铁电体-金属纳米微粒复合材料的制备与性质

近年来,由金属微粒弥散相与氧化物电介质(玻璃或陶瓷)基体所构成的复合材料体系引起了人们的关注。由于这类材料在光学(光吸收、散射、非线性)、电学(隧穿效应,电致发光)、磁学及催化等方面均有一些特殊性质,使这类材料体系在理论研究和实际应用方面都具有很高的价值。目前,这类材料的制备主要是采用溅射法和溶胶-凝胶(Sol-gel)法。限于技术上的原因,上述材料的基体主要局限于一些简单的氧化物体系,包括SiO_2,Al_2O_3和ZrO_2。     

Si-TaSi2共晶自生复合场发射材料的组织与性能

采用电子束悬浮区熔(EBFZM)技术制备了Si-TaSi₂共晶自生复合场发射材料, 并系统地对比了Czochralski(CZ)和EBFZM两种不同晶体生长技术所得到的Si-TaSi₂共晶自生复合材料的定向凝固组织特征和场发射性能. 研究表明, EBFZM法由于较高的凝固速率和较高的温度梯度, 使凝固组织明显得到细化, 也就是与CZ法制备的TaSi₂纤维相比, EBFZM技术制备的TaSi₂纤维的直径和纤维平均间距减小, 面密度和体积分数增大. 因此改善了Si-TaSi₂共晶自生复合材料的场发射性能, 表现为较好的场发射均匀性和更平直的F-N曲线.     

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。     

颗粒增强铝基复合材料的制备及力学性能

简要介绍了金属基复合材料的分类和发展现状,并重点介绍了颗粒增强铝基复合材料的几种常用制备方法,包括搅拌铸造法、挤压铸造法、液态金属浸渗法、粉末冶金法、喷射沉积法和比较新颖的原位反应复合法;同时综述了颗粒增强铝基复合材料力学性能的研究进展,包括实验进展、理论模型和模拟的进展;最后展望了颗粒增强铝基复合材料的发展方向。     

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.     

碳纤维树脂基复合材料的高性能化

碳纤维及复合材料是关乎国家安全必须自主保障的关键战略材料,而树脂基(含量在35%以上)是碳纤维树脂基复合材料的两大材料基元之一,直接决定着复合材料的服役性能与成型工艺性.北京化工大学先进复合材料研究中心(AdvancedCompositesCenter,ACC)团队针对碳纤维用高性能树脂基体国产化存在品种缺乏及不成系列等突出问题,面向国家重大战略需求,在解决国家碳纤维树脂基复合材料的"无"和"有"的"顶天立地"方向上开展了一系列基础理论和应用基础研究,推动了国产碳纤维从"能用"向"好用"的质的飞跃,支撑了国内碳纤维树脂基复合材料研究由跟踪仿制的"跟跑"到自主创新的"并跑"的根本转变,取得了一系列重要创新成果.本文简述了ACC团队近10年在碳纤维专用树脂分子结构模拟设计及交联网络调控、碳纤维树脂基复合材料界面相容新机制的探究、碳纤维树脂基复合材料多级增韧增强方法学的构建、碳纤维高性能树脂基体的制备技术发展及碳纤维树脂基复合材料成型工艺的创新及其产品工程等方面的基础研究成果及关键技术突破,并对碳纤维树脂基复合材料高性能化的发展方向进行了展望.     

研制高温材料的热潮(上)

大批华命性的系统设计需要新的材杆、加工这些材朴的方法和史透彻地了解其原理。高温材料促进了航空航天推进系统与电力系统的发展。但在今天,材料研究若仍保持过去二、三十年的发展速度,已经不能满足要求了。系统设计师们要求的是革命性的而不是改良性的进展。因此,国家航空航天局刘易斯研究中心(它是该局在材料研究与开发方面一直处于领先地位的单位)正在研究:新材料,加工这些新材料的方法,以及这些材料如何工作的基本原理,以便指导未来的工作。飞机燃气涡轮的叶片、导向叶片和轮盘一直是用镍基合金制造的。目前,为了达到更高的温度,各个实验室都在制造金属互化物及具有隔热涂层的金属基体复合材料与陶瓷基体复合材料,而且在研究固态润滑剂。     

Ge-SiO_2纳米镶嵌薄膜的制备及光吸收特征

半导体-绝缘体纳米颗粒镶嵌复合膜是由半导体纳米颗粒镶嵌在不相溶的介质基体中而形成的薄膜.由于它兼具纳米颗粒与薄膜的双重特点,表现出许多独特的光学特性,展示出这种新型固体薄膜材料越来越广泛的应用前景,所以逐渐形成当前材料科学、凝聚态物理研究中值得重视的一个新领域.锗是应用较广泛,最重要的元素半导体材料之一,研究锗纳米颗粒镶嵌复合膜的制备工艺,微观结构以及物理性能之间的关系和规律,有助于指导我     

