形状记忆高分子气凝胶复合材料研究进展

摘要:形状记忆高分子气凝胶(shape memory polymer aerogel, SMPA)是一类兼具多孔结构和刺激响应特性的智能材料,能够在温度、湿度、电场等外界刺激下发生可逆形变. 这类材料通过结合气凝胶的轻质多孔结构特性和形状记忆聚合物的刺激响应能力,在航空航天、智能电子、环境能源等领域展现出巨大潜力. 近年来,SMPA的研究在材料体系设计和性能优化方面取得了显著进展,本文系统综述了近年有关SMPA及其复合材料的结构、机理、性能及应用的研究成果,通过材料体系将SMPA分为合成基和生物基2 类,讨论其制备方法和性能优化方式,并列举SMPA及其复合材料在不同领域的应用,有助于读者了解当前SMPA及其复合材料的发展趋势、应用和现存挑战,以望引发研究人员对这一领域的进一步探索.

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。

铝基碳化硅复合材料超快激光表面加工研究现状

摘要:铝基碳化硅(SiC/Al)复合材料具有高强度、低密度等优异性能,广泛应用于航空、航天等领域。然而,SiC/Al复合材料的硬度和熔点都较高,电火花、机械加工等传统加工方法存在加工效率低、质量一致性差等问题。近年来,超快激光因具有极短脉冲宽度、极高脉冲能量等特点,有望成为SiC/Al复合材料新的高效高质表面加工方法。阐明材料对激光能量的吸收及传递是揭示超快激光加工复杂物理化学过程的首要解决的问题。此外,明确材料的去除机制是实现高精高效超快激光加工的关键,为按需制备表面微纳功能性结构提供了理论基础。因此,针对SiC/Al复合材料超快激光表面加工过程,总结了超快激光与材料相互作用时的能量吸收、能量传递和材料去除机制的研究现状;其次,分析了SiC/Al复合材料超快激光表面微纳结构制备工艺与表面润湿性、胶接性能等应用现状;最后,梳理了SiC/Al复合材料超快激光表面加工目前面临的挑战和未来发展趋势。

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。

金属热还原法制备钨铜复合材料研究进展

摘要:钨铜复合材料具有高温强度高、导电导热性好、抗电蚀性好、热膨胀系数低等优良性能,广泛应用于高压电器真空开关触头、电磁轨道炮导轨、火箭喷管喉衬、电加工电极等重点高端技术领域。本文综述了金属热还原法制备钨铜复合材料研究进展,主要包括铝热还原、铝镁复合热还原及铝硅复合热还原法制备钨铜复合材料,重点研究原位合成强化相、原位添加微合金化元素、关键工艺参数(还原剂成分、原料粒度、分散剂、混料方式、造渣剂等)对钨铜微观组织中钨颗粒尺寸、均匀度、Cu/W 界面、强化相尺寸分布的影响规律。该研究对钨铜复合材料组织性能提升及短流程绿色制备技术发展具有重要意义。

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。

纳米碳增强铝基复合材料制备工艺及性能研究进展

摘要:铝基复合材料因其出色的比强度、耐蚀性及较低的成本被广泛用于航空航天产业,而近年来纳米碳增强铝基复合材料凭借其优秀的力学及物理性能逐渐成为了研究热点。综述了为改善纳米碳增强体分散性及Al-C 界面浸润性所采用的球磨及增强体涂镀层等前处理工艺的研究进展,概述了纳米碳增强铝基复材的成型工艺及力学性能,展望了进一步提升铝碳复合材料力学性能的发展方向。