海藻纤维废渣制备多孔碳的吸附性能优化及数据模型构建

海藻纤维废渣为海藻琼脂提取工艺的副产物,富含碳、氧等元素,以其为原料制备高性能生物质衍生多孔碳可实现海藻纤维废渣的高值化利用.本研究以海藻纤维废渣制备多孔碳,通过吸附等温线和动力学探究吸附行为;并利用XGBoost(eXtreme Gradient Boosting)算法构建氨氮吸附容量的预测模型,分析多孔碳制备过程的升温速率、碳化温度及碳化时间等因素对氨氮吸附能力的影响.实验结果表明：海藻纤维基多孔碳材料对氨氮有较好的吸附效果,最大吸附容量可以达到3.514 mg/g,其动力学过程符合拟二级吸附动力学模型、颗粒内扩散模型和Langmuir吸附等温模型;实验和模型证明多孔碳制备过程中碳化温度对氨氮吸附的影响最大,升温速率和碳化时间次之;通过数据模型得出以5℃/min速率升温至1 000℃碳化120 min制备的多孔碳具有最优的氨氮吸附性能.本研究提出一种数据模型,并结合实验成功证明该模型预测的准确性,可为今后生物质衍生多孔碳的制备方法提供预测依据.     

超高性能海水海砂混凝土的组成设计与纤维增强增韧

基于单纯形重心设计法对超高性能海水海砂混凝土（ultra-high performance seawater sea-sand concrete, UHPSSC）进行了配合比设计优化,并研究了短切超高分子量聚乙烯（ultra-high molecular weight polyethylene, UHMWPE）纤维和钢纤维对UHPSSC工作性能和力学性能的影响. 结果表明：在综合考虑UHPSSC的流动度、抗折强度和抗压强度的情况下,胶凝材料组成的最优配比确定为水泥、硅灰、粉煤灰的质量比为0.75∶0.15∶0.10. 随着短切纤维掺量的增加,UHPSSC的流动度逐渐降低,抗折强度、抗压强度和弯曲韧性均逐渐增加. UHMWPE纤维对UHPSSC流动度的影响程度更大,而钢纤维对力学性能的提升效果更明显. 随着UHMWPE纤维体积分数的增加,UHPSSC的弯曲破坏模式逐渐由脆性破坏转变为韧性破坏. 当UHMWPE纤维掺量为1.0%时,二次峰值荷载会高于初裂荷载. 此外,当同时混掺钢纤维和UHMWPE纤维时,UHPSSC的流动度略有下降,抗折强度、抗压强度及弯曲韧性均大幅提高. 本研究成果可为UHPSSC的设计和工程应用提供一定的参考.     

纤维编织网增强ECC夹心保温复合墙板抗弯性能

目前,夹心保温墙板已经被广泛使用在建筑保温结构中,但是墙板的饰面层通常采用普通混凝土,使得内部保温材料极易因外饰面开裂脱落而受到腐蚀.因此,选用纤维编织网增强工程水泥基复合材料（Engineered Cementitious Composites,ECC）作为饰面层,通过四点弯曲试验研究夹心保温复合墙板的抗弯性能,影响因素包括保温材料类型、保温层厚度、面层厚度、纤维编织网处理方式、有无连接件和连接件角度.结果表明：增大保温层厚度对墙板抗弯承载力和延性的影响不大,但能够提高墙板的组合程度;发泡聚苯乙烯（Expanded Polystyrene,EPS）保温板与ECC基体的黏结性能更好,墙板的组合程度也更高,但EPS自身的受力性能和刚度较差,使得墙板的承载能力较低;纤维编织网经过浸渍和浸胶黏砂处理会降低墙板的承载能力,但浸胶黏砂处理能提高ECC基体与纤维编织网的黏结从而改善墙板的延性;连接件的存在能够提高墙板的组合性能,并且减小连接件角度或者增大面板厚度有助于提升墙板的抗弯刚度、承载能力和组合性能,但会导致墙板的延性下降.最后,推导了纤维编织网增强ECC（Textile Reinforced ECC,TRE）夹心保温墙板抗弯承载力计算公式,并将计算结果与试验结果进行对比,结果表明提出的计算方法具有一定的可行性.     

黏弹性基体中FG-CNTRCs圆柱壳热振动特性分析

建立了考虑碳纳米管（Carbon Nanotubes,CNTs）尺度效应的宏观功能梯度碳纳米管增强复合材料（Functionally Graded Carbon Nanotubes Reinforced Composites,FG-CNTRCs）圆柱壳自由振动特性的理论模型. 综合考虑CNTs的取向和尺度效应,基于Eshelby-Mori-Tanaka（EMT）方法和非局部理论建立了宏观CNTRCs的非局部EMT本构模型. 基于Kirchhoff-Love圆柱壳假设,采用Hamilton原理推导了热环境中visco-Pasternak基体中FG-CNTRCs圆柱壳的自由振动控制方程,利用Navier法得到两端简支圆柱壳的固有频率,并与文献中结果进行对比,验证了模型和方法的正确性. 分析了非局部参数、CNTs的体积分数和分布方式、圆柱壳的长厚比、环境温度以及地基参数等对简支FG-CNTRCs圆柱壳自由振动特性的影响. 研究发现,考虑CNTs的尺度效应后会降低FG-CNTRCs圆柱壳的抗弯刚度,环境温度对简支FG-X-CNTRCs圆柱壳固有频率虚部的影响随CNTs体积分数的增大而增大,且长厚比和地基的阻尼参数对虚部的影响有耦合作用.     