钠基蒙脱土在丁腈橡胶中的剥离分散及性能影响

制备、研究了超细全硫化粉末丁腈橡胶(UFPNBR)颗粒和剥离型钠基蒙脱土(Na-MMT)片层相互隔离、依附的UFPNBR/Na-MMT纳米复合粉末. 在新颖的UFPNBR/Na-MMT纳米复合粉末与丁腈橡胶(NBR)生胶混炼过程中, 借助纳米级UFPNBR颗粒与NBR生胶的良好相容性以及UFPNBR颗粒的助分散作用, 将与UFPNBR颗粒彼此隔离、依附的纳米级原生态Na-MMT良好分散在NBR基体中, 制备成硫化时间短、阻燃性能好的NBR/UFPNBR/Na-MMT三元纳米复合材料, 为实现高性能橡胶-黏土纳米复合材料的工业制备提供一种新的研究思路.     

TiC原位增强块状Cu47Ti34Zr11Ni8非品合金复合材料

在电弧炉中利用吸铸法制备了直径1～4mm的原位生成TiC和β-Ti枝晶联合增强的块状Cu47Ti34Zr11Ni8非晶合金复合材料．DSC热分析结果表明、原位生成TiC颗粒的引入，没有影响基体合金的非晶形成能力．用OM，XRD，SEM，EDS等方法研究了复合材料的相组成、微观组织以及成分分布、结果表明．TiC颗粒怍为异质形核中心促进了β-Ti枝晶的形成、形成了TiC颗粒和β-Ti枝晶联合增强的块状Cu47Ti34Zr11Ni8非晶合金复合材料、而且β-Ti枝晶的尺寸和数量与TiC颗粒的多少以及试样的尺寸有关．室温压缩试验表明，同单相非晶合金相比，块状Cu47Ti34Zr11Ni8非晶合金复合材料提高了抗压强度及塑性。     

基于BST-MgO介质Mie谐振的各向同性负磁导率复合材料

由Mie谐振原理和有效媒质理论出发, 设计并制备了一种具有各向同性负磁导率的介电复合材料. 该介电复合材料由高介电常数的BST-MgO铁电陶瓷立方块颗粒均匀分散在低介电常数的聚四氟乙烯介质中而形成. 微波测量和理论计算表明, 该复合材料在第1级Mie谐振附近表现出强的磁谐振, 并且具有负的磁导率. 该磁谐振起源于电磁波在介电颗粒内诱导产生的环形位移电流, 使得该介电颗粒等效于一个磁偶极子, 并且其谐振频率可由颗粒的大小和介电常数调节. 基于Mie谐振的介电复合材料为红外和可见光频段各向同性左手材料和隐身斗篷的实现提供了一种简单易行的方法.     

CNT-C_f/SiC多级增强复合材料微区力学性能

利用催化化学气相沉积工艺在炭纤维(Cf)表面原位生长碳纳米管(CNT),经聚合物浸渍-热解(PIP)致密化后制备了CNT强化的Cf/Si C复合材料.结合微米压痕和纳米压痕测试方法在微米、纳米尺度研究了CNT强化的Cf/SiC复合材料界面、微区基体以及纤维-CNT-基体组元区域的力学响应机制.结果表明,CNT生长点具有较高的结合强度,界面脱黏出现在纤维/热解碳界面处,原位生长的CNT显著强化了纤维-基体界面结合强度.PIP工艺对CNT造成损伤,致使CNT强化的微区基体的模量和硬度下降,而CNT的拔出、裂纹桥连等行为阻碍了微区基体的裂纹扩展,进而提高了微区基体的破坏容忍度.理论计算结果显示,由CNT带来的韧性贡献约为310.8 J/m2.界面强化效应和微区基体裂纹扩展阻碍效应使纤维-CNT-基体组元的抗损伤能力得到了提高.利用微纳米测试连用手段可深入了解多级增强复合材料的纳米效应.此外,理论计算表明,CNT/基体的界面修饰及对CNT的有效保护会进一步提高CNT对微区基体的韧化效果.     

高导热膨胀石墨/硬脂酸定形相变储能复合材料的制备及储/放热特性

采用"熔融吸附-模压成型"的方法制备了膨胀石墨(EG)为多孔基体、硬脂酸(SA)为相变材料的EG/SA定形相变储能复合材料,通过微观形貌、热物性和热稳定性测试,分析了膨胀石墨的膨胀度对EG/SA定形相变储能复合材料的热性能影响规律,并通过加热/冷却实验对不同参数的定形相变储能复合材料的储/放热性能进行了分析比较.研究表明采用高膨胀度EG更有利于提高SA在EG多孔基体中的分布均匀性和储能复合材料的热导率,当EG质量分数为20%时其径向导热系数最高达19.6 W m~(-1)K~(-1),相比纯SA提高了110倍;EG的高膨胀度对SA相变过程中的液相封装具有明显的改善作用,高膨胀度EG为基体的定形相变储能复合材料具有很好的热稳定性;EG/SA定形相变储能复合材料的储/放热时间约为纯相变材料的1/8~1/4,具有高导热、无泄漏等优点.     

