微重力环境材料科学实验

在空间微重力环境中,对材料制备影响较大的对流、沉降、浮力和流体静压力等因素都消失了,为人类探索、研究新的材料规律和材料制备新技术提供了一个特殊实验环境。本文介绍了国际空间材料科学研究的历史和现状,以及我国空间半导体材料科学研究取得的主要成果。     

无机法制备Si-B-C-N系非晶/纳米晶新型陶瓷及复合材料研究进展

可以在高温氧化、剧烈热震、燃气流烧蚀等苛刻条件下服役的新型高温结构和多功能防热材料是现代航空航天技术发展的迫切需求之一.Si-B-C-N系非晶及纳米晶复相陶瓷组织结构独特,高温性能优异,在高温结构和多功能防热领域极具应用潜力.有机聚合物先驱体裂解法(有机法)在致密Si-B-C-N系块体陶瓷的制备方面受限,哈尔滨工业大学特种陶瓷研究所开创的机械合金化-热压法(无机法)工艺简单,制备材料组织结构均匀、性能优良,成为Si-B-C-N系致密块体陶瓷和耐高温构件的有效制备手段,弥补了有机法的不足,对于丰富和完善该材料的实验数据和理论研究具有重要意义.本文综述了无机法制备Si-B-C-N系陶瓷及复合材料在显微组织结构特征及演变规律、力学和热物理学性能、抗氧化性能、抗热震性能、耐烧蚀性能和相关机理分析等方面的新近成果,并展望了其发展趋势.     

高迁移率聚合物半导体材料

作为有机场效应晶体管的重要组成部分,有机半导体材料对器件性能有着重要的影响.相对于小分子半导体材料而言,聚合物半导体材料因其具有更容易溶液加工、适用于室温制备等优势,得到了研究者的广泛关注和研究.从20世纪70年代至今,聚合物半导体材料及其光电器件均得到了突飞猛进的发展.经过研究者们的不断探索创新,各种结构新颖的聚合物半导体材料层出不穷,器件制备工艺也不断优化改进,使得聚合物场效应晶体管的载流子迁移率从早期的10–5 cm2 V–1 s–1提升到了如今的36.3 cm2 V–1 s–1,在聚合物场效应材料分子结构的设计合成方面积累了丰富的经验,同时其内在电荷传输机理也随着材料和器件性能的提高不断明朗.本文以分子结构作为切入点,分别从p型、n型及双极性3种载流子传输类型方面对近5年报道的高迁移率聚合物半导体材料进行了系统的总结与归纳,同时还简要分析了聚合物半导体材料中的电荷传输机制及优化方法,希望对研究者进一步设计和合成更高性能的聚合物半导体材料及器件构筑起到一定的指导作用.     

含硅共轭聚合物电致发光材料研究进展

聚合物电致发光材料在通讯、信息、显示和照明等许多领域显现出巨大的商业应用前景, 十几年来一直是人们研究的热点. 最近含硅共轭聚合物在光电功能材料的研究开发中受到越来越多的重视, 一方面是由于硅原子以化学键形式结合到基于碳氢氮硫的传统共轭聚合物中, 能显著改变聚合物的电子结构和状态, 从而改善聚合物的光电性能; 另一方面, 硅是一种广泛应用于现代电子电器等行业的无机功能材料, 含硅共轭聚合物作为一种有机-无机杂化材料具有很高的研究和开发价值. 硅原子的引入对共轭聚合物的结构设计和光电性能改善提供了更大的空间和可能性. 本文根据硅原子在聚合物中的位置, 综述了硅作主链的聚硅烷和poly(1,1-silole), 硅与碳共同作主链的π共轭单体与硅的共聚物, poly(2,5-silole)及其共聚物和含硅桥的共轭聚合物, 以及硅作取代基的π共轭聚合物等含硅共轭聚合物在电致发光材料领域的研究进展, 讨论了其今后的发展方向.     

聚(2,5-二丁氧基)苯撑非线性光学性能的激发态增强

近年来,一些共轭有机聚合物由于具有大的非线性光学性能和快的时间响应而受到了极大的重视.人们期望用它来制备出具有超快特性的光开关、光计算等光子学方面的器件.但是,迄今为止,所研究的有机聚合物的非线性光学系数或时间响应速度还不能满足实际应用的要求.本文报道了有机聚合物:聚(2,5-二丁氧基)苯撑(简称PPP)在激发态时的非线性光学性能的增强,并且得到了超快时间响应的实验结果.据我们所知,这是首次在聚合物材料中观察到激发态非线性光学增强.实验采用双波耦合和紫外光激发的方法对有机聚合物PPP进行了激发态非线性光学效应增强的研究.在PPP材料中发现了三阶非线性光学性能     

