介电弹性体复合材料的热力学和热机电稳定性

本文研究了硅橡胶介电弹性体复合材料的热力学和热机电稳定性.考虑温度、掺杂和电致伸缩变形的耦合影响,建立介电弹性体复合材料的介电常数模型,从而构建系统的电场能,基于此耦合发展的Ogden模型研究复合材料的热力学性能和热机电稳定性性能.结果表明,当电致伸缩系数减小,或材料常数比减小,或温度增加,或唯象学参数增加,或电致伸缩系数比增加时,介电弹性体临界名义电场增加,从而热力学系统的稳定性增强.这些结论对于硅橡胶纳米复合材料的设计和制备及其应用器件研究有巨大帮助.     

聚氨酯弹性体电致伸缩特性

为了提高材料的电致伸缩特性,通过原位共聚合法在聚氨酯弹性体(PUE)中掺入了不同质量比例的纳米钛酸钡.采用LCR测试仪、邵氏硬度计和电容法电致伸缩特性测试装置研究了纳米钛酸钡掺杂对PUE的影响.试验结果表明:随着掺杂比例的提高,PUE的介电系数和硬度增加,回复速度变差;较低的掺杂能提高PUE的电致伸缩应变,过高的掺杂导致PUE电致伸缩特性下降,掺杂6%钛酸钡的PUE表现出最佳电致伸缩应变.进一步对PUE电致伸缩特性因素进行了理论分析并提出了电致伸缩弹性体电荷迁移逾渗模型,其很好地解释了电致伸缩材料弯曲、临界电场反转膨胀、高掺杂回弹等现象.     

聚酯改性环氧复合体系的介电性能

用共混复合的方法,加入不同量的聚酯,对环氧树脂进行改性,所得到的聚酯改性环氧复合体系在常温下具有优良的介电性能,介电损耗为１０＾－３个数量级。研究了复合体系的组成、电场频率及测试温度与介电损耗的关系,通过聚酯加入量对介电常数及弹性模量的影响,指出介电损耗与聚酯的加入量有较大关系,在加入８￣１６ｇ聚酯的范围内出现峰值。介电损耗随电场频率的升高而下降,且随温度的变化比较复杂,在９０℃￣１５０℃范围内出     

高储能密度钛酸钡基复合材料

 高介电常数介电材料在储能方面的特殊作用使其在电工、电子技术领域有着重要的应用。随着电子工业的发展,高储能密度介电材料受到越来越多的关注,出现了一些新型的高储能密度介电材料。高储能密度介电材料具有高的介电常数和击穿强度,其发展的关键是提高储能密度。本文对近年来高储能密度介电材料的研究发展进行了概述,主要讨论了通过对钛酸钡的改性(即掺杂改性、表面包覆改性和复合材料制备)来提高介电材料的储能密度。分析了钛酸钡/聚合物复合材料的制备方法及其介电性能的影响因素,其中,陶瓷填料和聚合物基体2相界面的相容性是复合材料介电性能的重要影响因素。同时,指出了解决BaTiO₃粒子在聚合物基体中的分散问题、填料和聚合物基体的选择以及制备过程中工艺条件的控制都是研究兼具高介电强度和高介电常数复合材料的发展方向。     

介质阻挡放电功率测量及各参量变化规律

通过建立介质阻挡放电试验系统,采用Q-V Lissajous图形法研究了激励电压V、激励频率.f对介质阻挡放电电学参量的影响.试验结果表明:提高V,f可有效提高介质阻挡放电的放电功率P、电荷传输量Q;当介质阻挡放电装置结构参数确定后,V,f对等效总电容C的影响不大,电介质层等效电容Cd随V,f的增大而增大,放电气隙等效电容Vg随V,f的增大而略有下降;气隙有效电场强度Eg随V的升高而增大,f对Eg的影响不大;该介质阻挡放电产生的平均电子能量较高,可用于臭氧发生器等设备.     