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. .....     

氮化锆对氮化硅基复相陶瓷室温导电特性的影响

一、前言 制备Si_3N_4-ZrO_2复合材料时,Si_3N_4与ZrO_2易反应生成ZrN。ZrN的生成改变了Si_3N_4材料的绝缘性能。本文研究了Si_3N_4-ZrO_2复合材料的室温导电特性。结果表明:Si_3N_4-ZrO_2复合材料在室温下电阻率随加入ZrO_2的量的增加而降低。对同一组成的样品,其电阻率随制备温度的提高而呈下降趋势。这种材料的低电阻率对进一步研究它的放电加工有利。     

共沉淀法制备膨胀石墨基Ca_xZn_y(OH)_(2(x+y))太阳能化学蓄热复合材料

报道了通过共沉淀法制备膨胀石墨基Cax Zny(OH)2(x+y)纳米复合太阳能化学蓄热材料的过程和材料特征.以膨胀石墨为基体,将复合的Ca(OH)2和ZnO微粒加入到多孔基体中,制备出膨胀石墨基Cax Zny(OH)2(x+y)纳米复合材料,通过扫描电子显微镜、能谱仪、差热热重分析仪和X射线衍射仪对所制材料的形貌、吸附特性、复合尺度、热力学性能进行了分析测试.研究结果表明,所合成的材料大部分组分为Ca(Zn(OH)3)2,复合材料的晶体尺寸粒径在31.2~86.4 nm范围内,其脱水温度为151.38℃.     

CdS-玻璃0—3nm复合材料的制备和量子尺寸效应

1 引言随着高新技术的发展,光电子学对非线性光学材料的需要愈来愈迫切。自从日本物理学家久保亮五首次提出金属纳米粒子的“Kubo效应”以来,纳米材料的研究异常活跃。纳米材料的研究已从金属粒子扩展到金属氧化物、极性化合物和半导体等。纳米复合材料提供了一种最容易的方式来研究低维量子阱材料(量子点、量子线等)。0—3nm复合材料就是将0维的量子点分散在3维的基体里面。3维的基体有玻璃、聚合物、无机     

基于碳纳米复合材料的乳液催化新技术研究进展

碳纳米材料具有大的比表面积、发达的孔结构和丰富的表面化学性质,可与各种无机纳米材料耦合/复合构筑新结构、高性能、表面物理化学性质可调的碳纳米复合材料并用于乳液催化领域.本文介绍了固体颗粒乳化机理,影响乳化体系的因素及基于固体颗粒构建的乳液催化体系的基本原理;综述了氧化物、氢氧化物、碳素材料及其碳纳米复合材料固体颗粒乳化剂的特点,及基于这些固体颗粒构筑的乳液催化新技术的研究进展;指出了目前乳液催化技术研究存在的问题,认为基于碳纳米复合材料作为固体颗粒乳化剂的乳液催化新技术,是未来催化技术的重要发展方向之一.     

银/二氧化硅介孔复合体的制备

介孔固体系指孔径为2～50nm,孔隙率大于40％的多孔固体,其孔的数量可高达10~(19)g,比表面积可高达900m~2/s,故介孔固体在催化、吸附、分离等方面有重要的应用。根据孔的排列,介孔固体可分为有序和无序两种。若将纳米尺度的颗粒(金属或非金属)置于介孔之中则形成所谓的介孔复合体,颗粒呈弥散分布,互不连接;由于孔-颗粒界面处的相互作用,从而可显著改变颗粒的性质。近几年来有关介孔复合体的研究时有报道,但主要是非金属粒子-有序介孔固体复合体及化合物(半导体)-无序介孔固体复合体的研究。而纳米金属粒子与无序介孔固体复合体的研究尚不多见。尽管Ag与无机化合物的纳米复合材料(与本文的介孔复合体含义不同)已有一些报道,也有人在多孔玻璃中制备成颗粒间基本是互为连接的Ag/SiO_2混合物,但将纳米Ag颗粒放入介孔固体的孔中而形成均匀、弥散分布的介孔复合体尚未见报道(就我们所知)。本文报道纳米Ag与SiO_2介孔固体之间的复合体的制备。     

纳米颗粒碰撞下的单晶硅表面原子形态

应用分子动力学模拟了纳米颗粒与单晶硅(001)表面碰撞后反弹、飞离的现象, 研究了入射角度对颗粒运动轨迹、基体损伤形貌的影响. 随着入射角度的变化, 颗粒反射角度在从钝角到锐角的大范围内变化. 入射角度决定了嵌入到最低点时颗粒与基体的接触部位, 作用于接触部位的基体释放弹性形变能提供了颗粒的反弹能量, 从而形成纳米颗粒的反弹角度敏感依赖于入射角度的现象. 碰撞使基体发生凹陷变形. 与颗粒运动轨迹相对应, 基体凹陷区域形状从较深的勺子形变化到平坦的圆弧形. 部分位于运动颗粒前方的基体原子被推移出, 在凹陷区边缘形成原子堆积.