BiTiO3单晶电致疲劳裂纹扩展的原子力显微镜研究

利用原子力显微镜(AFM)原位研究了BaTiO₃单晶压痕裂纹电致疲劳的扩展过程, 以及交变电场引起的畴变和疲劳裂纹扩展的相关性. 结果表明, 正负交变电场并不引起裂纹尖端电畴的交替变化, 而是在裂纹周围发生随机转变, 随着电场交变次数的增加, 止裂裂纹重新起裂扩展.     

高能量密度脉冲等离子体制备的氮化钛刀具涂层的微观结构与力学性能

室温下用高能量密度脉冲等离子体在硬质合金刀具上成功淀积了硬度高、耐磨损、膜基结合良好的氮化钛涂层. 俄歇分析表明, 薄膜与基体间界面大于250 nm; 涂层与基体的结合良好, 纳米划痕实验临界载荷达90 mN以上. 纳米压痕实验表明, 氮化钛涂层具有很高的硬度和杨氏模量, 分别达27 GPa 和450 GPa以上. 涂层刀具切削实验表明, 刀具可用于HRC 高达58~62的CrWMn钢切削, 且磨损量较低, 寿命长. 微观结构分析表明, 高能量密度等离子的注入效应、晶粒细化效应等对薄膜硬度、杨氏模量、膜基结合力和抗磨损性能等物理性能的改善起主导作用.     

纳米杂化功能复合聚酯纤维的研究进展

基于聚对苯二甲酸乙二醇酯纤维(PET)良好的可加工性及其机械性能,可利用有机/无机杂化的机理,将纳米材料引入到PET基体中,实现PET纤维的功能裁剪.本文主要综述了具有阻燃、抗菌、抗紫外及导电特性的PET基纳米杂化功能纤维,特别评价了纳米材料的制备过程、改性方法、加工途径及其功能特性等.最后展望了PET基纳米杂化功能纤维的发展方向:纳米材料的结构与功能设计、纳米材料与聚酯复合的界面可控技术、纳米杂化纤维的后整理加工技术;以期开发多功能复合的智能型、环境友好型纳米杂化产业用纤维,并建立对纳米杂化纤维的生态安全性等系统评价标准等.     

ε-FexN/BN磁性纳米复合材料的制备及热力学和动力学分析

磁性纳米复合材料一般是由非磁性绝缘体和分散在它内部的磁性纳米颗粒(10～100nm)组成的。纳米颗粒的小尺寸效应和与基体的高浓度界面以及基体的绝缘性,使得磁性纳米复合材料表现出许多优异的物理和化学性能,在高密度信息存储、磁致冷等领域有着重要的应用价值。由于Fe-N合金在耐磨、抗氧化和抗腐蚀等方面优于纯铁,且具有较高的平均原子磁矩(如Fe_4N为2.21μ_B,Fe_3N为2.01μ_B),尤其是近2年发现α″-Fe_(16)N_2的巨磁性现象(平均原子磁矩达3.2～2.8μ_B),使得Fe-N合金及其复合材料的研究工作引起了广大材料学家和物理学家的高度重视和极大的兴趣。最近几年,人们通常以N_2,NH_3和NH_3/H_2气体为氮源,利用气相沉积、磁溅射并结合热处理的方法,制备各种结构的Fe-N合金薄膜和Fe-N合金纳米复合材料膜。然而,利用其他技术和材料制备Fe-N合金及其复合材料尚无报道。在本实验中,我们将采用一种新的实验方法,即以六方氮化硼(hBN)为氮源,利用高能球磨技术制备Fe-N/BN磁性纳米复合材料。在此方法中,Fe-N合金在Fe与hBN的球磨过程中原位生成,并均匀分布在绝缘BN基体上与BN基结合牢固且界面清洁。晶粒尺寸和相成分可通过球磨参量控制,经热烧结可制成块状材料,具有实用价值。     

