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全选: 全部摘要
碳化硅陶瓷基复合材料环境障涂层研究进展
刘巧沐, 黄顺洲, 何爱杰
材料工程    2018, 46 (10): 1-8.   DOI: 10.11868/j.issn.1001-4381.2018.000230
Abstract   PDF (2165KB)
碳化硅陶瓷基复合材料(CMC-SiC)因具有低密度、抗氧化、耐高温等优点,成为下一代先进航空发动机热端结构部件的潜在材料。然而,CMC-SiC在燃气环境中面临着严重的腐蚀问题,需要在环境障涂层(environmental barrier coatings,EBCs)的保护下才能实现长时应用。本文介绍了EBCs的选材要求、发展历程、涂层制备工艺、涂层考核技术以及表征手段,综述了EBCs体系在服役过程中存在挥发速率高、使用温度低等问题以及在制备过程中存在涂层晶化率低、致密度低等问题,指出了今后国内在EBCs材料优选、制备工艺、评价方法以及考核平台的研究目标与发展方向。
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光催化降解水体有机污染物的研究进展
周锋, 任向红, 刘建友, 刘嫔
材料工程    2018, 46 (10): 9-19.   DOI: 10.11868/j.issn.1001-4381.2017.000972
Abstract   PDF (1811KB)
全球面临的能源危机和环境污染问题日益严峻,光催化技术的快速发展让人们看到了曙光,而光催化材料作为其基本要素则成了关注重点。本文主要从光催化降解水体有机污染物方面,综述了光催化技术的发展现状,9类光催化材料体系及其属性、作用机理与研究应用,以及对材料体系修饰改性的方法。最后,提出了现阶段材料体系依旧存在太阳能利用率低、量子产率低和光化学稳定性不足的问题,而金属有机骨架(MOF)新型材料体系和微纳米介孔、多级孔复合、Z型复合半导体等修饰改性方法为光催化材料体系的开发探索提供更广阔的空间。
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国外航空发动机用SiCf/SiC复合材料的材料级性能测试研究进展
刘虎, 杨金华, 周怡然, 吕晓旭, 齐哲, 焦健
材料工程    2018, 46 (11): 1-12.   DOI: 10.11868/j.issn.1001-4381.2018.000503
Abstract   PDF (3076KB)
国外在航空发动机用SiCf/SiC复合材料的研发和应用方面进展迅速,这得益于其开展了大量的材料级性能测试并借此建立的材料性能数据库。本文梳理了SNECMA,NASA,GE公司典型SiCf/SiC复合材料牌号的基本物理性能和力学性能,探讨了制备工艺等因素对材料性能的影响,着重分析并讨论了复合材料的拉伸性能;同时综述了国外在该类材料使用性能方面开展的测试,主要包括高温抗氧化性、高温水/氧环境性能、疲劳及蠕变性能、抗热冲击性能以及抗外来物冲击测试等,并对材料在热、力、水、氧等不同环境因素下的损伤行为和失效机制进行了阐述。在此基础上,提出了我国在SiCf/SiC复合材料后续性能测试研究方面的建议。
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零维、一维和二维ZnO纳米材料的应用研究进展
杨丰, 王飞, 贾若飞, 杨丽丽, 杨慧, 李岚
材料工程    2018, 46 (10): 20-29.   DOI: 10.11868/j.issn.1001-4381.2016.000868
Abstract   PDF (1759KB)
氧化锌宽禁带半导体不仅具有优异光电性质,而且包含丰富的零维、一维和二维纳米结构。本文主要从零维、一维和二维氧化锌纳米结构的角度出发,分别论述其在光催化器件、气体探测器、太阳能电池、光探测器、发光二极管、激光器、压电转换器件和阻变存储器应用领域的研究进展,并横向对照3种维度氧化锌纳米材料在不同器件领域的应用情况,分析总结不同维度各自物理特性优势发挥的应用器件,最后对氧化锌纳米材料应用面临的难实现p型掺杂等问题进行了展望。
