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     

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.     

拉曼光谱在碳纳米管聚合物复合材料中的应用

拉曼光谱学不仅被广泛地用来确定碳纳米管的物理性质、表面功能化程度及取向性等, 也逐渐被发展成为研究碳纳米管聚合物复合材料界面相互作用的绝佳工具. 本文综述了拉曼光谱在碳纳米管聚合物复合材料领域的应用研究. 基于碳纳米管拉曼光谱峰位的变化能够灵敏地反映碳纳米管的形变程度, 因此通过拉曼光谱能够定量地评估复合材料中碳纳米管与聚合物分子之间的相互作用、监测聚合物的相变过程、以及进行碳纳米管在复合材料中的应力分析和计算碳纳米管的杨氏模量. 同时, 给出了将拉曼光谱应用到碳纳米管宏观聚集体(包括碳纳米管薄膜、碳纳米管纤维及其复合材料纤维)研究方面的最新进展, 如分析了碳纳米管宏观聚集体材料的微观变形机理和从宏观结构到微观结构的应变传递效率, 揭示了影响材料性能的关键性因素, 并实现了碳纳米管宏观聚集体杨氏模量的准确预测.     

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.     

碳纳米管填充聚合物基导热复合材料的研究进展

电子器件的集成度不断提高,对相关的热管理系统提出了更高的要求.高导热材料在热管理领域起着重要的作用.高分子聚合物因其轻质、廉价、良好的绝缘性和加工性,已成为制备导热材料的热门选择.在聚合物中填充高导热的无机填料是提高导热性能的有效手段.碳纳米管是一种具有一维管状结构和优异热学性能的碳纳米材料,在填充型导热复合材料中具有广阔的应用前景.本文综述了以碳纳米管为导热填料提升聚合物基复合材料导热性能的可行措施,分析了碳纳米管的本征结构以及在聚合物基体中的分布状态对复合材料导热性能的影响.最后,总结了碳纳米管填充聚合物基复合材料研究中仍需解决的关键问题,并提出了未来研究方向.     

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.     

AlN/碳纤维混合填充橡胶复合材料的导热性能

高导热橡胶复合材料由于其具有耐腐蚀、电绝缘等优点,被广泛应用于航空、航天、电子等需散热的工业领域中.在橡胶基体中填加高导热填料是提高复合材料导热性能的最有效、最常用的方法,通常采用单一填料如炭黑、金属粒子、碳纤维、碳纳米管等填充橡胶基体,但单一填料填充时往往需要高填充量来获得高导热性能,造成工艺复杂、生产成本高等问题.本文采用两种混合填料填充橡胶基体,考虑填充型复合材料的微观结构形态与填料空间位置的随机性,基于随机顺序添加算法与均匀化理论,建立球形氮化铝(AlN)和碳纤维(Nippon CN-90)混合填料填充复合材料的三维随机代表体积单元RVE(representative volume element)模型.运用ANSYS软件对其进行数值模拟研究,讨论了两种填料空间分布、体积配比以及填料含量对复合材料导热性能的影响.结果表明,由于碳纤维具有明显的取向性,混合填充复合材料各方向上的热导率表现出差异性,各方向热导率的平均值可宏观表征复合材料的热导率;球形AlN和碳纤维混合填充复合材料时,碳纤维对复合材料热导率起主导作用,复合材料热导率与填料体积配比大致呈线性增长关系;碳纤维填充体积分数一定时,球形AlN含量增加,复合材料热导率缓慢增大,球形AlN填充体积分数一定时,碳纤维含量增加,复合材料热导率迅速增大;混合填充可以在较低碳纤维体积分数情况下获得更高导热性能的复合材料.     

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. .....     

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.     

