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。     

强韧的陶瓷复合材料

陶瓷的缺点是脆性,美国Lanxide公司开发了一种高强、轻质的陶瓷复合材料克服了这一缺点,这种称为Lanxide的产品可考虑用作炼钢或化工过程中的耐热耐腐蚀部分的材料,以及喷气式发动机、装甲等军事用途。这种新型陶瓷是熔融金属接触空气后在其表面形成的,熔融金属的温度限制在1100～1300℃范     

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。     

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/SiO₂三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。     

n-型SrTiO3陶瓷与p-型聚苯胺复合材料的研究

对于功能复合材料,因复合后能加强某一特性,甚至能产生出新的特性来,所以复合是开发材料性能的独特途径.鉴于近期发展起来的p-型导电高分子材料聚苯胺的各种优良特性,如电变色特性、吸波特性等.为了开发应用,首先应从理论上对其结合的界面特性,可否形成一种p-n结接触进行研究和探讨.通过对n-SrTiO_3陶瓷上复合p-PAn的研究和探讨,证实该复合界面为p-n异质结结构,进一步的研究还需做大量的工作.1 实验过程及测试(1)n-型半导体钛酸锶陶瓷(n-SrTiO_3)的制备.工艺流程图为:配料—球磨混料—干燥—过80目筛—预合成—造粒—成型—排胶—烧成其中,配粒比例为SrCO_3:TiO_2O_5=1:1.01:0.013.球磨时,料:球:水=1:4:2.5.预合成的温度是1200℃下保温2h,空气气氛.烧成的温度是1420～1460℃下,通N_2的还原气氛下.     

Y-TZP陶瓷材料超塑性的初步研究

许多金属和合金具有超塑性形变行为,而陶瓷的超塑性则是近年才发现并得到重视的。Y-TZP(Y_2O_3-Tetragonal Zirconia Polycrystals)多晶材料是其中最具代表性的具有高温超塑性的陶瓷。陶瓷超塑性的发现和研究不仅在观念上影响了人们对陶瓷脆性的认识,而且在实践上也将具有重要意义,为陶瓷材料的加工带来重大影响。我国的陶瓷超塑性研究尚处于起步阶段。材料性质(如晶粒尺寸)、形变速率等性能等均与国外有较大差距。本文报道用无压烧结法制得的细晶(～0.3μm)Y-TZP材料,达到很高形变速率和超塑性形变行为。     

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     

90年代的热门材料

材料科学正进入一个前所未有的挑战时代和成果迭出的阶段。借助新技术,比如扫描隧道显微镜、原子力显微镜和各种光谱法,材料科学家能比十年前更好地了解进而控制材料的结构和特性。本文将让人们一览材料研究的6大热点,它们是:陶瓷、高级纤维复合物、聚合物、超塑钢、金属-基体复合物、超导材料。陶瓷陶瓷研究体现了材料研究一体化的程度。单块材料,如矾土、硅、碳化物和氮化硅是今天可得到的最先进的结构陶瓷,但由于脆性问题,它们只适用于应力相对低的领域。对它们的研究主要集中于通过添加连续纤维.用其他材料层压它们或用金属熔合它们,达到增强这些材料强度之目的。     

二维碳基薄膜及其高分子复合材料的构筑和油水分离性能研究进展

随着环保意识的提高,含油污水的净化已成为一个重要课题.碳基(石墨烯、碳纳米管)薄膜材料,尤其是高分子功能化的碳基薄膜材料为含油废水等环境污染问题的解决提供了有效途径.本文综述了近年来高分子功能化碳基薄膜在污水处理方面的研究进展.根据润湿性和功能不同,将碳基薄膜材料分为超疏水性碳基薄膜材料、超亲水性碳基薄膜材料、Janus结构碳基薄膜材料、智能性碳基薄膜材料和多功能性碳基薄膜材料5个部分.在每部分中,详细讨论了设计策略、制备方法以及润湿性对含油废水分离性能的影响.最后,对高分子功能化碳基薄膜用作含油废水净化的发展前景和面临的挑战进行了综合讨论.     