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颗粒增强金属基复合材料的强化机理研究现状
叶想平, 李英雷, 翁继东, 蔡灵仓, 刘仓理
材料工程    2018, 46 (12): 28-37.   DOI: 10.11868/j.issn.1001-4381.2016.001214
Abstract   PDF (40898KB)
本文总结了较低颗粒体积分数(≤ 14%)的颗粒增强金属基复合材料中主要存在的Orowan强化应力、位错强化应力、颗粒承载强化应力和其他强化应力的理论研究现状,以及各项强化应力之间的耦合关系。得出以下结论:(1)降低颗粒尺寸、提高颗粒体积分数和提高颗粒分布均匀性能够同时提高Orowan强化应力和位错强化应力,提高颗粒体积分数还能够提高颗粒承载强化应力;(2)采用微观非均匀分布的颗粒包围金属基体的材料设计方法,通过提高颗粒承载强化应力和提供塑性形变区,能够进一步提高复合材料屈服强度和延展性;(3)晶界强化效应和晶格摩擦应力对复合材料屈服强度也有贡献,但较少通过增强这两项强化效应提高复合材料屈服强度,通常可忽略复合材料中的固溶强化效应;(4)各项强化应力的耦合关系存在线性叠加、乘积叠加和均方根叠加3种形式。线性叠加和乘积叠加适用于纳米颗粒增强金属基复合材料,其中乘积叠加关系应用效果更好;均方根叠加主要应用于微米级颗粒增强金属基复合材料。
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石墨烯增强金属基复合材料的制备及应用研究进展
王剑桥, 雷卫宁, 薛子明, 钱海峰, 刘维桥
材料工程    2018, 46 (12): 18-27.   DOI: 10.11868/j.issn.1001-4381.2017.001534
Abstract   PDF (69078KB)
石墨烯是一种单原子层构成的二维碳质材料,具有特殊的物理性能和化学性能。石墨烯增强金属基复合材料因其优异的性能受到了越来越多的关注。本文综述了石墨烯增强金属基复合材料的制备方法,综合分析了石墨烯增强金属基复合材料在强度、导热、导电和耐腐蚀性等材料特殊性能方面的研究现状。最后,在指出探明界面结合机制重要性的基础上,展望了石墨烯增强金属基复合材料在提高性能和扩展应用范围等方面的发展趋势。
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石墨烯增强金属基航空复合材料研究进展
张丹丹, 沈洪雷, 曹霞, 叶煜松, 张啸, 叶历, 王梦秋
材料工程    2019, 47 (1): 1-10.   DOI: 10.11868/j.issn.1001-4381.2018.000175
Abstract   PDF (746KB)
本文综述了石墨烯增强金属基航空复合材料的研究现状,归纳了该种复合材料的制备方法,讨论了石墨烯对其性能的影响及机制。指出目前高含量、排列石墨烯增强金属基航空复合材料的研究还比较缺乏,涉及的工艺参数、组织结构、界面化学及高温物理性能等相关问题仍需进一步研究,并提出未来的研究重点应由制备方法等工艺性探讨向微观复合构型设计的思路转变。
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碳化硅陶瓷基复合材料在航空发动机上的应用需求及挑战
刘巧沐, 黄顺洲, 何爱杰
材料工程    2019, 47 (2): 1-10.   DOI: 10.11868/j.issn.1001-4381.2018.000979
Abstract   PDF (4836KB)
随着航空发动机推重比的不断提高,急需发展轻质、高强韧、耐高温、长寿命、抗烧蚀、抗氧化的碳化硅陶瓷基复合材料(SiC matrix ceramic composites,CMC-SiC),以满足航空发动机愈加苛刻的服役要求。本文简要介绍了CMC-SiC复合材料的特点和制备方法,综述了CMC-SiC复合材料在国外先进航空发动机热端部件上的应用进展及国内的研究现状。从工程化角度,指出了国内在高性能纤维、构件设计及制备、环境障涂层、无损检测技术、考核验证方法、修复技术等方面存在的差距及需突破的关键技术,指出了今后国内的研究目标与发展方向。