回收利用煤气化残渣制备新型微Fe/C复合微波吸收材料

在全球能源结构转型的背景下,煤气化技术展现出广阔应用前景,但其副产品煤气化残渣（CGR）仍未得到有效的回收利用。煤气化残渣含有丰富的碳成分,因此可以考虑作为碳基载体应用于微波吸收领域。在本研究中,通过浸渍Fe3+和还原反应制备了Fe/CGR复合微波吸收材料,并研究了磁性组分Fe的负载量对复合材料形貌和电磁性能的影响。此外,调整硝酸铁溶液的浓度,可以合理调控Fe/CGR复合材料的磁性成分负载量及其表面结构形貌。从扫描电镜照片可以看到Fe颗粒均匀地嵌入在CGR基体上,有效增加了复合材料的界面,进而增强了界面极化,进一步提高了复合材料的微波吸收性能。当Fe3+浓度为1.0 mol/L时,Fe/CGR复合材料表现出了优异的吸波性能,在涂覆厚度为2.5 mm时,最小反射损耗值可达?39.3 dB,当涂覆厚度为1.5 mm时对应的有效吸收带宽高达到4.1 GHz。本研究最终获得了兼具阻抗匹配和吸波性能的材料简易制备工艺与资源回收利用方法,所制备的Fe/CGR复合吸波材料不仅提升了CGR的回收率,而且也为微波吸收材料的合成开辟了一条新途径。     

傅里叶变换红外光声光谱法在纺织上应用

本文叙述了傅里叶变换红外光声光谱法(FTIR-PAS)的基本原理及其在纺织上应用。研究了组合浆料中变性聚乙烯醇的定量测定、涤棉混纺纤维中涤纶的定量测定、苎麻及甲壳素经碱处理后的光谱性质的变化。研究结果表明,以变性聚乙烯醇C=O基团的伸缩振动1570cm~(-1)吸收峰可作为定量测定变性聚乙烯醇的依据。以涤纶分子结构中羰基伸缩振动1725cm~(-1)峰高与纤维分子结构中碳氢键伸缩振动2915cm~(-1)峰高的比值,可定量测定涤棉混纺纤维中涤纶含量。苎麻经碱处理后,非晶谱带898cm~(-1)度明显增加,晶区谱带1430cm~(-1)强度明显下降,其变化程度取决于碱浓度。甲壳素的酰胺吸收峰1555cm~(-1)随碱处理浓度、温度和时间的增加而下降。与常规的红外吸收光谱法相比较,傅里叶变换红外光声光谱法具有无损快速的优点,适宜于制作困难的试样。     

液相浸渗中纤维非润湿性的处理

纤维与金属液的非润湿性是液相浸渗制造纤维增强金属基复合材料的主要障碍之一。实验发现纤维的非润湿性使其在自然排布时的浸渗缺陷必须存在。通过提高液相浸渗压力可以改善复合材料的浸渗效果,但仍有细小的浸渗缺陷必然存在。通过提高液相浸渗压力可以改善复合材料的浸渗效果,但仍有细小的浸渗缺陷无法消除,采用颗粒与纤维的混杂使纤维丝相互分离,消除了充填“死角”而使纤维束内完整充填并且均匀分布,提高浸渗压力和混杂预制     

复合材料设计的原理与实践

对复合材料设计的原理与实践进行简要介绍,对其研究现状与发展趋势进行评述．重点在于工程结构复合材料,特别是航空航天领域应用的先进复合材料,重点是仿生与机敏材料设计,材料设计的目的是实现材料性能优化．     

轴对称功能梯度材料设计模型

采用弹性力学,复合材料力学以及计算数学的有关理论,建立起了轴对称功能梯度材料分析模型,结合这类材料实际应用背景,给出了理论模型求解的边界条件,在求解梯度层层间热应力的过程中,引入了三角级数来描述功能梯度材料层间热应力,从而得到了层间热应力的精确解,以此优化这类材料的设计与实现该类材料的成功制备。     

功能梯度材料的基体与颗粒界面热应力研究

研究金属－陶瓷功能梯主材料的基体与颗粒的界面热应力。方法给出功能制备的有限元计算优化设计方案,针对所制备的梯度材料的结构特点,采用双层嵌套模型研究基体与颗粒的界面热应力与两相材料体积分数的变化关系。