无机法制备Si-B-C-N系非晶/纳米晶新型陶瓷及复合材料研究进展

可以在高温氧化、剧烈热震、燃气流烧蚀等苛刻条件下服役的新型高温结构和多功能防热材料是现代航空航天技术发展的迫切需求之一.Si-B-C-N系非晶及纳米晶复相陶瓷组织结构独特,高温性能优异,在高温结构和多功能防热领域极具应用潜力.有机聚合物先驱体裂解法(有机法)在致密Si-B-C-N系块体陶瓷的制备方面受限,哈尔滨工业大学特种陶瓷研究所开创的机械合金化-热压法(无机法)工艺简单,制备材料组织结构均匀、性能优良,成为Si-B-C-N系致密块体陶瓷和耐高温构件的有效制备手段,弥补了有机法的不足,对于丰富和完善该材料的实验数据和理论研究具有重要意义.本文综述了无机法制备Si-B-C-N系陶瓷及复合材料在显微组织结构特征及演变规律、力学和热物理学性能、抗氧化性能、抗热震性能、耐烧蚀性能和相关机理分析等方面的新近成果,并展望了其发展趋势.     

高温压电复合材料换能器

探讨了高温压电复合材料超声换能器中材料的温度性能问题.首先测量了一种改性的具有较高居里温度的压电陶瓷和一种具有耐高温性能的聚合物的材料常数随温度的变化曲线,然后利用ANSYS有限元软件模拟计算了1-3型压电复合材料的谐振频率和阻抗特性等受温度的影响,并根据优化仿真模型制备了1-3型高温压电复合材料晶片及相应的超声换能器.研究表明,所研制的1-3复合晶片性能参数随温度变化的结果和数值模拟预期的结果吻合较好.与非复合的压电陶瓷换能器相比,采用1-3复合结构的高温压电换能器具有更宽的频带和更高的灵敏度.本项工作对于研发宽频带、高灵敏度的耐高温压电复合材料超声换能器具有参考价值.     

颗粒增强材料热应力分析的空间周期函数法

陶瓷增强金属基复合材料、复相陶瓷等材料自制备温度冷却下来时,不可避免地要产生热应力.这种热应力对材料的力学性能有着重要的影响,因此,陶瓷增强金属基复合材料和复相陶瓷中热应力问题的研究已引起这一领域科学工作者的普遍重视.迄今有关的研究工作主要是以增强相(颗粒等)嵌入到空心基质模型为基础的,这种模型对于从整体上认识复合材料的热应力分布和增强体间相互作用等显得有些不足.本文建立了一个弹性模量和热膨     

超高温陶瓷复合材料的研究进展

超高温陶瓷复合材料主要由ZrB2,ZrC,HfB2,HfN,HfC,TaC等过渡族难熔硼化物、碳化物和氮化物组成,这些材料的熔点高于3000℃,是一类非常重要的高温结构材料,近年来在基础研究和技术应用方面均受到了极大的关注.在超高温陶瓷复合材料家族中,ZrB2-SiC和Hf B2-SiC基超高温陶瓷复合材料因具有优异的综合性能,包括优异的抗氧化/烧蚀性能、良好的高温强度保持率和适中的抗热冲击性能,可以在2000℃以上的氧化环境中长时间使用.这些独特的性能使得它们成为高超音速飞行、再入大气层和火箭推进等极端环境下使用的最有前景的候选材料.本文对超高温陶瓷复合材料的制备、力学性能、抗热冲击性能、抗氧化/烧蚀性能和热响应进行了全面的综述.对超高温陶瓷复合材料组分、微结构和性能之间的关系进行了详细的讨论,同时添加剂对材料性能的影响也进行了讨论,这为超高温陶瓷复合材料在特定使用环境的综合性能的优化提供了有效的设计原则和方法.此外,本文还指出了超高温陶瓷复合材料目前存在的挑战,并对未来的发展趋势作了展望.     

溶剂辅助聚合物微成型

微成型技术在高分子微图案的制备和功能器件开发中十分重要. 溶剂辅助微成型是通过在聚合物薄膜内引入溶剂来溶胀或溶解聚合物, 降低聚合物的玻璃化转变温度和黏度, 从而提高聚合物的流动性能, 结合模板压印技术可以容易地得到高质量的二维和三维图案. 该技术克服了高温成型下产生的热收缩、易降解、易破坏材料功能性等缺点. 这种方法不仅适用于聚合物单层膜, 还适用于聚电解质多层膜. 通过对多层膜的压缩可以形成化学性质相同而物理性质不同的图案. 本文还讨论了在溶剂辅助微成型过程中模具、溶剂、压力、温度和图案密度对图案质量的影响.     