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质子交换膜燃料电池膜电极的结构优化
王倩倩, 郑俊生, 裴冯来, 戴宁宁, 郑剑平
材料工程    2019, 47 (4): 1-14.   DOI: 10.11868/j.issn.1001-4381.2018.001176
Abstract   PDF (17991KB)
膜电极(membrane electrode assembly,MEA)是质子交换膜燃料电池(proton exchange membrane fuel cell,PEMFC)的核心部件,为PEMFC提供了多相物质传递的微通道和电化学反应场所。为了实现燃料电池商业化目标,需要制备高功率密度、低Pt载量、耐久性好的MEA。在MEA中除了催化剂以外,各功能层结构、层与层之间的界面都对MEA的性能具有重要影响。传统方法(CCS法和CCM法)制备的MEA在结构上有很多缺陷,明显制约了Pt的利用率和系统传质能力。通过优化各功能层结构消除缺陷,将有利于进一步提升PEMFC综合性能。本文从传统MEA结构存在的问题出发,梳理了近年来关于催化层、质子交换膜和气体扩散层结构优化方面的文献,归纳总结了各先进结构的制备方法、构效关系以及优缺点,对未来高性能、低成本和长寿命的MEA的开发具有指导意义。
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微弧氧化技术的发展及其应用
宋仁国
材料工程    2019, 47 (3): 50-62.   DOI: 10.11868/j.issn.1001-4381.2018.000582
Abstract   PDF (12957KB)
综述了国内外微弧氧化(MAO)技术的发展概况,重点介绍了微弧氧化技术的原理和工艺特点;总结了微弧氧化陶瓷膜显微组织与性能的影响因素以及应用;分析了微弧氧化技术目前存在的问题,并指出微弧氧化技术今后将向低能耗、超大型复杂轻金属构件处理及与其他表面技术复合的方向发展的趋势。
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氧化物/氧化物陶瓷基复合材料及其制备工艺研究进展
杨瑞, 齐哲, 杨金华, 焦健
材料工程    2018, 46 (12): 1-9.   DOI: 10.11868/j.issn.1001-4381.2018.000306
Abstract   PDF (30808KB)
氧化物/氧化物陶瓷基复合材料具有低密度、耐高温、抗氧化等特点,是应用于高温有氧环境的理想候选材料,在航空航天热端部件如发动机燃烧室、尾喷管等部位有着巨大的应用潜力。本文从氧化物纤维、陶瓷基体、复合材料设计以及制备工艺等方面综述了氧化物/氧化物陶瓷基复合材料的研究进展。重点阐述了氧化物/氧化物陶瓷基复合材料的设计方法,包括界面层的选择以及多孔基体的设计,详细介绍了复合材料的制备工艺,特别是预浸料工艺。最后对国外考核情况进行了简述,指出了其在航空发动机高温热端部件上的应用前景。
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石墨烯添加量对铜基复合材料性能的影响
李秀辉, 燕绍九, 洪起虎, 赵双赞, 陈翔
材料工程    2019, 47 (1): 11-17.   DOI: 10.11868/j.issn.1001-4381.2017.001545
Abstract   PDF (7819KB)
采用一步化学还原法结合放电等离子烧结工艺制备石墨烯增强铜基复合材料,利用XRD、SEM、拉曼光谱、拉伸试验机、纳米压痕仪、涡流电导率仪等研究石墨烯含量对复合材料微观组织、力学性能和导电性能的影响。结果表明:石墨烯在复合材料基体中均匀分布,石墨烯的添加能显著增强铜基体的力学性能。与纯铜相比,添加0.025%(质量分数)的氧化石墨烯,可使其屈服强度提高219.8%,抗拉强度提高35.9%,弹性模量提高6.9%,此外,其导电率仍有93.1% IACS。随着石墨烯含量的增加,复合材料的屈服强度、抗拉强度及弹性模量均有所下降,这是因为高石墨烯含量复合粉体中部分石墨烯纳米片未能被铜颗粒包覆,其与铜基体界面结合强度低,石墨烯的剪切应力转移强化效果降低。