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     

超长单壁碳纳米管的化学气相沉积生长

自单壁碳纳米管被发现以来, 由于其独特的结构、优越的性能和广阔的应用前景而备受关注. 超长单壁碳纳米管的制备对单壁碳纳米管基本性质的研究和实际应用都具有重要意义. 人们在超长单壁碳纳米管的定点、定向生长和构筑各种结构方面做了很多工作并取得很大进步, 但目前仍存在一些挑战性的问题. 本文就在基底表面上利用化学气相沉积法生长超长单壁碳纳米管的生长条件、各种表面结 构的构筑、生长机理等方面的问题做一综述.     

碳纳米管阵列的可控生长及应用

取向阵列结构是碳纳米管聚集体中的一种重要形式,可以通过化学气相沉积(CVD)技术可控制备,是实现碳纳米管结构与性能从微观向宏观跨越的重要桥梁.本文综述了近期碳纳米管阵列(包括水平阵列和垂直阵列)的制备技术进展,以及它们在纳电子器件、高性能纤维、功能薄膜与器件、能源存储等领域的应用现状,并对碳纳米管阵列制备与应用仍然面临的一些关键问题以及未来潜在的发展方向进行了分析和展望.     

界面组装控制的碳纳米管/有序介孔氧化硅核壳纳米线

以碳纳米管与水溶液界面的阳离子表面活性剂十八烷基三甲基溴化铵(ODTMA)超分子自组装结构为模板, 在水溶液体系成功地合成了以碳纳米管为核, 以介孔硅基材料为壳的碳纳米管/有序介孔氧化硅核壳纳米线. 用透射电子显微镜、X射线衍射以及低温N₂吸/脱附对样品进行了表征. 结果表明, 核壳纳米线具有规整的p6mm有序孔道结构、高比表面和集中的孔径分布. 碳纳米管/有序介孔氧化硅核壳纳米线的形貌可通过溶液的pH进行控制. 此外, 碳纳米管/有序介孔氧化硅核壳纳米线在水和乙醇等极性溶剂中具有良好的分散性能, 有望应用于生物传感器、纳米探针以及储能等领域.     

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…     

基于自组装膜的多壁碳纳米管模板化沉积

在同一基底上构建甲基与氨基表面自组装膜模板, 将模板浸入多壁碳纳米管N,N-二甲基甲酰胺(DMF)分散液中, 由于氨基与甲基表面自组装膜分别对分散液中碳纳米管有吸附和排斥作用, 多壁碳纳米管选择性地沉积到模板的氨基表面自组装膜区域, 实现了碳纳米管的模板化可控沉积, 对常温下构建基于碳纳米管的纳米结构与器件具有重要的意义.     

表面金属热渗辅助钎焊C/SiC-Nb接头界面增强机制

针对碳纤维增强碳化硅复合材料(C/SiC)与Nb金属钎焊接头存在残余应力高导致连接强度下降的难题,借助反应扩散机制对C/SiC复合材料表面进行改性,成功制备了纤维增强热渗区,降低了钎焊接头的残余应力,实现了界面结构强化,获得了高质量钎焊连接接头.本研究选用的热渗金属Ni-Cr-Si合金可在C/SiC复合材料表面充分润湿,为扩散的快速充分进行奠定了基础;之后探究了热渗工艺对热渗深度及界面结构的影响规律,实现了任意深度热渗区的可控制备.用AgCuTi钎料对热渗处理后的C/SiC复合材料与Nb进行了钎焊连接,钎焊接头的典型界面结构可表示为:C/SiC/C_f+Ni₂Si+Cr₃Ni₂Si+Cr₂₃C₆/Ag(s,s)+(Cu,Ni)/Nb.本研究从残余应力的调控与界面结构改善所引导的第二相强化等方面,详细阐述了热渗工艺对接头的界面强化机制.热渗区热膨胀系数介于复合材料与钎料之间,形成属性梯度过渡,有效缓解了接头高残余应力.热渗区钎料的连接由Cu、Ni互扩散实现,替...     