SiC陶瓷增材制造技术的研究及应用进展

碳化硅(SiC)陶瓷材料具备优异的力学、热学、光学性能,在国防工业和国民生产中应用广泛.然而,传统陶瓷成形工艺在制备复杂SiC构件时面临周期长、成本高、复杂结构成形难等问题.增材制造(additive manufacturing)理论上可成形任意复杂结构,为复杂陶瓷构件的制备提供了有效手段,目前SiC陶瓷增材制造已成为本领域近年来的研究热点.本文针对SiC陶瓷增材制造的研究及应用进展进行了系统总结,详细论述SiC增材制造的原料设计与制备方法、工艺与装备、后处理技术、模拟仿真、性能评测及典型应用等内容,并对SiC陶瓷增材制造技术的未来发展进行了展望.     

以多巴胺为功能单体的生物大分子印迹聚合物

分子印迹聚合物(molecularly imprinted polymer, MIP)是指功能单体与模板分子组装后发生聚合,通过移除模板分子得到的聚合物.与天然抗体相比, MIP具有制备简单、成本低廉、稳定性好、可重复使用等优点,因此被广泛地用于分离富集、化学传感、药物运输及生物催化等领域.近年来,分子印迹技术的发展促进了以生物大分子特别是蛋白质为模板的印迹材料的设计、制备和应用研究.由于生物相容性好,聚合反应条件温和且容易调控,多巴胺被用作功能单体在固体基质表面通过自聚合反应印迹生物大分子.本文综述这类分子印迹聚合物的设计和制备方法,并介绍印迹材料的性能表征和应用;重点论述以蛋白质为模板的印迹聚合物,同时兼顾以其他生物大分子如多肽、低聚糖以及病毒、酵母细胞等直接作为模板的印迹聚合物的合成和表征;最后讨论该领域的未来发展趋势和存在的挑战.     

聚合物&软磁纳米晶/非晶复合材料的研究现状

文章介绍了聚合物&软磁纳米晶/非晶复合材料的研究背景、市场前景,并通过一些主要的研究成果重点阐述了目前国内外聚合物&软磁纳米晶/非晶复合材料的制备和性能研究的现状.     

计算机模拟辅助设计聚合物接枝纳米粒子的构筑

优化聚合物纳米复合材料性能的关键在于实现对纳米粒子表面配体链的可控调节,包括对链分子量、分散性、接枝密度等的精细调控.由于实验受限于表征手段,理解纳米粒子接枝聚合物的动力学机理仍有不小的难度.计算机模拟能够以微观或介观的视角去动态地研究该过程,是明确纳米粒子接枝聚合物结构与动力学影响因素的有力工具.本文以本课题组近年来的计算机模拟工作为主线,对当前在聚合物接枝纳米粒子的构筑领域所取得的系统性和创新性成果进行总结和评述,从聚合物接枝纳米粒子的结构特征、基于“接枝到表面”(grafting-to)和“从表面接枝”(grafting-from)两种策略分别构筑聚合物接枝的纳米粒子体系等3个方面进行介绍,对两种接枝过程的动力学主控因素进行阐述,为聚合物纳米复合材料的设计和调控提供新思路.     

编者按

<正>陶瓷作为人类文明史上最早发明和使用的人工材料之一,发祥于中国,是中华民族智慧的象征.历经千年发展和演化,其内涵已远远超越了传统陶瓷的范畴,形成了包括传统陶瓷以及先进结构陶瓷、功能陶瓷和新型陶瓷基复合材料等非传统陶瓷在内的一个庞大的家族体系.其中结构陶瓷作为先进陶瓷材料的重要组成部分,因其所具有的高强、高硬、耐高温和抗腐蚀等优异特性,在高温、腐蚀等严酷环境表现出巨大的应用潜力,令人期待.     

纳米炭/环氧树脂复合材料黏弹阻尼性能

碳纳米管和石墨烯作为近年来兴起的新型纳米炭材料,以其独特的一维/二维结构形态和卓越的物理性能已引起人们广泛关注.将纳米炭材料与环氧树脂进行复合制得纳米炭/环氧树脂复合材料,可以赋予材料更为优异的力学、电学、热学等综合性能.纳米炭材料的加入可以在复合材料内部引入更多的界面,造成显著的能量耗散,从而使得纳米复合材料在具有轻质高强特性的同时,兼具优异的黏弹阻尼性能,对于延长材料使用寿命、提高材料减震降噪性能等方面具有极为重要的意义.本文主要论述了纳米炭/环氧树脂复合材料的黏弹阻尼性能以及近期的相关研究进展,重点阐述碳纳米管、石墨烯及其复合材料的阻尼作用机理,介绍了纳米复合材料黏弹阻尼性能的测试方法,指出纳米炭/环氧树脂阻尼复合材料领域存在的主要问题,并对其应用前景进行了展望.     