聚丙烯基体原位功能化对插层聚合制备的聚丙烯/蒙脱土纳米复合材料结构稳定性的影响

将MgCl₂/TiCl₄催化剂插层于有机蒙脱土(十六烷基三甲基溴化铵改性钠-蒙脱土)中, 配合三乙基铝(AlEt3)助催化剂及二苯基二甲氧基硅烷(DDS)外给电子体, 催化丙烯与5-己烯基-9-硼杂双环[3,3,1]壬烷的共聚合反应. 在实现蒙脱土纳米片层有效剥离的同时, 在聚丙烯基体上同步引入反应性硼烷基团. 在温和条件下(40℃, 3 h), 产物在四氢呋喃中进行硼烷基团的水解反应, 从而在保持蒙脱土纳米片层剥离状态下, 聚丙烯基体原位引入羟基功能基团. 与基体未功能化的聚丙烯/蒙脱土纳米复合材料对比, 聚丙烯基体中羟基的原位引入有效地提高了复合材料的纳米结构稳定性.     

磁功能化石墨烯气凝胶自组装合成及吸波性能

本研究通过化学自组装和原位热解成功构建了锚定超细Fe3O4纳米颗粒的磁功能化石墨烯气凝胶复合材料.分别采用X射线衍射(XRD)和X射线光电子能谱(XPS)表征复合材料的晶体结构及元素组成;采用红外及拉曼光谱分析表征其化学结构、石墨化程度和结构缺陷;通过扫描电子显微镜(SEM)和透射电子显微镜(TEM)对复合材料的形貌及...     

石墨烯/碳纳米管复合材料的制备及其电化学电容性能

以化学气相沉积(CVD)法生长的石墨烯作为基体,采用原位复合方法制备出三维石墨烯/碳纳米管纳米复合材料.使用扫描电子显微镜(SEM)和透射电子显微镜(TEM)对复合材料的微观形貌和结构进行表征,并运用循环伏安、交流阻抗等技术对纳米复合材料的超级电容性能进行研究.实验结果表明,石墨烯/碳纳米管纳米复合材料作为超级电容器电极材料,在1.5 mol/L Li_2SO_4体系中的最大比电容为289.8 F/g,经2000次循环后,其容量保持92%,表现出优异的比容量和循环稳定性.     

原位聚合技术制备纳米复合聚烯烃材料研究的现状与趋势

作为一种经济、有效的聚烯烃高性能化的途径, 聚烯烃的纳米复合改性应用前景广阔. 由于聚烯烃具有不同于大多数其他聚合物的以化学惰性为特征的结构特异性, 通过原位聚合手段实现纳米复合对聚烯烃具有特殊的意义. 本文综合介绍了以原位聚合技术实现聚烯烃纳米复合的研究进展, 着重分析了聚烯烃/蒙脱土纳米复合材料的研究现状, 明确提出了今后的研究发展方向.     

碳纳米管/碳纤维跨尺度界面增强体系构建的研究进展

伴随着国防工业、先进装备制造等领域的不断发展,人们对复合材料的应用要求不断提高.碳纤维增强复合材料因其具备高强度、轻量化、长寿命的特点,与该领域材料的使用要求产生了高度适配.但在实际应用过程中,碳纤维惰性表面与聚合物基体间的弱界面结合严重影响了复合材料优异性能的充分发挥.构建微尺度、多维度碳纳米管/碳纤维界面增强体系被认为是提高相间结合能力的有效技术手段.本文综述了化学气相沉积、电泳沉积、化学接枝、浸涂喷涂4种较为成功的构建路线,讨论了碳纳米管在碳纤维表面的差异化微观沉积形貌所对应的不同界面增强机理,探讨了界面增强体系对复合材料综合性能的影响,并对该体系未来的构建和研究方向进行了展望.     

