具有超高强度超高模量的聚对苯撑苯并双噁唑

综述了聚对苯撑苯并双噁唑的制备、性能及应用。该聚合物被干喷湿纺成具有抗张强度达5.7GPa,弹性模量达360GPa的纤维;并被浇污成具有抗强强度达2GPa,弹性模量达270GPa的簿膜。     

镁合金表面磁控溅射SiC薄膜的摩擦磨损性能

采用室温磁控溅射技术在镁合金(AZ91D)表面制备出SiC(碳化硅)薄膜,利用纳米压痕仪、摩擦磨损试验机对薄膜的纳米力学性能和膜基系统的摩擦磨损性能进行了研究.试验结果表明:此薄膜具有低纳米硬度(12.39 GPa)、低弹性模量(78.93 GPa)和高硬弹比(0.157);膜基系统具有好的摩擦磨损性能,在以氮化硅球为对磨件的室温干摩擦条件下磨损速率在10-5mm3·m-1·N-1级,摩擦系数约为0.248,薄膜未出现裂纹和剥落.分析表明,此膜基系统具有良好抗磨性能与其薄膜具有低的硬度和高的硬弹比、膜基系统具有好的弹性模量匹配是相一致的.SiC薄膜的低纳米硬度、低弹性模量系基材镁所致.     

功能梯度材料及复合材料平面断裂中的一系列偏微分方程边值问题

本文首先推导了弹性模量以任意函数形式连续变化时，各向异性功能梯度材料平面断裂问题的基本方程，在此基础上又进一步考虑了各向同性、正交异性功能梯度材料以及各向同性、正交异性、各向异性复合材料平面断裂问题的情况，再结合Ⅰ型、Ⅱ型、Ⅰ＋Ⅱ型裂纹的边界条件，共得出六类（18个）偏微分方程边值问题．同时从方程的角度揭示了各向同性、正交异性、各向异性的密切联系以及功能梯度材料和复合材料的有机统一性．     

采用双等离子体制备非晶态碳膜的研究

采用直流金属磁过滤阴极真空弧(FCVA)制造出Ti和乙炔(C2H2)气体的双等离子体在单晶硅(100)上制备非晶态碳膜.重点研究了乙炔气体和过滤线圈电流对非晶态碳膜的结构、形貌和机械性能的影响.研究结果表明,薄膜中主要成分是TiC,并以(111)作为主晶向;随着过滤线圈电流的增大,薄膜的晶粒度越来越小;薄膜表面的粗糙度逐渐减小,变得更加平整;薄膜的应力减小,可以下降到2.5 GPa.薄膜的显微硬度和弹性模量随着C2H2体积流qV(C2H2)的增大而降低,硬度和弹性模量分别可以达到33.9 GPa和237.6 GPa.非晶态碳膜的摩擦因数在0.1～0.25之间,大大低于衬底材料单晶硅片的摩擦因数0.6.随着过滤线圈电流增大,摩擦因数减小.     

高分子液晶膜的形成及其氧氮渗透性

应用偏光显微镜、扫描电子显微镜、ＤＳＣ以及测定氧氮渗透性，对乙基纤维素液晶溶液和低分子液晶共混膜在电场下取向膜和非取膜的结构和性能进行研究，结果表明：高分子液晶和低分子液晶在电场下的均发生排列取向，渗透系数提高，渗透比稍微降低；各向同性溶液在电场下不发生取向；撤离电场后，发生部分分解取向，解取向程度与ＭＢＨｐＡ的含量和实验温度有磋。     

弹性参数各向异性对页岩井周应力的影响

为研究层理性页岩地层井周应力分布及其对井壁稳定性的影响,针对页岩力学参数的各向异性特点,建立了基于横观各向同性材料本构关系的弹性理论分析模型,运用该模型计算井周应力,并与各向同性材料下的应力分布进行对比,获取了页岩地层弹性参数各向异性对井周应力分布的影响规律,同时对井壁稳定状况进行了评估。研究表明:井周应力分布对弹性模量各向异性的敏感性强于泊松比各向异性,相同的弹性模量与泊松比各向异性影响下的井周应力分布形态具有相似性,但弹性模量与泊松比各向异性比的增减导致的井周应力增减变化相反,弹性参数各向异性对井壁破裂压力的影响远大于对坍塌压力的影响,显著地影响井眼近井壁地带的破裂压力。     

各向异性、正交异性功能梯度材料平面断裂基本方程

针对材料参数在厚度方向按任意函数形式连续变化的功能梯度材料板。利用新的分层方法，首先求出各向异性功能梯度材料板平面断裂基本方程，在此基础上又进一步求出正交异性功能梯度材料板平面断裂基本方程，最后结合各向同性功能梯度材料及各向同性、各向异性、正交异性复合材料对方程作了全面讨论．结果表明复合材料和功能梯度材料以及各向同性、各向异性、正交异性之间既有区别又有联系密切，新的分层方法可广泛应用。     