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高能微波辐照合成类石墨烯氮化碳纳米片的结构特征
邹婧叶, 余永志, 顾永攀, 岳夏薇, 孟江, 李淑萍, 王继刚
材料工程    2019, 47 (3): 1-7.   DOI: 10.11868/j.issn.1001-4381.2018.000360
Abstract   PDF (4503KB)
以碳纤维为微波吸收剂,基于微波辐照法直接处理三聚氰胺,快速高效地合成类石墨烯结构的氮化碳纳米片。借助于场发射扫描电子显微镜、透射电子显微镜、原子力显微镜、X射线衍射和傅里叶变换红外光谱等分析手段,对微波合成产物进行表征。结果表明:与常规热缩聚合成的石墨相氮化碳相比,高能微波技术合成产物具有明显的纳米片特征,即成功地制备得到类石墨烯结构的氮化碳纳米片。同时,与超声剥离或氧化刻蚀得到的类石墨烯氮化碳纳米片相比,高能微波技术合成产物表面光滑平整,且可发现脆性断裂的现象,呈现出一定的刚性。
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电刷镀Ni-石墨烯复合镀层的组织结构及性能
丁小龙, 胡振峰, 金国, 吕镖, 汪笑鹤
材料工程    2018, 46 (11): 110-117.   DOI: 10.11868/j.issn.1001-4381.2017.000893
Abstract   PDF (5822KB)
利用电刷镀技术在45钢表面制备出Ni-石墨烯(Ni-GE)复合镀层。采用透射电镜(TEM)、原子力显微镜(AFM)、扫描电镜(SEM)、能谱仪(EDS)、Raman光谱仪、X射线衍射仪(XRD)对GE片层、复合镀层内部的GE、镀层的晶粒大小以及微观形貌进行表征,采用显微硬度计对镀层的硬度进行研究。结果表明:Ni-GE复合镀层中的石墨烯以3种形式(Ⅰ型、Ⅱ型、Ⅲ型)存在;相比于纯Ni镀层,Ni-GE复合镀层的晶粒尺寸均减小;当GE的添加量为0.5g/L时,Ni-GE复合镀层的质量最优;由于GE自身的高硬度及其细晶强化作用,Ni-石墨烯复合镀层的硬度相对于纯Ni镀层提高了15.2%。
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锂离子电池硅基负极界面反应的研究进展
常增花, 王建涛, 李文进, 武兆辉, 卢世刚
材料工程    2019, 47 (2): 11-25.   DOI: 10.11868/j.issn.1001-4381.2018.000450
Abstract   PDF (3319KB)
硅作为一种极具潜力的锂离子电池负极材料,已引起研究者的广泛关注。然而硅材料储锂过程中伴随着巨大的体积变化,导致电极/电解液界面不稳定,是限制硅电极商业化的主要因素之一。深入了解硅负极的界面反应机理,有助于改善硅负极的界面性质,进而提高硅负极的电化学性能。本文综述了硅负极界面反应的演化机制,包括Li-Si合金化过程、硅表面氧化硅的反应和表面纯化膜的形成,并讨论了其对硅电化学性能的影响。
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基于聚二甲基硅氧烷柔性可穿戴传感器研究进展
金欣, 畅旭东, 王闻宇, 朱正涛, 林童
材料工程    2018, 46 (11): 13-24.   DOI: 10.11868/j.issn.1001-4381.2018.000097
Abstract   PDF (9977KB)
传统的电子应变传感器大多基于金属和半导体材料,其柔韧性和可穿戴特性较差。随着柔性电子材料的发展,可穿戴式柔性应变传感器呈现出巨大的市场前景。由于其具有生物相容性好同时兼具可穿戴性、高弹性和可拉伸性等特点逐渐成为研究热点。本文对近些年基于聚二甲基硅氧烷(PDMS)的压阻式和电容式柔性传感器的先进制备技术、性能及应用方面的研究进展进行了综述。最后对可穿戴式柔性传感器所面临的挑战做了简单讨论,并对其未来的发展方向进行了展望。
