石墨烯/高分子复合材料研究进展的可视化分析

摘要:为了解石墨烯/高分子复合材料研究领域的研究现状,利用CiteSpace 软件对2004—2023年期间该领域的文献进行可视化分析,通过主题检索构建数据集,从时间分布、国家合作、机构合作及文献共被引分析该研究领域的发展情况。石墨烯/高分子复合材料领域研究活跃,中国、美国、印度为主要研究力量,中国的发文数占所有国家发文数的45%;电磁干扰、热导率及石墨烯纳米片是该领域的三个主要聚类,近期的研究热点为石墨烯/高分子复合材料用于电磁干扰,掺入石墨烯的高分子材料具有高电磁屏蔽效率。突变性分析结果表明,近期该领域的研究趋势为石墨烯增强复合材料,在低添加量下,石墨烯对复合材料力学性能的增强效果显著。

工程视野下的高性能碳纤维材料发展现状分析

摘 要: 高性能碳纤维物化性能优越,是航空航天等重大工程急需的关键材料,属于国家战略性资源。因国际封锁,以及国内生产水平有限,目前尚无法完全满足市场和战略性需求。介绍了高性能碳纤维的发展历程和现状,并基于工程科学理论知识,分析了高性能碳纤维材料的制造流程,梳理了全流程中的“卡脖子”问题,对其发展面临的一系列问题进行了探讨。认为对于类似高性能碳纤维这样的重大工程中的关键材料,应采用工程思维对其制造的全流程进行流程工程学研究,通过提升关键材料制造水平辐射带动相关基础学科发展和机械制造自动化、智能化升级。

商用航空发动机复合材料风扇叶片应用与制造工艺进展

文摘:为了借鉴和参考国外复合材料风扇叶片的研制与发展经验,深入研究了其在商用航空发动机上的应用进展,详细论述了复合材料风扇叶片经历的从早期探索到成熟应用,再到未来展望的三个发展阶段。通过介绍国外三家航空发动机OEM厂商所采用的三种核心制造技术——即预浸料手工铺放结合热压罐固化成型工艺、3D-WOVEN结构与RTM成型工艺以及预浸料自动铺丝结合热压罐固化成型工艺,并对比分析这三种预制体制造工艺的特点。本文全面展现了复合材料风扇叶片的生产工艺、制造要点及其未来发展方向。事实表明,复合材料风扇叶片已成为现代商用航空发动机的显著特征,并且是先进航空发动机发展的必由之路。因此,国内研制单位应积极吸收国外积累的研制经验,充分利用国家发展提供的良好机遇,深入挖掘并实践更多的材料体系与工艺工程细节,以期早日实现国产复合材料风扇叶片的应用拓展,从而进一步提升我国航空发动机的性能水平。

基于电场驱动微3D打印复合增材制造银/铜/镍基金属网格透明天线

摘要:金属网格透明天线在5G/6G 通信、智能驾驶、可穿戴电子等领域应用广泛。然而随着通信技术的快速发展,透明天线的迭代升级速度加快,当前高性能金属网格透明天线的低成本、快速、灵活制造是制约其产品设计、性能验证以及商业化应用最大的技术瓶颈。针对这一挑战性难题,提出一种银/铜/镍基复合金属网格透明天线,具有高导电性、低导体损耗的优势;提出了一种基于电场驱动微3D 打印的复合增材制造方法实现多材料复合金属网格微结构的灵活快速制造。该技术通过电场驱动喷射沉积微3D 打印实现任意形状导电图案的灵活制造,并结合电镀的体成型特点实现高性能复合金属天线的快速制造。通过实验揭示了打印、电镀工艺参数对金属网格精度和质量的影响及规律。基于提出的方法及优化的工艺参数,设计并制造了中心频率2.45 GHz 的透明微带天线,线宽20 μm,周期500 μm,方阻0.29 Ω/sq,透光率78%,实现了2.24 dB 的峰值增益和38.26%的辐射效率。结果表明,该方法通过成型银/铜/镍结构,克服了传统工艺制造的金属网格透明天线方阻高、增益和辐射效率低的问题,克服了制造存在的成本高、效率低(如光刻)或分辨率低(如喷墨打印)的问题,在高性能透明天线快速迭代开发上具有显著优势,具有工业化应用前景。

