共价有机骨架/碳纳米管复合材料中锂离子吸附与传输特性的分子模拟

利用分子模拟方法对共价有机骨架 (covalent organic framework, COF)/碳纳米管(carbon nanotube, CNT) 复合材料 COF@CNT 中锂离子 (Li$^{+})$ 的吸附与传输特性开展研究, 明确了 Li$^{+}$ 的吸附位点与吸附顺序, 得到了相应的吸附能, 并观察 COF@CNT 的表观形貌变化. 当达到饱和吸附状态时, COF@CNT 的体积变化率仅为 0.25, 平均电压保持在 2.00 V 以上, 而理论容量则高达 1 402.47 mAh/g. 此外, Li$^{+}$ 在 COF@CNT 内部的电导率大于其在单纯 CNT 中电导率的实测值. 模拟结果可为此类体系的实际应用提供理论基础.     

基于共价有机框架的仿生光动力学治疗试剂的构建

共价有机框架（COF）是一类新兴的多孔有机聚合物，因其具有较大的比表面积、有序的孔道结构以及良好的生物相容性，已成为具有潜力的纳米药物载体.制备了基于COF纳米颗粒的仿生纳米复合物，负载光敏剂孟加拉玫瑰红（RB），并包裹癌细胞膜（CMV）对该复合物进行仿生修饰.结果表明：制备的COF/RB@CMV纳米复合物具有良好的生物兼容性，能够被肿瘤细胞有效摄取，并在光照激活条件下产生对细胞具有高毒性的活性氧化物（ROS），进而起到了杀伤肿瘤细胞的作用.提出了一种新的基于COF的仿生纳米平台用作光动力学治疗（PDT）试剂.     

高盐、高浓度有机废水蒸发特性实验

 搭建废水动态蒸发实验装置，对精细化工行业常见的蒸氨废水、颜料生产废水开展蒸发分离实验研究以获得废水蒸发特性，为实际蒸发系统设计提供基础数据支持。结果表明：废水的沸点升高随浓缩倍数的增加而逐渐上升，来自不同工艺段的蒸氨废水、颜料生产废水由于浓度差别，在相同的浓缩倍数下沸点升高略有不同；在蒸发过程中，颜料生产废水蒸发冷凝液的COD随着蒸发的进行逐渐降低；不同种类废水蒸发冷凝液的TDS与pH值变化规律大致相同，受原液中易挥发物质及夹带液滴的影响较大，随着浓缩倍数的增加先减小后趋于恒定。     

数据驱动的铝基复合材料性能预测和逆向设计

采用数据驱动的方法对 SiCp(0.5CNT)/7075Al 铝基复合材料的化学成分以及制备工艺进行了分析, 针对抗拉强度和延伸率两个力学性能进行了特征重要性分析, 构建了包含 8 种机器学习算法的集成框架, 自动进行模型的参数调优和最优模型选择, 并在此基础上进行了材料逆向设计. 实验结果表明, 在 470 ${^\circ}$C 固溶 40 min, 120${^\circ}$C 时效 15 h 的热处理工艺下, SiCp(0.5CNT)/7075Al-1.0Mg 复合材料抗拉强度和延伸率的预测值为 617.48 MPa 和 2.98%, 实验值为 647.0 MPa 和 3.31%, 两项物理性能的平均绝对百分比误差(mean absolute percentage errors, MAPE)较小, 依次为 4.56% 和 9.97%. 这说明本数据驱动方法对铝基复合材料的工艺优化和性能提升有一定指导意义.     

薄面板复合材料蜂窝夹层结构冲击穿透试验与失效机理

为研究薄面板复合材料蜂窝夹层结构冲击穿透损伤的失效机理,对具有3层平面编织复合材料面板的蜂窝夹层板试验件进行了多种能量的冲击试验.并在考虑了面板材料的渐进失效以及面内剪切非线性应力应变关系基础上,运用LS-DYNA有限元分析软件建立了夹层板的数值模型,用以分析失效过程.结果 表明,数值模拟结果与试验结果一致.上面板穿透或整体贯穿时面板均呈花瓣状裂开,前者蜂窝以压溃损伤为主,后者则额外产生蜂窝芯体与下面板间的界面脱粘以及蜂窝壁的断裂损伤.无面板穿透时,冲击接触力将保持纤维断裂损伤阈值力大小直至冲头回弹;面板穿透则使冲击区域刚度下降,接触力随之下降,其中板整体贯穿时接触力会出现两个峰值.薄面板复合材料蜂窝夹层结构冲击穿透过程中的主要能量耗散在复合材料面板的纤维拉伸断裂,蜂窝的压溃和断裂过程也消耗部分能量.     