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树枝状介孔二氧化硅的制备及其负载纳米银的抗菌性
黄连根, 郑玉婴
材料工程    2018, 46 (10): 135-141.   DOI: 10.11868/j.issn.1001-4381.2017.001363
Abstract   PDF (2847KB)
以正硅酸乙酯为硅源(TEOS),十六烷基三甲基溴化铵(CTAB)为表面活性剂,采用溶胶-凝胶法在氨水催化下制备树枝状介孔二氧化硅微球。以该微球为载体,原位负载纳米银。探究乙醚、硅烷结构助剂加入量对介孔二氧化硅微球的形貌、结构和粒径的影响,并通过抗菌实验测试其样品的最低抑菌浓度(MIC)和最小杀菌浓度(MBC)。结果表明:硅烷结构助剂和乙醚的加入对树枝状孔道的生成是至关重要的;纳米银负载到该介孔二氧化硅的MIC在3.16~3.95mg·L-1,MBC为6.32mg·L-1,优于纯纳米银。
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脉冲TIG增材制造技术研究进展
郭龙龙, 贺雨田, 鞠录岩, 吴泽兵, 张勇, 吕澜涛, 王文娟
材料工程    2018, 46 (12): 10-17.   DOI: 10.11868/j.issn.1001-4381.2018.000267
Abstract   PDF (30180KB)
脉冲TIG(pulsed tungsten inert gas,PTIG)增材制造技术属于电弧增材制造技术的分支,其最显著的优势是成本低、沉积率和材料利用率高,适用于大尺寸结构件的制造。本工作从实验研究和数值模拟的角度,着重介绍了PTIG增材制造成形件成形质量控制、微观组织及性能控制方面的研究成果,总结了当前研究存在的不足。基于对成形件成形质量、微观组织及性能的准确预测和主动控制,提出了PTIG增材制造技术有待深入的研究方向,即:工艺因素对成形质量的影响机理研究、缺陷形成机制及其抑制措施研究、熔池微观组织演变数值模拟研究、成形件内应力和变形的调控机制研究、微观组织与力学性能关系模型的建立。
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低熔点固化剂对环氧树脂性能的影响
任志东, 梁晨曦, 郝思嘉, 邢悦, 田俊鹏, 戴圣龙, 杨程
材料工程    2018, 46 (10): 156-161.   DOI: 10.11868/j.issn.1001-4381.2017.001181
Abstract   PDF (2044KB)
研究低熔点固化剂(MOEA)对环氧树脂性能的影响,并和以4,4'-二氨基二苯甲烷(DDM)为固化剂的环氧树脂的性能进行对比。通过流变仪研究固化剂对环氧树脂体系的黏度-温度特性的影响;采用差示扫描量热法(DSC)研究固化剂对环氧树脂固化行为的影响;并通过万能材料试验机、动态热机械分析仪(DMA)和热失重分析仪(TGA)研究环氧树脂固化物的力学性能和热性能。结果表明,以MOEA为固化剂的环氧树脂(MOEA40)比以DDM为固化剂的环氧树脂(DDM30)具有更好的黏度-温度特性,在宽的温度区间(60~140℃)表现出低的黏度(0.2~3.5Pa·s)。固化工艺处理后,MOEA40的固化物表现出了优异的力学性能,其弯曲强度为147MPa,拉伸强度为89MPa,比DDM30的固化物的弯曲强度(134MPa)和拉伸强度(80MPa)分别提高了9.7%和11.2%。此外,MOEA40的固化物还具有高的玻璃化转变温度(168℃)和初始分解温度,在氮气条件下,其失重5%的温度为367℃。
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三维编织预成型体的织造及三维编织复合材料细观结构研究进展
韩振宇, 梅海洋, 付云忠, 富宏亚
材料工程    2018, 46 (11): 25-36.   DOI: 10.11868/j.issn.1001-4381.2017.000682
Abstract   PDF (4930KB)