微重力环境下的燃烧科学研究

微重力环境下，浮力和自然对流对燃烧过程的影响十分微弱，从而能在简化了的条件下研究各种燃烧现象，这对于燃烧机理的研究具有重要意义。通过深入认识微重力环境下的燃烧现象，并提出相应的防、灭火措施，也是载人航天系统的实际需要。本文综述了国外微重力燃烧科学研究的主要方向，探讨了微重力环境为燃烧科学的基础研究所带来的机遇与挑战。     

金属有机框架/聚合物气体分离膜的界面结构设计研究进展

气体分离膜技术在节能减排领域具有突出优势,是一项具有很大发展潜力的气体分离技术.基于金属有机框架/聚合物的混合基质膜兼具聚合物膜材料的易加工性和金属有机框架的优良气体选择吸附特性,受到全球学者的关注.如何有效调控两相界面处微观结构,改善混合基质膜材料的气体分离性能是混合基质膜领域的关键问题.针对这一热点问题,主要综述了近几年学者在金属有机框架/聚合物基混合基质膜的界面结构设计优化、膜材料构效关系研究、膜的规模化制备等领域的研究现状与进展.重点介绍了如何优化与表征界面结构以及金属有机框架与聚合物对膜性能的影响规律两个方面.此外,对混合基质膜材料未来的发展方向进行展望,以期为高性能混合基质膜的理性设计等方面提供研究思路.     

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.     

铝硅酸盐无机聚合物转化法制备先进陶瓷材料研究进展

铝硅酸盐无机聚合物及其转化制备的陶瓷材料具有节能环保、制备温度低、耐热性能良好、热学性能可调控的优点,因此在航空航天、原子能、生物以及化工等领域具有广阔的应用前景.此外,随温度升高,铝硅酸盐无机聚合物会转变为辉石或榴石陶瓷,具有可调控的力学和热学性能;铝硅酸盐无机聚合物的低温成型特性也使得增强的种类选择非常广泛,并且可以很方便地引入.因此铝硅酸盐无机聚合物技术为低成本成型制备高性能陶瓷和陶瓷基复合材料提供了一种新工艺.本文综述了铝硅酸盐无机聚合物热演变、结晶动力学、显微组织结构演变、性能演化等方面的主要研究进展,并阐述了碳纤维强韧铝硅酸盐无机聚合物复合材料的陶瓷化过程和性能演化研究,指出了今后的发展方向.     

离心机环境对锡熔体热对流及温度脉动的影响

晶体材料在现代科学技术中有着重要的应用,为获得高质量的半导体晶体材料,人们做了大量的工作.研究发现,在晶体生长过程中,熔体中存在的强迫对流和自然对流等流动对加速传热传质有利,但非定常的对流引起温度脉动会造成晶体缺陷,产生杂质条纹.随着航天事业的发展,人们开始利用卫星、飞船进行微重力条件下材料制备的研究,并取得一些成果,但成本非常昂贵.与此相反,德国的Mukller首先从超重角度来考虑这个问题,1980年,他们在离心机上做了垂直Bridgman方法的晶体生长,以高离心力来模拟超重力.实验发现,在一     

如何在地球表面模拟空间微重力环境或效应:从空间细胞生长对微重力响应谈起

当前,人们对空间微重力环境影响生命、化学、物理等过程的认识仍较为粗浅,在地球表面是否可以且如何模拟空间微重力环境或效应尚不清楚.本文拟从空间细胞生长对微重力响应这一基本问题入手,从力学/物理基本原理出发,讨论什么是重力变化、如何模拟微重力环境或效应、怎样模拟微重力环境所致的生物学响应等问题,以期澄清空间生命科学与空间生物技术、乃至空间生理学与医学研究中的相关基本概念,为地基相关研究提供科学参考.     

以多巴胺为功能单体的生物大分子印迹聚合物

分子印迹聚合物(molecularly imprinted polymer, MIP)是指功能单体与模板分子组装后发生聚合,通过移除模板分子得到的聚合物.与天然抗体相比, MIP具有制备简单、成本低廉、稳定性好、可重复使用等优点,因此被广泛地用于分离富集、化学传感、药物运输及生物催化等领域.近年来,分子印迹技术的发展促进了以生物大分子特别是蛋白质为模板的印迹材料的设计、制备和应用研究.由于生物相容性好,聚合反应条件温和且容易调控,多巴胺被用作功能单体在固体基质表面通过自聚合反应印迹生物大分子.本文综述这类分子印迹聚合物的设计和制备方法,并介绍印迹材料的性能表征和应用;重点论述以蛋白质为模板的印迹聚合物,同时兼顾以其他生物大分子如多肽、低聚糖以及病毒、酵母细胞等直接作为模板的印迹聚合物的合成和表征;最后讨论该领域的未来发展趋势和存在的挑战.     