甲壳质及其衍生物溶致液晶的研究进展

介绍了甲壳质及其衍生物形成液晶态的基本结构条件及制备液晶性甲壳质衍生物的一些主要的化学改性途径。讨论了结构因素对甲壳质衍生物液晶临界浓度的影响，甲壳质衍生物形成的主要液晶态织构，以及温度对甲壳质衍生物／二氯乙酸溶液的相变的影响。简述了甲壳质的成纤性和液晶纺丝。     

噻吩盘状液晶研究进展

液晶半导体材料因为具有自组装有序、自修复缺陷、保留有序度和电荷传输性能、可溶液方式加工成为薄膜电子器件且成本低廉等优点,而广受关注.液晶半导体材料在有机电子器件领域,如:发光二极管、太阳能电池、场效应晶体管、分子传感器等有广阔的应用前景.这些薄膜电子器件性能与其活性成分液晶半导体材料性能密切相关.重点介绍含噻吩单元的盘状液晶和柱状相液晶的分子结构、合成方法、光电性质,及其在薄膜电子器件中的性能.对噻吩盘状液晶未来发展方向进行展望.     

乙基纤维素溶致液晶条带织构生长和松弛的动态过程

用偏光显微镜和透射光强分析技术，观察乙基纤维素－间甲酚和乙基纤维素－苯酚两个溶致液晶体系条带织构的生长和松弛的动态过程。结果表明条带织构生成的临界浓度高于液晶态形成的临界浓度，但低于两相并存向安全各向异性转变的浓度。     

页岩气水平井油井水泥的原位增韧技术研究

针对页岩气水平井开发过程中油井水泥作为一种非均质多孔脆性复合材料，难以承受大型水力压裂带来的非均质载荷，导致水泥环的力学完整性失效破坏问题，开展了油井水泥原位增韧技术研究。研究中采用了固相烧结法和球形重淬技术，获得了微晶铁铝酸钙（MB）作为原位增韧材料。研究结果表明，制备的原位增韧材料在提升力学性能的基础上降低了水泥石的弹性模量，养护7 d后的抗压强度可达24 MPa，抗拉强度提升50%，弹性模量降至5.55 GPa。微晶铁铝酸钙的增韧机制为：“裂纹偏转”、“裂纹终止”、“消耗断裂能”。该研究的开展对满足以页岩气开采条件下的油井水泥服役要求，延长页岩气井寿命，增加页岩气产能具有重要意义。     

各向同性煤沥青制备炭/石墨纤维的研究

以各向同性煤沥青为原料,采用熔融纺丝工艺制备了直径为55μm的沥青纤维,经预氧化、炭化和石墨化处理后得到炭纤维和石墨纤维,并采用偏光显微镜、XRD和SEM等对其形貌、结构和性能进行表征。结果表明,炭/石墨纤维具有与沥青原料相似的各向同性光学结构;随热处理温度升高,炭/石墨纤维截面逐渐变粗糙,且内部石墨微晶逐步发育并长大,3 000℃下石墨化纤维微晶增大较明显,其堆积高度和平面尺寸分别约为5nm和11nm;1 600℃炭化纤维的力学性能较好,其拉伸强度和杨氏模量分别达到0.57GPa和32.19GPa,进一步提高热处理温度,纤维拉伸强度逐步降低,但是其杨氏模量逐渐增加,3 000℃石墨化纤维的拉伸强度和杨氏模量分别为0.26GPa和40.57GPa;炭/石墨纤维室温轴向电阻率随热处理温度的升高而降低,1 000℃炭化纤维室温轴向电阻率为47.78μΩ.m,3 000℃石墨化纤维室温轴向电阻率降至21.98μΩ.m。     

反应溅射Nb-Si-N薄膜的微结构与力学性能

在Ar、N2和SiH4混合气体中,通过反应磁控溅射方法制备了一系列不同Si含量的Nb-Si-N复合薄膜,采用EDS、XRD、TEM、AFM和微力学探针表征了复合薄膜的成分、相组成、微结构和力学性能.结果表明,采用反应磁控溅射技术通过控制混合气体中SiH4分压可以方便地获得不同Si含量的Nb-Si-N薄膜.少量Si的加入使薄膜得到强化,并在Si含量为3.4%时达到硬度和弹性模量的最高值,分别为53 GPa和521 GPa.进一步增加Si含量,薄膜的硬度和弹性模量逐步降低.Nb-Si-N薄膜力学性能的提高与其晶体缺陷的增加有关.     