直流电对Sn-Pb/Cu润湿性的影响

在铸造法制金属基复合材料过程中,金属基体与增强相间相互润湿是一个非常重要的条件解决金属液/增强相间润湿性问题的途径主要有物理方法和化学方法两种,施加电流是一种物理方法,与化学涂层、添加合金元素等化学方法相比,它不会给金属液带来成分的变化,或在界面上产生严重的化学反应,使得界面的强度受到破坏;该法与其他物理方法如压力浸渗。搅拌铸造、超声振动相比,将避免气体或氧化膜的混入,而且所需设备简易.然而,电流对金属液/固相润湿的作用很少有报道.在金属基复合材料大家族中,金属基体多采用共晶系合金,如Al-Si,Al-Mg,Fe-C系等;增强相常用石墨、钨丝、碳纤维等导体材料.故本文选择典型二元共晶系Sn-Pb合金作为金属液,导体纯铜作为固相衬板,用座滴法来研究电流对液固两相润湿过程的影响,本文用Gouy-Chapman和Stern双电层理论来分析相关现象.     

多孔碳材料的设计合成及其在能源存储与转换领域中的应用

人类当前面临越来越突出的能源短缺和环境恶化两大难题,新能源的开发具有极其重要意义.超级电容器是实现能源存储与转换的一种新兴绿色储能器件,具有非常广阔的应用前景.电极材料是储能器件的关键部件,而比表面积、孔结构、电导率和表面性质是决定其电化学性能的4个关键因素,上述因素通常又依赖于其合成方法和条件.多孔碳材料具有成本低廉、比表面积与电导率高、微结构可控/表面易于功能化以及优越的化学稳定性和突出的离子可及性等特点,通过合成方法和条件的调控,设计合成的多孔碳作为储能材料使用时展现出高的能量密度与功率密度,以及优越的电化学循环稳定性能.本文首先介绍目前活性碳、碳气凝胶、碳纤维、介孔碳、碳纳米管和石墨烯等多种形态的碳材料的研究进展;然后结合本研究组的研究工作,对分级孔碳、多孔碳球、超微孔碳、功能化多孔碳以及多孔碳复合材料的设计合成及其在能源存储与转换领域中的应用研究状况进行总结;最后对其发展趋势作出适当的评述.     

SiCw/Al复合材料界面晶体位向关系新发现

碳化硅晶须增强铝合金(SiCw/A1)复合材料是60年代出现的一种高性能新材料,80年代以来得到广泛研究.很多研究结果表明:SiCw/A1复合材料与铝合金相比之所以有很高的强度和模量,SiC-A1界面结合强度高是主要原因之一.对用粉末冶金法制造的SiCw/A1复合材料界面研究发现,SiC-A1界面处没有发生化学反应,但有明显的元素扩散现象发生,这种扩散结合机制导致了SiCw/A1复合材料具有很高的界面结合强度.而对用挤压铸造法制造的SiCw/A1复合材料界面研究却发现,界面处既没有化学反应也没有元素扩散,但晶须与铝之     

BiVO4/TiO2制备与光催化性能的研究进展

目前针对TiO₂和BiVO₄的改性方法有很多,但是构建异质结是最为简单的一种优化措施之一. BiVO₄/TiO₂由于二者可以相互修饰,并且具有低成本、无毒、稳定的优点,被广泛应用于光催化领域.构建理想的BiVO₄/TiO₂异质结可以进一步推动复合材料在光催化领域的发展.本文首先从化学溶液法和物理沉积法出发阐述了常用的制备方法,主要包括水热法、溶胶凝胶法、原子沉积法、磁控溅射沉积以及脉冲激光沉积;基于此,介绍了BiVO₄/TiO₂在光催化降解、光催化分解水以及光催化还原CO₂中的应用及相关机理;然后,从质量分数比、晶面工程、形貌调控、助催化剂、元素掺杂等方面介绍了优化BiVO₄/TiO₂光催化性能的方法.通过对过去的相关研究进行整理与分析,旨在为BiVO₄/TiO₂这一类宽窄带隙半导体构成的复合光催化材料提...