基于Pickering乳液的分子印迹技术

分子印迹是一门制备人工抗体材料的技术,已广泛应用于样品前处理、化学传感、污染物分离以及药物输送等领域.分子印迹技术的发展趋势是制备多功能分子印迹聚合物材料以及拓宽分子印迹聚合物材料的应用范围.由于在上述两方面均具有巨大的应用前景,基于Pickering乳液的分子印迹技术成为近年来分子印迹领域研究的热点.本文对近期基于Pickering乳液的分子印迹技术的相关工作进行了总结,概述了其在小分子、蛋白质以及细菌印迹聚合物制备中的研究进展,探讨了这种新型分子印迹技术的优点和局限性.此外,重点介绍了分子印迹颗粒稳定的Pickering乳液在颗粒多功能化、传感器制备、界面吸附以及界面催化等领域的应用现状和研究前景,展望了未来基于Pickering乳液的分子印迹技术的发展方向.     

原生态聚乙烯等离子体接枝甲基丙烯酸甲酯

聚烯烃与极性聚合物的共混是一种制备价格合理高性能聚合物材料的有效方法。然而,非极性与极性聚合物的简单共混会发生明显的宏观相分离,不能获得兼备各自优异性能的功能材料。提高不相容组分间的相容性,是制备这类材料的关键,其中最重要的方法之一,是在共混体系中加入接枝或嵌段聚合物作为增容剂,使不相容聚合物相界面张力下降,接触面积增大,粘接力增强,形成均匀的细分散结构,同时又保持稳定的微相分离状况,使得各种组分协     

向自然界学习

合成聚合物材料工业今天已具备了巨大的、日益扩大的规模。可以说,我们正在进入合成聚合物的时代。从研究天然聚合物开始,科学家制备了各种各样的合成聚合物质,这些聚合物质在强度、热稳定性、化学稳定性等许多方面都超过了天然聚合物。     

邻菲啰啉(phen)-Fe(Ⅱ)配合物Nafion聚合物薄膜修饰电极

寻找新型的电极修饰材料,制备和研究具有独特性能、稳定性良好的聚合物薄膜修饰电极是化学修饰电极研究的重要方向。最近出现的以Nafion离子交换型聚合物薄膜作为电活性物载体的化学修饰电极引起了人们很大的兴趣。Nafion是一种全氟磺酸高聚物,在其内部可分为憎水性畴,即类似于聚四氟乙烯的氟碳骨架畴及亲水性畴,即离子化的磺酸基,它就     

微重力条件下燃烧科学研究的现状与展望

微重力条件下燃烧科学研究的现状与展望中国科学技术大学博士姜羲教授、博士生导师范维澄助教吴姜玮随着人类探索空间技术的进步，诞生了一门研究微重力环境中物质运动规律的新兴学科——微重力科学。微重力科学包括微重力流体科学、空间材料科学和空间生物技术三个主要组...     

聚合物&软磁纳米晶/非晶复合材料的研究现状

文章介绍了聚合物&软磁纳米晶/非晶复合材料的研究背景、市场前景,并通过一些主要的研究成果重点阐述了目前国内外聚合物&软磁纳米晶/非晶复合材料的制备和性能研究的现状。     

碳化物陶瓷材料在核反应堆领域应用现状

核能系统兼具高温、高压、高辐射、高腐蚀等特性,严苛的服役环境对核用材料提出了极高的要求,相关材料的研发是其走向应用的重大挑战.相较于传统核用材料,碳化物陶瓷材料具有更好的高温辐照性能和更优异的综合热物理性能,其制备和应用成为新的研究热点.本文综述了碳化物陶瓷材料在新一代核能系统中的应用现状,重点阐述了核用碳化物陶瓷材料的应用领域、基本性能、制备方法和辐照性能,并展望了碳化物陶瓷材料在新一代核能系统中的应用前景和发展方向.     

燃料电池阴离子交换聚合物膜的研究与发展

正基于阴离子交换聚合物膜的碱性燃料电池具有可使用非贵金属催化剂、电极反应速率快等优点,受到广泛关注.阴离子交换聚合物膜是碱性电解质膜燃料电池的核心部件,起到传导离子和阻隔燃料的双重作用,其性质直接决定着碱性燃料电池的最终性能、能量效率和使用寿命,因此受到高分子化学、材料与能源器件领域学者的广泛关注.最近十几年,阴离子交换聚合物膜在材料的制备方法、