三维编织复合材料由于具有优异的力学性能而得到了广泛关注,这些性能的获得离不开其具有的特殊结构,本文从预成型体织造及复合材料细观结构两个方面进行综述。在织造技术方面,对当前编织方法及设备进行了介绍,并评述了近年来对编织新方法的探索以及对编织过程的研究。在细观结构方面,详述了细观结构研究由抽象到具体的发展历程,指出当前模型对于纤维束变形的表征的不足之处,并对两种先进的建模方法进行了介绍。最后指出今后的研究中可进一步建立三维编织结构的表征方法以探索新型编织结构,研究纤维束变形机理以获得更为真实的细观结构模型。
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PEMFC用抗溺水性功能化Pt/C催化剂的制备及表征
卢璐, 吴磊, 史继诚, 徐洪峰, 丛涛泉
材料工程    2019, 47 (6): 63-69.   DOI: 10.11868/j.issn.1001-4381.2018.000379
Abstract   PDF (1968KB)
催化剂的碳载体腐蚀是Pt/C催化剂催化性能下降的重要原因,并且亲水性的催化剂增加了质子交换膜燃料电池氧电极发生水淹的风险。利用过氧化氢对XC-72碳进行氧化预处理,负载Pt后,进一步用水合肼对Pt/C催化剂还原,制备耐蚀性和抗溺水性的Pt/C催化剂。对红外光谱吸收峰进行比较可知,经双氧水处理后,XC-72碳表面的含氧官能团数量增加,其接触角小于未经处理的XC-72碳;进一步用水合肼还原氧化后的XC-72碳,接触角较氧化的XC-72碳增大22.4°,抗溺水性增强。由比表面积测定可知,双氧水处理XC-72碳,比表面积下降,但中孔比例增加,有利于Pt的负载。水合肼还原后的Pt/C催化剂较还原之前的Pt/C催化剂抗溺水性增强,接触角增大6.2°。经2000周次循环伏安扫描,水合肼还原后的Pt/C催化剂电化学比表面损失减小,耐久性提高。
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金属基超疏水表面的制备及性能研究进展
张志斌, 尉小凤, 王海涛, 史雪婷, 冯利邦
材料工程    2019, 47 (5): 26-33.   DOI: 10.11868/j.issn.1001-4381.2018.001388
Abstract   PDF (5563KB)
本文综述了金属基超疏水材料的研究进展,重点讨论了金属基超疏水表面的主要制备方法,比较了不同制备方法的优缺点。同时,探讨了金属基超疏水表面的各种功能特性,并分析了金属基超疏水表面目前在制备和应用中存在的主要问题。指出金属基超疏水表面未来的重点发展方向是简化制备工艺、降低成本、提高超疏水表面的耐久性和稳定性以及制备具有自修复性能的金属超疏水表面。
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相变储能材料及其应用研究进展
陈颖, 姜庆辉, 辛集武, 李鑫, 孙兵杨, 杨君友
材料工程    2019, 47 (7): 1-10.   DOI: 10.11868/j.issn.1001-4381.2018.000876
Abstract   PDF (3577KB)
人类在面临化石能源枯竭的同时,对能量的利用率依然还停留在较低的水平。因此,在大力发展新能源的同时,着力研发节能环保新材料新技术具有十分重要的意义。相变材料(phase-change materials,PCM)是一种节能环保的储能材料,它在蓄热与温控等领域具有大规模商业应用的潜力。本文首先对相变储能材料的基本特征、工作原理以及分类等方面作了简要的介绍;并就相变储能材料在温控与蓄热等领域的应用与发展情况进行了具体的分析,指出了PCM的性能是制约其深入广泛应用的主要技术障碍。在此基础上,详细评述了PCM存在的主要问题以及针对这些问题开展的相关研究工作和最新发展动态,指出通过功能复合等新技术优化材料性能、设计新材料体系、拓展新的应用领域将是相变储能材料未来的主要发展方向。
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铁盐对制备MIL-100(Fe)的影响及其光催化性能
张宇, 刘湘粤, 毛会玲, 王晨, 杜嬛, 程琥, 庄金亮