选区激光熔化铝合金及其复合材料的研究进展

摘要:颗粒增强铝基复合材料因其高比强度、比刚度及优异的耐腐蚀性能等特点,在航空航天等领域应用前景广阔。选区激光熔化技术(SLM)为其提供了一种高效、经济、绿色的制备方式,但该技术对工艺控制水平要求极高,成形过程中粉末构成、激光功率、扫描速度及设备条件等因素对成形产品组织和性能的影响巨大。本文介绍了SLM的基本原理和各个工艺参数对熔池性能的影响,归纳总结了铝合金和铝基复合材料熔池的形成过程,讨论了SLM过程的组织演化和相关参数及增强颗粒等因素对微观组织和性能演化的影响,另外还专门介绍了新兴的外加物理场辅助的增材制造技术。最后,分析了SLM 技术目前存在的问题,并展望了未来研究的趋势。

碳纳米材料增强镁基复合材料界面调控的研究进展

摘要:碳纳米材料(石墨烯、碳纳米管)具有卓越的机械性能、优异的热力学稳定性和导电性,被认为是金属基复合材料的理想增强体。将碳纳米材料与镁合金复合,能够解决镁合金强度低、硬度低和模量低等问题。然而,由于镁与碳纳米材料不发生化学反应且润湿性能差,导致镁与碳纳米材料增强体的界面强度低,限制了增强体性能的发挥。利用界面调控物质改善复合材料界面结合强度是一种常用的方法。本文主要介绍碳纳米材料增强镁基复合材料的制备方法及界面调节材料的种类,着重讨论界面调节物质添加到复合材料中的方法,界面调节物质分别与增强体和基体的界面结合情况及其改善复合材料界面结合强度的作用机理。

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。

基于压电陶瓷及其复合材料的飞机除冰技术研究现状及发展趋势

摘要:飞机飞行过程中,悬浮的过冷水滴在飞机表面结冰,会严重影响飞机的飞行安全,除冰技术是提高飞机安全性能的重要方法。其中,压电除冰技术具有能耗低、结构简单的优点。本文综述了基于压电陶瓷及其复合材料的飞机除冰技术,探讨了低频压电共振除冰方法和高频超声波除冰法的原理、优缺点,总结了除冰系统中压电材料的发展,分析了传统含铅压电陶瓷、无铅压电陶瓷的优缺点和适用范围,展望了柔性压电复合材料在飞机除冰中的应用。制备大功率压电陶瓷与高性能压电复合材料将是飞机除冰技术中的两个重要研究方向。本文为飞机除冰技术的改进提供了思路。

热固性复材/金属叠层结构一体化钻孔技术进展

摘要:碳纤维增强树脂基热固性复合材料(简称“热固性复材”)/金属叠层结构是高端装备常见的结构形式,一体化钻孔是实现叠层结构连接装配的重要环节之一。然而,热固性复材和金属的物化属性差异显著,一体化钻孔时损伤频发,难以满足工程领域的迫切需求。为此,热固性复材/金属叠层结构的高质高效一体化钻孔技术近年来备受关注,学术和工程领域的相关人员开展了大量有价值的研究工作。从热固性复材/金属叠层结构界面区域共切削去除行为、钻孔力热与切屑行为、低损伤钻孔刀具和低损伤钻孔工艺四个方面,综述了叠层结构一体化钻孔技术的研究进展。首先,详细介绍了叠层结构界面区域共切削去除行为在宏观和细观尺度上的研究进程,其次分析了叠层结构一体化钻孔过程中轴向力、钻削温度和切屑的演化行为和变化规律,然后归纳了叠层结构低损伤一体化钻孔刀具的发展历程,进一步阐述了叠层结构一体化钻孔工艺参数、冷却和振动辅助等工艺对钻孔质量的影响机制,最后展望了热固性复材/金属叠层结构一体化切削理论、钻孔技术和钻孔装备等方面的发展机遇和面临挑战。

基于数据驱动的纤维增强复合材料性能预测研究进展

摘要:随着数据资源获取、深度学习演化和模型推理生成等技术的不断发展,数据驱动方法凭借其在挖掘高维非线性关系、构建代理模型及处理多模态数据方面的独特优势,为纤维增强复合材料的性能预测提供了强有力的工具。系统介绍了该领域的研究进展,对复合材料关键参数的数字化表征方法进行梳理,重点描述了材料本征参数归集、图像驱动特征提取、物理信息特征工程以及跨尺度数据驱动4 类数字化表征方法,评述了数据驱动模型在复合材料力学、热学、声学及电学性能预测中的建模策略和预测精度,阐述了可解释性分析与不确定性量化技术在增强模型透明度、量化预测风险方面的工程意义,并展望了构建多尺度融合、物理引导与主动学习相结合的可解释机器学习框架等方向,以期为数据驱动方法在复合材料性能预测领域的深化应用提供从理论基础到工程实践的完整视角。