聚合物&软磁纳米晶/非晶复合材料的研究现状

文章介绍了聚合物&软磁纳米晶/非晶复合材料的研究背景、市场前景,并通过一些主要的研究成果重点阐述了目前国内外聚合物&软磁纳米晶/非晶复合材料的制备和性能研究的现状。     

再造辉煌的人们——访华东化工学院技术化学物理所所长胡黎明教授

华东化工学院化学物理研究所是一个主攻国家高科技项目的科研组织。该所以超细颗粒制备与表面处理技术的开发研究为主攻方向,同时发展超细粉末材料及以超细粉末为基础的精密陶瓷、生物材料、高分子功能复合材料、高档油漆、涂料及微胶囊制备等技术。该所由一批来自化学工程、无机材料、高分子材料、物理、自动控制及精密化工等学科与专业的具有博士、硕士学位的青年科技员人组成。     

纳米羟基磷灰石/胶原/磷酸丝氨酸仿生复合骨组织工程支架材料的制备及表征

制备仿生型骨组织工程支架复合材料, 观察并分析支架的结构特征、矿化性能、细胞相容性及体内骨修复性能. 将纳米羟基磷灰石粉体、胶原蛋白溶液和磷酸丝氨酸按比例混合, 搅拌均匀, 再进行交联处理, 最后冷冻干燥得到支架材料. 所制备的复合支架材料具有三维多孔的微观结构; 在模拟体液中的矿化产物其形态受复合材料中有机成分的调控; 该复合支架具有良好的生物相容性, MC3T3-E1细胞在支架上黏附、拓展并可与材料相互作用; 植入骨缺损12周后能够促进新骨形成. 纳米羟基磷灰石-胶原蛋白-磷酸丝氨酸(nHA-COL-PS)支架材料是性能良好的组织工程支架材料, 可用于骨缺损的修复.     

燃料电池阴离子交换聚合物膜的研究与发展

正基于阴离子交换聚合物膜的碱性燃料电池具有可使用非贵金属催化剂、电极反应速率快等优点,受到广泛关注.阴离子交换聚合物膜是碱性电解质膜燃料电池的核心部件,起到传导离子和阻隔燃料的双重作用,其性质直接决定着碱性燃料电池的最终性能、能量效率和使用寿命,因此受到高分子化学、材料与能源器件领域学者的广泛关注.最近十几年,阴离子交换聚合物膜在材料的制备方法、     

轻质复合材料及结构热膨胀调控设计研究进展

热膨胀系数是材料热物理性能的重要参数.在温度剧烈变化服役环境下,航空航天工程中卫星、高超声速飞行器以及精密仪器仪表,微电子封装中大量结构的热变形需要精确的控制.发展热膨胀可调控的材料具有重要的科学意义和工程应用价值.轻质复合材料凭借其轻量化,力学性能优异且热膨胀系数可设计的优点已成为热变形控制领域的重要材料.本文首先概括了材料和结构的热变形控制在工程中的重要应用以及已有低、负膨胀均质材料的研究现状.其次详细介绍了层合、颗粒增强及拓扑优化复合材料的热膨胀设计研究成果.最后重点综述了轻质点阵复合材料的几何结构设计方法,热膨胀调控机理,制备工艺及实验表征的最新研究成果.     

纤维增强陶瓷基复合材料与金属钎焊研究进展

纤维增强陶瓷基复合材料在高温使役性能方面表现出超越传统陶瓷材料的优异性能,与金属的连接构件在航空航天、核能、化工等高温系统中应用潜力巨大。纤维增强陶瓷基复合材料与金属的连接技术被广泛研究,钎焊是实现二者连接的最佳选择。文章重点论述钎焊纤维增强陶瓷基复合材料与金属所面临的挑战和科学问题,列举C_f/C、C_f/SiC和SiO_(2f)/SiO_2三种研究最为广泛的纤维增强陶瓷基复合材料与金属的钎焊实例,讨论钎料润湿行为、界面反应调控和接头应力调节的最新研究成果。可靠连接技术的发展,将会推动纤维增强陶瓷基复合材料的研究和应用。     

超临界流体协助制备石墨烯及其功能化研究

石墨烯,即单层石墨,具有独特的二维结构和优异的机械、热学以及电学性质,自其被发现以来已引起了众多领域研究者的关注.本文介绍了石墨烯的制备及其功能化的方法,尤其对利用超临界流体辅助的液相剥离法制备石墨烯进行了详细阐述,突出介绍了芘基聚合物、芘基小分子衍生物在超临界二氧化碳辅助条件下剥离制备石墨烯及其功能化研究,并对所制备功能化石墨烯在聚合物基质增强和甲醇燃料电池中的应用研究进行了评述.     

添加剂辅助的溶剂热合成多孔配位聚合物MOF-14及其形貌和尺寸调控

利用添加剂辅助溶剂热法制备出了形貌和尺寸可控的多孔配位聚合物MOF-14,采用场发射扫描电子显微镜(FESEM)、X射线粉末衍射(XRD)和气体吸附等手段进行了表征.结果表明,分别以醋酸和醋酸钠作为添加剂,可以有效地调控MOF-14产物的形貌和尺寸.气体吸附测试结果表明,所有的MOF-14产物均表现出较大的比表面积和良好的CO_2捕集能力,并对CO_2/N_2具有显著的吸附选择性.同时,MOF-14产物的气体吸附性能受其形貌和尺寸的影响.此外,以醋酸钠为添加剂制备得到的MOF-14产物除了微孔以外还具有介孔,为制备具有介孔的多孔配位聚合物提供依据.