左旋聚乳酸纳米纤维膜的热处理研究

研究了热牵伸和热定型处理对静电纺丝左旋聚乳酸平行纳米纤维膜力学性能和微观结构的影响。拉伸试验表明,在100 ℃热空气条件下,沿纤维排列方向上牵伸300%、热定型10 min的纤维膜力学性能最佳,其抗拉强度和模量分别达到103 MPa和1.83 GPa。扫描及透射电子显微镜观察显示,经热牵伸后,纤维的直径随牵伸率的增加而减小,其致密及平行程度相应提高,纤维内部转变为垂直于纤维轴且平行排列的片晶结构。差示扫描量热分析结果表明,纤维膜的结晶度随牵伸率的增加而增大,随热定型时间先增加后减小。广角X射线衍射和小角X射线散射分析可知,纤维膜经热处理后的结晶为α型,其微晶尺寸及晶面间距均随牵伸率的增加而减小,随热定型时间先增加后减小,而纤维内部的针状微缺陷随着牵伸率的增加而变得更加狭长有序,使得纤维膜的力学性能得以提高。     

混杂纤维掺量对再生混凝土力学性能的影响研究

试验研究了钢纤维和聚丙烯纤维单一掺入,以及混合掺入时对再生混凝土力学性能的影响。结果表明:在再生混凝土中掺入钢纤维后,其各项力学性能都有所提高;单掺入聚丙烯纤维后其抗压强度有所降低,但显著提高了其劈裂抗拉强度和弹性模量;掺入混杂纤维后其抗压强度介于单掺钢纤维和单掺聚丙烯纤维之间,弹性模量受钢纤维掺量的影响较大,劈裂抗拉强度有显著提高,最高增强率达53.8%。加入纤维后,再生混凝土由脆性破坏变成塑性破坏。     

透氧纤维素膜的制备及其性能研究

以NMMO(N–甲基吗啉–N–氧化物)工艺为基础,在纤维素溶液中加入CaCO3并在成膜后酸洗去除,制备具有适当透气度的纤维素膜.通过控制CaCO3的粒径和添加量,探讨纤维素膜透氧性能和拉伸性能的变化.结果表明:随着CaCO3的加入,纤维素膜的透氧系数增大,拉伸强度、断裂伸长率和透明度总体呈下降趋势.CaCO3添加量一定时,CaCO3粒径越大,透氧系数越大,拉伸强度和透明度越小.     

TiN/Si3N4界面结构对Ti-Si-N纳米晶复合膜力学性能的影响

采用多层膜模拟的方法研究了Ti-Si-N纳米晶复合膜中Si3N4界面相的存在方式,以探讨纳米晶复合膜的超硬机制。研究结果表明：Si3N4层厚对TiN／Si3N4多层膜的微结构和力学性能有重要影响。当Si3N4层厚小于0．7nm时,因TiN晶体的“模板效应”,原为非晶态的Si3N4晶化,并反过来促进TiN的晶体生长,从而使多层膜呈现TiN层和Si3N4层择优取向的共格外延生长。相应地,多层膜产生硬度和弹性模量升高的超硬效应,最高硬度和弹性模量分别为34．0GPa和352GPa．当层厚大于1．3nm后,Si3N4呈现非晶态,多层膜中TiN晶体的生长受到Si3N4非晶层的阻碍而形成纳米晶,薄膜的硬度和弹性模量亦随之下降。由此可得,Ti-Si-N纳米晶复合膜的强化与多层膜中2层不同模量调制层共格外延生长产生的超硬效应相同。     

含有生物质纤维的聚酰亚胺薄膜的制备及性能测试

聚酰亚胺(polyimides,PI)是以二酐或二胺合成的耐高温聚合物,因其耐高温性能强成为使用温度最高的工业化聚合物材料之一。针对目前PI薄膜在强度方面存在的断裂延伸率低、拉伸强度低等问题,通过调节聚合物的质量浓度、比例、加料方式、加入生物质纤维等方式制得了不同强度的聚酰亚胺薄膜。以4,4-二氨基二苯醚和3,3,4,4-联苯四甲酸二酐作为反应的前驱体,在交联剂的存在下,采用正加料法制备聚酰胺酸(polymer polyacrylic acid, PAA),将制备好的PAA放置在表面铺有均匀藕丝的培养皿中,加热使其亚胺化,制得聚酰亚胺薄膜。结果表明含有藕丝的聚酰亚胺薄膜的断后标距和弹性模量均低于未掺杂藕丝的薄膜,其中PI-2%藕丝断裂延伸率为6.49%,抗拉强度达67.33 MPa,最大力数据为57.47 N,远高于未掺杂藕丝薄膜力学数据。研究表明藕丝纤维的加入在一定程度上增强了薄膜的力学性能。