和增强机理。指出陶瓷颗粒 增强铜基复合材料具有较高的耐磨性、高温力学性能和较低的热膨胀系数,且制备工艺简单、成 本 较 低,粉 末 冶 金 法 仍是当今制备和研究碳纤维和陶瓷颗粒增强铜基复合材料的重要方法,而原位反应合成技术由于具有显著的技术和 经济优势,也具有很好的发展前景。

面向2035年复合材料构件精确制造发展战略研究

摘要:先进复合材料具有高比强度、高比模量、可设计性好等优点,广泛应用于航空航天、轨道交通等领域的装备制造,是工业发达国家战略必争资源;保障和提升先进复合材料的供给能力,突破大型复杂复合材料构件的设计成形、加工装配、检测修复等精确制造技术,对支撑制造强国建设具有重要价值。本文总结了国内外复合材料构件精确制造技术的发展现状及趋势,从高精密数控缠绕、复合材料自动铺放、复合材料预制体成形、纤维复合材料增材制造、高性能碳纤维生产等方面梳理了复合材料构件精确制造的关键技术与装备;结合基本态势研判了制约复合材料制造技术水平提升的“卡脖子”环节,提出了我国复合材料构件制造技术与装备的发展思路与分阶段发展目标。研究建议,组织建设国家级创新机构,设立国家重大专项支持,加强学科建设和人才培养,加强国际技术交流与合作,着力推动重大科学创新和关键技术突破,为国家重大工程和装备应用提供高质量科技支撑。