导电粒子填充HDPE复合材料的非线性导电特性与标度行为

以高密度聚乙烯(HDPE)为基体、炭黑(CB)或石墨(GP)为填料的共混物是重要的且应用广泛的高分子PTC材料. 基于GEM方程和由材料的体积膨胀导致填料体积分数的稀释效应, 建立了一个定量描述并解释基体体积膨胀对复合材料PTC突变贡献的唯象模型. 在电子束辐照HDPE/CB复合材料中, 交联聚合物基体体积膨胀对PTC效应的贡献减小. 在研究填料含量、环境温度和交联等对HDPE导电复合材料自发热行为和电热平衡态非线性导电行为影响的基础上, 根据自发热温度与电场、初始电阻, 以及电热平衡态电阻与自发热温度的关系, 揭示了高分子PTC材料的自控温机制. 根据自发热临界点参量与材料电导率之间的标度关系, 建立了电热平衡态的宏观电学性能与微观渗流网络之间的联系.     

数据挖掘驱动的BiFeO_3-BaTiO_3铁电陶瓷元素替代效应

传统的材料研究方式是耗时费力的试错法,现代材料科学研究方式转向基于材料信息学(material informatics)理论的数据生产和利用——采用各种数据挖掘方法以发现材料数据下隐藏的构效关系和知识,对新材料进行预测和验证.在总结过去对钙钛矿结构氧化物铁电材料数据挖掘实践结果的基础上,选择多种不同原(离)子特征组合的元素对BiFeO_3-BaTiO_3(BF-xBT)铁电固溶体陶瓷进行替代实验,重点探索三方-赝立方结构相界附近组分的BF-xBT基三元固溶体陶瓷的铁电相变和介电、压电响应性能.实验发现替代元素的性质是BF-xBT基三元固溶体陶瓷制备工艺条件和介电损耗、压电响应等电学性质的决定因素,Bi(Zn_(1/2)Ti_(1/2))O_3是当前发现的对BF-xBT基固溶体陶瓷进行改性、获得可工程实用的高性能高温压电陶瓷新材料的有效组元.与现有商用偏铌酸铅和钛酸铋系压电陶瓷材料相比,它们可采用相同的固相反应电子陶瓷工艺制备、但具有更高压电响应等综合性能,为研制高灵敏高温压电传感器提供了新材料选项.     

基于石墨烯开发的高分子复合材料在电磁屏蔽领域中的应用

电子与通讯设备广泛地应用于工业、商业、科学研究以及军事等领域,电磁辐射对人体健康造成不良的影响,使得电磁屏蔽一直是现代社会需要重视的一大问题,因此也催生了对不同类型的电磁屏蔽材料的制备与性能的研究.与传统的金属电磁屏蔽材料相比,以碳材料作为填料的高分子复合材料在电磁屏蔽领域有着自己独特的优势,包括重量轻、耐腐蚀、易加工、具有柔性以及可吸收频率范围广.石墨烯作为一种新型的二维纳米碳材料,具有极其优异的电学、力学和热力学性能,这些优异的性能使得石墨烯在与高分子材料形成复合材料后具有极佳的作为电磁屏蔽材料的潜质.此外,在航空航天、武器装备、军事防护、汽车工业以及微电子业中,对所使用的电磁屏蔽材料的热稳定性、力学性能也都有更高的要求.石墨烯-高分子复合材料比其他的含碳复合材料具有更大的优势来满足这些挑战.本文对应用于电磁屏蔽领域的石墨烯-高分子复合材料中石墨烯的制备方式进行分类,总结了目前此类复合材料的电磁屏蔽效能.     

高分子科学与技术发展

近年来由于工农业生产和尖端技术的需要,新型材料不断出现。其中以高分子材料最受重视,被称为划时代的材料。高分子是高分子化合物的简称。它们是以长链为基本结构的分子量很大的化合物。天然高分子如蛋白质(包括蚕丝、羊毛)、纤维素(棉花)、淀粉、天然橡胶等,是动植物的组成部分,早已为人所应用。人工合成的高分子则是在本世纪初才出现的,按其使用途径主要分为塑料、合成纤维、合成橡胶三类。高分子材料首先是被用来代替天然材料的,如塑料代替木材、陶瓷和金属;合成纤维代替天然纤维——棉、毛、麻、丝;合成橡胶代替天然橡胶等等。随着它们的品种不断增     

具有形状记忆功能的高分子材料

日本的Zeon公司已发现一种石油树脂——聚降莰烷(polynorbornane)具有形状记忆功能。甚至当它的形状被改变得很厉害时,对它加热便立即会恢复原状。Zeon公司准备在市场上销售用该材料制作的被命名为“NorsoLex”的汽车保险杠。聚降莰烷是一种高分子,其分子量超过两百万。比普通的高分子大十倍以上。这种具有微孔的树脂正在引起人们强烈的关注。 CdF化学公司是法国化学品生产的主要厂家,它开发了这种树脂的合成技术,并探讨了该树脂作为液体吸收材料的应用。这家公司向世界上的制造     