Giant lateral electrostriction in ferroelectric liquid-crystalline elastomers

Mechanisms for converting electrical energy into mechanical energy are essential for the design of nanoscale transducers, sensors, actuators, motors, pumps, artificial muscles, and medical microrobots. Nanometre-scale actuation has to date been mainly achieved by using the (linear) piezoelectric effect in certain classes of crystals (for example, quartz), and 'smart' ceramics such as lead zirconate titanate. But the strains achievable in these materials are small--less than 0.1 per cent--so several alternative materials and approaches have been considered. These include grafted polyglutamates (which have a performance comparable to quartz), silicone elastomers (passive material--the constriction results from the Coulomb attraction of the capacitor electrodes between which the material is sandwiched) and carbon nanotubes (which are slow). High and fast strains of up to 4 per cent within an electric field of 150 MV x m(-1) have been achieved by electrostriction (this means that the strain is proportional to the square of the applied electric field) in an electron-irradiated poly(vinylidene fluoride-trifluoroethylene) copolymer. Here we report a material that shows a further increase in electrostriction by two orders of magnitude: ultrathin (less than 100 nanometres) ferroelectric liquid-crystalline elastomer films that exhibit 4 per cent strain at only 1.5 MV x m(-1). This giant electrostriction was obtained by combining the properties of ferroelectric liquid crystals with those of a polymer network. We expect that these results, which can be completely understood on a molecular level, will open new perspectives for applications.     

内部充放电监测器仿真及地面实验研究

为了实现对航天器内部充放电效应的有效监测,使用解析方法和有限元分析研究内部充放电监测器(DDCEM)内部电极层连接过孔的参数设计.结果表明,当过孔绝缘区半径与焊盘半径之比大于2时,可以忽略过孔对电子的泄露;最大电位和最大电场强度均位于电极层与过孔焊盘的绝缘区;当顶层电极输入电流达到最大量程时,DDCEM内部最大电场超过...     

低气压高频氩放电中电子能量分布的研究

由数值求解均匀的波尔兹曼方程，计算出在高频均匀的电场下氩放电中电子的能 量分布。计算适合于从低电子密度到足够高电子密度的广大区域。电场与气体密度的 比值在范围 １０~(－１６)Ｖcm＜Ｅ／Ｎ＜１０~(－１５)Ｖcm2．研究了在不同频率的高频电场下,电 子－电子碰撞对电子能量分布的影响。     

Highly stretchable and tough hydrogels

Hydrogels are used as scaffolds for tissue engineering, vehicles for drug delivery, actuators for optics and fluidics, and model extracellular matrices for biological studies. The scope of hydrogel applications, however, is often severely limited by their mechanical behaviour. Most hydrogels do not exhibit high stretchability; for example, an alginate hydrogel ruptures when stretched to about 1.2 times its original length. Some synthetic elastic hydrogels have achieved stretches in the range 10-20, but these values are markedly reduced in samples containing notches. Most hydrogels are brittle, with fracture energies of about 10?J?m(-2) (ref. 8), as compared with ～1,000?J?m(-2) for cartilage and ～10,000?J?m(-2) for natural rubbers. Intense efforts are devoted to synthesizing hydrogels with improved mechanical properties; certain synthetic gels have reached fracture energies of 100-1,000?J?m(-2) (refs 11, 14, 17). Here we report the synthesis of hydrogels from polymers forming ionically and covalently crosslinked networks. Although such gels contain ～90% water, they can be stretched beyond 20 times their initial length, and have fracture energies of ～9,000?J?m(-2). Even for samples containing notches, a stretch of 17 is demonstrated. We attribute the gels' toughness to the synergy of two mechanisms: crack bridging by the network of covalent crosslinks, and hysteresis by unzipping the network of ionic crosslinks. Furthermore, the network of covalent crosslinks preserves the memory of the initial state, so that much of the large deformation is removed on unloading. The unzipped ionic crosslinks cause internal damage, which heals by re-zipping. These gels may serve as model systems to explore mechanisms of deformation and energy dissipation, and expand the scope of hydrogel applications.     

非匀强电场对颗粒污垢的抑垢特性

目前,电场抑垢研究兴趣集中于电场对碳酸钙晶体形貌的改变,电场对已成垢的颗粒是否有抑垢作用鲜有研究。针对电场颗粒污垢抑垢机理不明的问题,提出非匀强电场颗粒物污垢抑垢模型,解释了电场对流体管道内污垢颗粒存在抑垢作用。电场60V至180V、频率50Hz、颗粒质量100条件下研究结果表明:匀强电场并不会使颗粒产生抑垢作用,颗粒污垢在非匀强电场受到介电泳力（）,改变原本运动轨迹,达到抑垢的效果。随着电场强度升高,碳酸钙颗粒受到的从,升至。硫酸钙受到的从升至。碳酸镁颗粒受到的升至。电场强度对多种污垢颗粒产生的,是影响抑垢效果的关键因素。     