材料工程    2019, 47 (3): 71-78.   DOI: 10.11868/j.issn.1001-4381.2018.001261
Abstract   PDF (3708KB)
三价铁盐和二价亚铁盐作为合成MIL-100(Fe)的铁源,对所合成产物的结晶度、形貌以及尺寸具有重要影响。以二价亚铁盐作为原料,利用室温水相合成法可获得八面体形状、高结晶度、高比表面积MIL-100(Fe)纳米颗粒;以三价铁盐作为原料,只能获得尺寸更小、低结晶度的Fe-BTC金属-有机聚合物纳米颗粒。采用X射线衍射仪、扫描电子显微镜、傅里叶红外光谱仪、紫外-可见漫反射光谱仪、紫外-可见分光光度计等对MIL-100(Fe)和Fe-BTC纳米颗粒的晶体结构、形貌、光吸收以及对罗丹明B(RhB)吸附和光催化降解性能进行测试表征。结果表明:Fe2+被弱碱性溶液缓慢氧化成Fe3+,进而形成MIL-100(Fe)的无机次级结构单元μ3-OFe(Ⅲ)O6,是合成高结晶度MIL-100(Fe)的关键。以FeCl3为原料时,由于Fe3+与BTC3-快速反应,不利于形成μ3-OFe(Ⅲ)O6次级结构单元,因此产物为Fe-BTC纳米颗粒聚合物。Fe-BTC纳米颗粒粒径更小,且聚集态的纳米颗粒表面具有大孔或介孔结构,更有利于吸附物种以及光降解物种的扩散,因此,Fe-BTC对RhB的吸附和光催化降解性能优于MIL-100(Fe)。
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石墨烯及碳化硅增强铝基复合材料的冲击力学行为
杨宇凯, 张宝, 王旭东, 张虎生, 武岳, 关永军
材料工程    2019, 47 (3): 15-22.   DOI: 10.11868/j.issn.1001-4381.2017.001457
Abstract   PDF (4757KB)
采用微机控制电子万能实验机和分离式霍普金森压杆(SHPB)对石墨烯增强的铝基复合材料和碳化硅增强的铝基复合材料进行准静态压缩实验和动态冲击实验,研究石墨烯增强铝基复合材料在不同应变率下的冲击力学性能,采用SEM扫描电镜研究石墨烯增强的铝基复合材料和碳化硅增强的铝基复合材料的形貌特征。结果表明:在各个应变率载荷下,添加石墨烯和添加碳化硅都增强了铝合金的屈服强度,其中,添加石墨烯对铝合金的屈服强度提升更加明显,但不影响材料的应变硬化率;相较于在材料中添加碳化硅,添加石墨烯弱化了材料的应变率效应,在高应变率条件下,添加石墨烯降低了材料的强度极限;选取部分实验数据,拟合确定了添加石墨烯和添加碳化硅两种复合材料的J-C和Z-A本构方程的参数,并比较了两种本构模型的预测能力,对于本工作所研究的复合材料,J-C模型的预测能力更好。
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碳纳米管/纤维素复合纸为电极的超级电容器性能
陈玮, 孙晓刚, 蔡满园, 聂艳艳, 邱治文, 陈珑
材料工程    2018, 46 (10): 113-119.   DOI: 10.11868/j.issn.1001-4381.2017.000482
Abstract   PDF (4554KB)
采用化学气相沉积法合成晶须状碳纳米管(WMWCNTs)和碳纳米管(MWCNTs)。采用扫描电子显微镜(SEM)、X射线衍射仪(XRD)、拉曼光谱仪(Raman)对其进行详细分析。以纸纤维为基体材料,晶须状碳纳米管和碳纳米管为功能材料,通过真空抽滤制得碳(WMWCNTs)/碳(MWCNTs)/纤维素复合纸。采用两电极测试体系,通过循环伏安及恒流充放电方法对其超级电容器性能进行测试。在扫描速率为1mV/s时,碳/碳/纤维素复合纸电极的比容量达到120F/g。在电流密度为0.4A/g时,碳/碳/纤维素复合纸电极比容量值可达51.5F/g。在电流密度为0.4~1.4A/g范围时,最大比能量和比功率分别为63.7Wh/kg和3.99kW/kg,表现出良好的超级电容器性能。
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亚铁盐制备高结晶度MIL-100(Fe)纳米材料及其光降解有机染料性能
刘湘粤, 张宇, 王晨, 毛会玲, 杜嬛, 程琥, 庄金亮