甲基丙烯酸甲酯-甲基丙烯酸共聚物/聚氧化乙烯氢键复合物-LiClO_4体系离子电导的研究

固体电解质,或称快离子导体,是指在固态时具有熔盐或液体电解质的离子电导性的一类材料。高分子固体电解质,由于其成膜性好,易于加工,粘弹性好,能适应电池充放电过程中电极体积的变化,同时有较好的化学稳定性,因而被认为是发展全固态高能锂电池的理想电解质材料。在高分子快离子导体的母体材料中,研究最多的是聚氧化乙烯(PEO)。因为离子电导     

化学气相渗透制备SiC_w/SiC层状结构陶瓷

提出了采用流延法(tape casting,TC)结合化学气相渗透法(chemical vapor infiltration,CVI)制备碳化硅晶须(SiCw)/Si C层状结构陶瓷的方法,分析了TC-CVI方法的特点,研究了制备工艺对层状结构陶瓷力学性能和微观结构的影响,探讨了SiCw/Si C层状结构陶瓷的强韧化机理.结果表明,TC-CVI制备方法一方面能够提高晶须体积分数,减少制备过程中对晶须的损伤并且致密化单层,保持整个制备过程中材料体积无收缩,从而有效地提高材料的强度;另一方面,TC-CVI制备方法能够较好地控制层内(晶须/基体)及层间(单层/单层)界面结合强度,进而提高材料的韧性.SiCw/Si C层状结构陶瓷中晶须含量可达40%(体积分数),其弯曲强度、拉伸强度和断裂韧性分别为315 MPa,158 MPa和8.02 MPa m1/2.层状结构陶瓷材料的单层厚度对材料致密性及层间界面结合强度产生显著影响;晶须表面状态对层内界面结合强度有重要作用.SiCw/Si C层状结构陶瓷充分发挥层状结构与晶须协同增韧作用,层间裂纹偏转,层内裂纹偏转、裂纹桥接和晶须拔出等为主要的增韧机制.     

导电高分子生物材料在组织工程中的应用

导电高分子材料在具有良好生物相容性的同时,其优异的导电性还可以通过电刺激促进聚合物-组织界面处的细胞黏附、增殖和分化,从而促进组织生长,所以导电聚合物材料在组织工程领域受到了越来越多的重视.单组分导电高分子,如聚苯胺(PANi)、聚吡咯(PPy)、聚(3,4-乙烯二氧噻吩)(PEDOT)及其衍生物,具有良好的生物相容性和优异的导电性,但其较脆且不易加工,限制了其在组织工程领域中的应用.因此,研究开发了基于上述导电高分子和生物相容性可降解聚合物的复合导电聚合物材料,其在具有良好生物相容性和导电性的同时,还具有优异的加工性.本文将总结在组织工程中应用的多种复合导电聚合物材料,包括导电聚合物薄膜、导电纳米纤维、导电水凝胶和导电复合3D支架.此外,组织工程领域的研究表明复合导电高分子材料主要可应用于骨组织工程、肌肉组织工程、神经组织工程、心脏组织工程和皮肤伤口愈合等方面,我们也将对以上方面的应用进行详细论述.     

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.     

三元合金异质结InxGa1-xAs/InxAl1-xAs的价带带阶ΔEv值研究

三元合金异质结是异质结器件的重要材料,它广泛应用于微波和光电器件中。如组分x=0.3的合金异质结可用于研制高电子迁移率晶体管(HEMTs)、绝缘栅场效应晶体管(HIGFETs)和谐振隧道二极管(RTDs);组分x=0.53的三元合金异质结广泛应用于光电子的高速光电器件中。在决定量子阱、超晶格电子态的因素中,半导体异质结界面两侧价带带阶△E_v值(即valence-band offsets)是重要的物     

ZrO_2超微粒子的湿化学法制备及其相变规律的研究

ZrO_2是相变增韧的关键材料,搞清楚ZrO_2的相变规律,充分认识ZrO_2的各种性状和深入探讨高纯度ZrO_2超微粒子的制备及其均匀分散的方法,这将推动相变增韧陶瓷的研究工作。由于陶瓷的强化与增韧是通过四方相ZrO_2(t-ZrO_2)转变成单斜ZrO_2(m-ZrO_2)的过程来