CFRP激光切割过程中HAZ扩展研究

激光切割CFRP由于具有无磨损、无接触的特点,显示出了很大的应用潜力.然而,由于组成材料(即聚合物基体和碳纤维)的物理和热性能存在显著差异,激光加工过程中产生的热损伤一直阻碍着CFRP在工业规模上的应用.介绍了激光加工CFRP的优势,并以激光切割CFRP时热影响区(heat-affected zone,HAZ)产生和扩展的机理为基础,对影响HAZ扩展的因素和研究进展进行了综述.最后提出,在实际的激光光源中,工艺参数是相互依赖的,对于加工工艺的参数优化和仿真值得深入研究.并对未来提高激光加工效率,进而广泛应用于工业领域做出了展望.     

复合材料双悬臂梁试验Ⅰ型分层扩展的三维近场动力学模拟

近场动力学(peridynamics,PD)模拟复合材料分层损伤,相较于传统的数值方法有一定优势。双悬臂梁试验(double cantilever beam,DCB)是测量复合材料Ⅰ型层间断裂韧性GIC的标准试验。本文研究了复合材料双悬臂梁试验Ⅰ型分层扩展过程的三维近场动力学模拟。计算模型选用了球型域的常规态近场动力学复合材料模型,并引入了基于能量的失效判定准则。结果表明,近场动力学模拟的载荷-位移曲线与试验结果吻合得很好,并且模拟结果能够捕捉到DCB试验的"指甲盖形"分层前缘。在此基础上,进一步比较了Ⅰ型分层扩展过程的近场动力学模拟结果与试验结果,验证了本文采用的复合材料近场动力学模型计算Ⅰ型分层扩展的有效性。     

功能橡胶复合材料综合性能的影响

通过硅烷偶联剂(KH-550)对材料各类助剂进行改性,采用模压成型法制备橡胶复合材料,结合双层平板打孔技术、SEM等技术,研究了硫化促进剂、补强剂、抗菌剂以及抗静电剂对橡胶复合材料综合性能及抗菌防臭性能的影响。结果表明:加入硫化促进剂、改性磷石膏晶须及导电炭黑协同作用,橡胶复合材料的电阻为2.6 MΩ,抗静电性能良好,硬度值为58。当抗菌剂为3wt%时,抗菌防臭粉对橡胶复合材料大肠杆菌和金黄色葡萄球菌的抑菌斑直径分别为11 mm和25 mm;三香胍有机抗菌剂(XT-11)对橡胶复合材料大肠杆菌和金黄色葡萄球菌的抑菌斑直径分别为11 mm和40 mm。使用抗菌防臭粉与三香胍有机抗菌剂复合时,橡胶复合材料大肠杆菌和金黄色葡萄球菌的抑菌斑直径达到最大值,分别为13 mm和40 mm,此时抑菌效果最好,获得综合性能较为理想的橡胶复合材料。     

基团转移聚合法合成山梨酸酯类聚合物的研究

设计及合成不同官能团的山梨酸酯类单体,以有机催化剂膦腈碱(1-tert-butyl-4,4,4-tris(dimethylamino)-2,2-bis[tris(dimethylamino)phosphoranylidenamino]-2Λ~5,4Λ~5-catenadi(phosphazene),t-Bu-P4)为催化剂(1-methoxy-1-trimethylsilyloxy-2-methyl-propene)MTS为引发剂,采用基团转移聚合法(Group Transfer Polymerization,GTP)精确合成分子量可控的聚山梨酸酯。通过核磁氢谱、凝胶渗透色谱表征聚合物的结构及分子量,分散性指数(PDI)在1.16～1.25之间,分子量与理论分子量相吻合;利用差示扫描热量法(DSC)测试聚合物的玻璃化转变温度(-27.38℃～33.94℃),并讨论官能团对玻璃化转变温度的影响及规律。