材料工程    2018, 46 (10): 127-134.   DOI: 10.11868/j.issn.1001-4381.2018.000591
Abstract   PDF (3143KB)
为了高效、低成本合成光催化性能优异MOFs纳米颗粒,首先将均苯三甲酸与氢氧化钠反应制备均苯三甲酸三钠盐水溶液,之后与亚铁盐(氯化亚铁和醋酸亚铁)水溶液在室温下搅拌24h,合成高结晶度和高稳定性的MIL-100(Fe)纳米颗粒。采用X射线衍射仪、扫描电子显微镜、紫外-可见漫反射光谱仪、紫外-可见分光光度计等对MIL-100(Fe)纳米颗粒的晶体结构、形貌、光吸收和光催化性能进行测试表征,结果表明在紫外光照射下,MIL-100(Fe)/H2O2体系具有优异的光催化降解罗丹明B和甲基橙等有机染料性能。
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正极材料不同配比对锂硫电池性能的影响机理
闫时建, 郝豫宝, 郭锦, 张敏刚
材料工程    2018, 46 (11): 71-76.   DOI: 10.11868/j.issn.1001-4381.2017.001305
Abstract   PDF (3053KB)
为研究正极材料中活性材料、导电剂、黏结剂配比对锂硫电池性能的影响,将升华硫与乙炔黑按质量比为7∶3球磨制得活性材料,然后将活性材料、导电剂、黏结剂按5种不同的质量配比制得不同的正极复合材料,观察结构和形貌并组装成电池测试性能。结果表明:7∶1∶2配比的电池在0.15C的放电倍率下,首次放电比容量最高达1019.0mAh/g,100次循环之后比容量达547.9mAh/g,容量保持率为53.7%,具有比较好的综合性能,其原因在于合理的配比使得该正极复合材料在介观上具有最佳的电子传导性,在宏观上具有足够的牢固性,机理分析对于其他微粉粘接改性也具有指导作用。
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Al0.1CoCrFeNi高熵合金的力学性能和变形机理
陈刚, 王璐, 杨静, 李强, 吕品, 马胜国
材料工程    2019, 47 (1): 106-111.   DOI: 10.11868/j.issn.1001-4381.2018.000487
Abstract   PDF (10854KB)
Al0.1CoCrFeNi高熵合金由真空磁悬浮熔炼制备而成,利用INSTRON力学试验机进行室温准静态拉伸,采用X射线衍射仪(XRD)、光学显微镜、扫描电镜(SEM)、透射电镜(TEM)和纳米压痕仪对实验前后样品的晶体结构、形貌、成分、组织、硬度和蠕变行为进行了研究。结果表明,经拉伸变形后,合金具有优异的强塑积(约为24GPa·%)、显著的应变硬化效应和更好的抗蠕变行为。试样的断裂模式为典型的微孔聚集型断裂。晶粒内部含有大量的微带组织,其带宽为200~300nm。分析认为,微观组织中的微带诱导塑性效应是合金具有优异的应变硬化能力的一个重要原因。
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7075-T651铝合金薄壁管件多轴低周疲劳行为及寿命预测
陈亚军, 刘辰辰, 褚玉龙, 宋肖肖
材料工程    2018, 46 (10): 60-69.   DOI: 10.11868/j.issn.1001-4381.2018.000152
Abstract   PDF (5946KB)
针对航空铝合金多轴疲劳失效问题,对7075-T651铝合金薄壁管件进行不同加载条件下的拉扭复合疲劳实验。结果表明:随等效应力幅的降低,多轴疲劳寿命增加;等效应力恒定时,寿命随应力幅比的升高而增加;拉扭相位差对寿命影响较小。高应力幅下材料在轴向和扭向以软化为主,低应力幅下硬化和软化交替出现。宏观断口平台区随应力幅比的增加而逐渐减小,微观断口呈现管壁外侧的多裂纹源特征,扩展区可以观察到疲劳条带和二次裂纹,瞬断区出现混合型韧窝。提出基于Basquin准则的改进模型,得到较好的寿命预测效果,寿命预测值均位于两倍分散带内。
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