弛豫铁电多晶体的强场特性

本文介绍了弛豫铁电多晶体的研究、发展及其电致伸缩性质。论文中比较了三种典型铁电弛豫体:PMN—PT、PLZT和掺杂BT多晶材料的强电场特性。实验发现,当温度偏离T_(av)时,PLZT多晶体出现越来越强的电滞后现象,导致其微位移器件的回零复原温度特性变坏。用电学方法,在碱土金属离子B位掺杂的BT多晶体中可以观察到超顺电相的所谓微畴——宏观畴的场诱相变过程。作者指出,化学缺陷控制原理可用于调节电致伸缩材料的强场特性,控制器件的复原特性。     

石墨烯铝基复合材料超声辅助微铣削工艺研究

超声辅助微铣削作为一种新兴复合加工技术,在加工硬脆材料和复合材料中具有独特的优势.针对石墨烯铝基复合材料在工业应用中存在难加工、加工精度要求高、加工效率低等问题,本文以纯铝及石墨烯铝基复合材料为研究对象,对不同配比的石墨烯铝基复合材料进行了超声辅助微铣削实验.通过正交实验分析石墨烯含量、每齿进给量以及超声振幅对铣削力和加工表面粗糙度的影响,从而确定石墨烯铝基复合材料在超声辅助微铣削下的最佳工艺参数.实验结果表明,当每齿进给量为1 μm/z,超声振幅为3.05 μm时,石墨烯铝基复合材料的加工性能最优.      

磁电弹材料反平面切口奇性数值分析

磁电弹复合材料具有压电压磁的特点而被用于制作传感器等智能元件,在这些元器件中经常遇到界面端或切口问题,切口处由于易产生较高的奇异场而导致机械失效或电介击穿致使器件失效.本文主要研究磁电弹材料反平面切口的奇性问题.基于切口根部物理场的渐近展开假设,从应力平衡方程和电磁麦克斯韦方程组出发,导出了关于磁电弹材料反平面切口奇性指数的特征微分方程组,并将切口的力电磁学边界条件以及粘接材料的界面协调条件表达为奇性指数和特征角函数的组合.磁电弹材料切口反平面奇性指数的计算被转化为相应边界条件下常微分方程组特征值的求解问题,通过插值矩阵法计算出各阶奇性指数和相应的特征角函数.计算结果能提供减小切口奇性程度的切口角度和材料组合方案,更好地指导磁电弹智能元器件的结构设计.     

具有压电元件功能梯度梁的振动控制

考虑一具有压电元件的功能梯度弹性梁. 假设功能梯度材料的物性参数为梁厚度方向坐标的幂函数, 考虑电场作用对结构变形的影响, 应用哈密顿原理, 导出了具有压电元件功能梯度弹性梁的动力学方程, 得到了两端简支功能梯度梁的固有特性与电场强度间的关系. 在此基础上, 通过数值算例讨论了电场强度、 材料的梯度指数等对梁固有特性的影响. 结果表明, 材料梯度化可影响梁的固有频率, 在结构设计中应予 以考虑. 通过调整作用在执行元件上的电场强度可以实现对梁振动特性的控制.     

电纺碳纳米纤维短纤增强的高介电常数聚酰亚胺复合材料

通过碳化电纺纳米纤维研磨和超声破碎制备碳纳米纤维短纤(SCNFs),并用作填料制备碳纳米纤维短纤/聚酰亚胺(SCNFs/PI)复合材料.研究了SCNFs/PI复合材料的介电性能和力学性能.结果表明:SCNFs既对这种复合材料的机械性能具有显著的改善,也是制备高介电常数复合材料的良好导电填料.与纯PI相比,含 SCNFs质量分数为1%复合材料的抗拉伸强度提升了 39.43%; 同时,这个复合材料也显示了一个质量分数为4%的SCNFs低渗流阈值,此时的介电常数为60.79@100 Hz.这些电纺碳纳米纤维短纤增强的PI复合材料有望作为高性能介电材料在现代电子器件行业中得到良好应用.     