纳米气泡对HOPG表面BSA吸附影响的AFM原位观察

利用原子力显微镜(atomic force microscope, AFM)原位观察, 发现纳米气泡会影响牛血清白蛋白(bovine serum albumin, BSA)在疏水表面高序热解石墨(highly ordered pyrolytic graphite, HOPG)表面上的吸附. 在水/HOPG界面BSA分子可以均匀吸附并与纳米气泡共存. 注入乙醇除去纳米气泡后, 在原来纳米气泡的位置上BSA吸附层出现圆形空洞. 空洞的深度约8 nm, 直径在数十纳米. 纳米气泡与相应位置上空洞面积间的相关系数达0.88～0.94, 显示这些空洞确为纳米气泡所致. 另外, BSA分子环绕纳米气泡排列成环状, 说明在水/HOPG界面BSA倾向于吸附在接触线区域.     

奥氏体/马氏体异相界面的电子密度

复相合金与复合材料中都存在着异相界面.改善基体与第二相界面的工作已成为材料研究中的重要课题.近年来在复合材料中提出的强界面结合及弱界面结合模型、基体与增强体相匹配的强化机理等在复相合金中也同样适用.这些研究涉及界面物理及界面化学,也包括界面的原子结构及电子状态.程开甲先生认为通常的TFD模型在材料设计、电子输运现象等实用领域中不完善,似乎是在处理原子条件中,特别是在固体中原子的边界条件处理上有一些错误,正确的边界条什是存在的,只是一直未找到.程开甲指出,原子的边界条件     

纳米填料的分散以及界面作用对橡胶复合材料动态性能的影响

绿色轮胎与传统轮胎相比,具有滚动阻力小、生热低、耐磨等优异的特性,突显出了低碳环保、绿色节能的优势.因此,绿色轮胎的研究和开发具有十分重要的意义.为了使橡胶复合材料性能满足绿色轮胎的要求,纳米填料的填充对其性能具有关键性作用,因此,利用新型纳米填料提高橡胶的动态性能,如抗湿滑性、滚动阻力、耐磨性以及生热等成为了学术界及工业界研究的热点之一.然而,影响橡胶复合材料动态性能的因素较复杂,本文主要从填料的分散以及填料与基体间的界面相互作用展开,探讨不同改性方式对传统纳米填料(如炭黑、白炭黑等)和新型纳米填料(如石墨烯、黏土等)在橡胶基体中分散状态的影响,以及填料分散和填料-基体界面相互作用对橡胶复合材料动态性能的影响.     

磁功能化石墨烯气凝胶自组装合成及吸波性能

本研究通过化学自组装和原位热解成功构建了锚定超细Fe₃O₄纳米颗粒的磁功能化石墨烯气凝胶复合材料.分别采用X射线衍射（XRD）和X射线光电子能谱（XPS）表征复合材料的晶体结构及元素组成;采用红外及拉曼光谱分析表征其化学结构、石墨化程度和结构缺陷;通过扫描电子显微镜（SEM）和透射电子显微镜（TEM）对复合材料的形貌及微观结构进行测试.实验结果表明, 600℃煅烧温度、填充量仅为5wt%（质量百分比）的复合材料表现出最优异的性能,最小反射损耗(RL_min)和有效吸收带宽（EAB）均优于目前报道的大多数吸波材料.电磁分析结果表明,优异的微波吸收性能归因于复合材料增强的协同效应和独特的三维结构.     

超临界二氧化碳协助制备多组分复合材料及在超级电容器方面的应用

采用绿色水热方法合成石墨烯/吡咯气凝胶(G-Py),原位聚合的方法制备碳纳米管/聚苯胺复合材料(CNT/PANI),而后通过超临界二氧化碳的协助制备了一系列G-Py和CNT/PANI的复合材料,并通过红外光谱(FTIR)、X射线衍射(XRD)和Raman光谱研究其结构变化,电化学工作站测试其电性能,从而探究超临界二氧化碳对其结构和性能的影响.研究结果表明,经过超临界二氧化碳协助一步法得到的复合材料具有最优的电性能.电化学测试表明其比电容高达373 F/g,是未经超临界二氧化碳处理制备的复合材料的1.4倍,说明超临界二氧化碳辅助制备是构筑多组分复合材料的一种有效方法.     