优化的B位离子氧化物共烧法制备钙钛矿结构的PYN—PZN—PT三元铁电陶瓷

通过优化B位离子氧化物共烧方法,成功制备出具有纯钙钛矿结构的Pb（Yb1/2Nb1／2）O3-Pb（Zn1／3Nb2／3）O3—PbTiO3（PYN-PZN-PT）三元铁电固溶体陶瓷,有效地抑制PZN基陶瓷制备过程中烧绿石相的形成．选取（0．48-x）PYN-0．52PZN-xPT（x=0．24～0．28）,对三元体系的相结构、铁电、压电和介电性能进行了研究．结果表明：烧结得到的陶瓷致密均匀无杂相,晶粒尺寸2～4μm;随着PT含量的增加,物相经历了从三方相到三方和四方相共存的准同型相界（MPB）、再到四方相的结构演变;MPB附近的组分具有优异的性能,性能最好的组分是0．21PYN-0．52PZN-0．27PT,其压电系数d33—550pC／N,室温介电常数ε′=2070,矫顽场Ec=19．9kV／cm,居里温度Tc=260℃;陶瓷样品的介电温谱表现出介电弥散以及介电峰的展宽等类弛豫体的特点．     

基于梁理论的导电聚合物驱动器等效模型及实验验证

导电聚合物因具有能耗小、质轻、柔韧性好等优异特性,在生物机器人和生物医学设备中具有广泛的应用前景。本文针对多层弯曲型聚吡咯导电聚合物驱动器搭建的实验系统,依据等效悬臂梁理论建立驱动器力学模型。测量驱动器施加（0~1v）低电压时的基体弯曲变形量,通过研究驱动器的弯曲位移与电压、力与电压的关系,建立电压与等效均布载荷的函数关系式。实验结果表明,电压与垂直方向位移成线性关系,当电压为1V时偏转位移可达到驱动器长度的一半,并且得出电压与应变的比例因子。最后,通过驱动器举起其自身重量约为5倍的重物移动2.71 mm,验证了驱动器顶端可以承受力。     

石墨烯增强铝基复合材料研究进展

铝基复合材料作为金属基复合材料中最重要的材料之一,在工业生产以及日常生活中有着非常广泛的应用。石墨烯由于其高导热性、高阻尼性、高弹性模量、高强度以及良好的自润滑性成为复合材料中重要的增强体。将石墨烯用作增强体增强铝基复合材料有着非常大的应用潜力。归纳了石墨烯增强铝基复合材料的研究进展;总结了影响其性能的主要因素即增强体材料种类,石墨烯在铝基体中的均匀分散性以及铝基体与石墨烯之间的界面情况;介绍了石墨烯增强铝基复合材料的两种制备方法;分析了石墨烯增强铝基复合材料的增强机制;并展望了其发展前景,以期为制备高性能石墨烯增强铝基复合材料提供参考。     

四针状纳米氧化锌的制备及其场致发射特性的研究

对利用高温气相氧化法制备四针状纳米氧化锌进行了研究,实验表明：制备炉的温度对样品的性能影响较大,温度低于800℃,短时间内得不到明显的反应产物,温度高于1 000℃,白雾状产物也有所下降,最佳反应温度约为900℃。样品具有优良的场发射特性,开启电场仅为1.6 V/μm。获得1.0 mA/cm^2的电流密度也只需要4.5 V/μm的电场。     

Extreme damping in composite materials with negative-stiffness inclusions

When a force deforms an elastic object, practical experience suggests that the resulting displacement will be in the same direction as the force. This property is known as positive stiffness. Less familiar is the concept of negative stiffness, where the deforming force and the resulting displacement are in opposite directions. (Negative stiffness is distinct from negative Poisson's ratio, which refers to the occurrence of lateral expansion upon stretching an object.) Negative stiffness can occur, for example, when the deforming object has stored (or is supplied with) energy. This property is usually unstable, but it has been shown theoretically that inclusions of negative stiffness can be stabilized within a positive-stiffness matrix. Here we describe the experimental realization of this composite approach by embedding negative-stiffness inclusions of ferroelastic vanadium dioxide in a pure tin matrix. The resulting composites exhibit extreme mechanical damping and large anomalies in stiffness, as a consequence of the high local strains that result from the inclusions deforming more than the composite as a whole. Moreover, for certain temperature ranges, the negative-stiffness inclusions are more effective than diamond inclusions for increasing the overall composite stiffness. We expect that such composites could be useful as high damping materials, as stiff structural elements or for actuator-type applications.