纳米碳复合材料的结构设计和功能仿生

高含量纳米碳复合材料能够更好地体现碳纳米管等纳米材料自身的性质.借助自然材料的结构设计和整合思想,使得高含量的纳米碳组装结构体及其复合材料具有结构的合理化、性能的优异化、材料的可控化和应用的高效化,这种方法也将成为未来纳米复合材料发展的重要方向.本文主要介绍了高含量仿生纳米碳复合材料加工过程、结构和界面的仿生设计思想,以及其在仿生智能驱动中的应用进展.     

CF/PPS复合材料界面效应的研究

碳纤维增强热塑性塑料是一种很有发展前途的复合材料,因为,它不仅具有高比强度和比刚度,而且还具有高韧性、热稳定性和容易加工.纤维增强塑料的性能对于纤维-树脂之间界面性质的影响是很敏感的.纤维-树脂复合材料的界面效应很大地取决于纤维表面的物理和化学特征、树脂性质和复合的工艺条件.但是,决定着整个复合材料机械性能及其断裂的微观结     

单/双壁碳纳米管-层状金属氧化物片层交织结构的三维纳米复合材料

将一维的碳纳米管与二维的片层材料组合形成多级有序的三维纳米结构材料, 可获得许多奇特的新性能. 目前将碳纳米管分散在基体中形成了多种复合材料, 发现其力学、电学、磁学、热学以及输运性能都呈现了显著的增强, 但是在基体中均匀地分散碳纳米管往往是材料组装过程中的核心问题. 发展有效可控的一维/二维材料有序组装方法是获得高性能材料的关键. 碳纳米管生长结束后, 在表面活性剂、生物大分子辅助下超声、剪切、搅拌等是其分散常用的方法. 如果能利用碳纳米管生长过程中借助特殊结构的催化剂及工艺对碳纳米管的排列及分散进行原位控制, 这样就有望一步获得碳纳米管高度分散、多级有序、高性能的三维纳米复合材料. .....     

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.     

基于声发射小波分析的非连续增强金属基复合材料界面表征

界面是制约复合材料性能的关键性因素,同时界面效应的存在也为复合材料的设计与改进提供了一条重要的途径[1].因此,界面设计与界面控制工程已成为当前复合材料领域极为活跃的前沿课题,而该项工作的开展则以准确的界面性能表征为前提[2].然而,针对颇具应用前景的非连续增强金属基复合材料而言,现有的适于连续纤维增强复合材料的拔出法、顶出法等界面力学性能测试手段却难以奏效.为此,适于该种类型复合材料的直接、有效的界面力学性能表征方法的探索工作亟待开展.本文以具代表性的ＳｉＣｐ/Ａｌ复合材料为例,首次应用声发射(ＡＥ)小波分析技术…     

Ag/AgCl-LaCO3OH纳米棒可见光催化净化NO的性能增强及反应机理

采用化学沉淀法制备三元Ag/AgCl-LaCO_3OH纳米棒光催化剂.将Ag/AgCl引入LaCO_3OH(LCO)纳米棒后,可同时实现光吸收范围紫外光区拓展至可见光吸收和光生载流子的高效分离.可见光照射下,金属Ag单质等离子共振(SPR)效应诱导电荷-空穴有效分离,使其热电子传输至LCO样品缺陷能级.随后表面O_2捕获光生电子产生超氧自由基·O_2-,该自由基对氧化NO过程起主导作用.空穴可以迁移至AgCl表面与Cl~-相互作用转化Cl~0,直接参与氧化NO后再还原为Cl~-, Cl~-再与Ag~+结合生成AgCl,有效避免了AgCl的光腐蚀.优化过后的Ag/AgCl-LaCO_3OH纳米棒复合材料的可见光净化NO去除率高达54.0%,远高于纯的LCO(3.1%)和Ag/AgCl(8.0%)的可见光催化性能.利用原位红外光谱实时动态监测Ag/AgCl-LaCO_3OH光催化氧化NO的反应过程,结合自由基捕获结果,从分子层面揭示其反应机理,并提出Ag/AgCl-LaCO_3OH光催化性能增强机制.本研究结果对等离子体基半导体复合材料光催化反应机理及环境净化应用提供新的认识.