由纳米纤维素制备的纳米纸具有天然可降解、质量轻、柔性好、透明度高、强度高、热稳定性好以及可卷对卷生产等优良特性,被视为柔性电子器件衬底的理想材料之一。近年来,人类社会对电子垃圾引起的环境问题逐渐重视,使得绿色纳米纸衬底成为学术界和工业界的研究热点之一。本文综述了用于柔性电子器件的纳米纸衬底的最新研究进展,详细探讨了纳米纸衬底的制备、性能及其在器件应用方面的研究成果,着重阐述了纳米纸衬底在有机薄膜晶体管、太阳能电池以及有机发光二极管中的应用现状。最后,进一步总结了现阶段纳米纸衬底在器件应用过程中存在的问题,如纳米纸制备效率低、对纳米纸进行性能调控和优化以满足电子器件的要求等,并对未来应用前景进行了展望。
作为核反应堆的燃料包壳,锆合金在水侧腐蚀的同时还因吸氢而产生氢化物,从而导致基体脆化和氢致延迟开裂等问题。本文综述了锆合金中的氢化物相和氢化物取向。重点讨论了γ相和δ相与锆及锆合金的晶体学取向关系,分析了织构、加工Q值、应力和退火温度对氢化物取向的影响,以及氢化物取向对锆合金力学性能的影响。同时概括了目前研究中存在的氢化物取向机理不明确、氢化物应力再取向机理存在争议等问题,指出了影响锆合金中氢化物取向的因素、氢化物与锆基体的晶体学取向关系、氢化物应力再取向机理等研究尚需进一步完善,此外,对于国产新型高性能锆合金氢化物的研究也有待深入开展。
针对聚变堆特定的辐照条件,对离子辐照、裂变中子辐照、散裂中子辐照以及聚变辐照装置进行了比较,评述了不同装置的优势和缺点。在没有可用的14MeV中子源时,离子加速器、裂变堆、散裂中子源以及理论模拟在聚变材料辐照效应的研究中具有不可替代的作用。从离子辐照、裂变中子或散裂中子辐照获得的数据与真实聚变中子辐照结果的对应关系需要通过采用14MeV高通量中子辐照(如IFMIF)来证实。功能强大、经济性好的聚变材料辐照装置的建立及多尺度数值模拟的发展是聚变材料走向聚变堆应用的必由之路。
为了提高质子交换膜燃料电池催化剂中贵金属的利用率,以碳纳米管(CNTs)负载Pt为催化剂,设计制备了具有催化剂梯度分布结构的Pt/buckypaper催化层。利用扫描电子显微镜等多种表征手段,观察与分析了催化剂和催化层的结构及Pt含量分布,并考察了它们的电化学性能。结果表明,Pt/CNTs催化剂中Pt颗粒在超声混酸氧化处理过的CNTs表面上分布均匀,平均直径为2.4nm。其电化学活性表面积(ECSA)接近于商用Pt/C催化剂的值,比质量活性(MA)则远高于商用催化剂,且具备更为优异的电化学循环稳定性。利用这种催化剂制备的Pt/buckypaper催化层保持着较大的ECSA,表明其中的Pt颗粒具有较高的利用率,体现了这种新颖结构的独特优势。
以水稻秆为模板,采用溶胶-凝胶法制备Y掺杂N-BiVO4光催化剂。利用XPS,XRD,SEM,BET和UV-Vis DRS等手段对其进行表征和分析。结果表明:所制备的系列样品均为单斜白钨矿型BiVO4,Y掺杂并没有改变N-BiVO4催化剂的晶型;Y掺杂抑制了晶粒生长和团聚,导致N-BiVO4晶体粒径减小和比表面积增大,禁带宽度变窄和光吸收边红移。在可见光(λ ≥ 420nm)照射下,通过光催化降解偶氮胭脂红B(Azocarmine B,AZB),考察了Y掺杂量对N-BiVO4可见光催化活性的影响。其中6Y-N-BVO的光催化效果最好,50min后对偶氮胭脂红B的降解率达97%,较N-BVO(68%)和6Y-BVO(72%)有明显提高。
利用溶剂热法以FeCl3·6H2O为铁源,制备纳米级Fe3O4空心球进而获得三维纳米结构的空心球Fe3O4&海绵状碳复合材料,探讨制备方法和复合比例对样品电化学性能的影响。X射线衍射(XRD)、场发射电子显微镜(FE-SEM)和透射电子显微镜(TEM)表征材料的组成和形貌,氮气等温吸脱附表征材料的比表面积和孔情况,蓝电系统LAND CT2001C恒电流充放电表征材料的电化学性能。电化学实验表明:采用同步溶剂热法、Fe3O4/C=2:1合成的样品具有优异的电化学性能,在0.1A·g-1下循环100次后比容量为1302.6mAh·g-1。直径135nm Fe3O4空心球均匀分散在海绵状碳的表面能更好地与电解液接触,在海绵状碳的3D导电网络上增大了电化学反应面积,进而改善该材料的电化学性能。
在石英玻璃衬底上,通过溶胶-凝胶旋涂法制备得到钠铝(Na-Al)共掺氧化锌(ZnO)薄膜(NAZO)。研究不同Na-Al共掺杂浓度对ZnO薄膜的结晶性、微观结构、光电性能的影响。结果表明:所有NAZO薄膜样品都沿c轴择优取向生长;适当的Na-Al共掺浓度,可以提高ZnO薄膜结晶性,提高薄膜的载流子迁移率;同时还可以观察到NAZO薄膜表面生长出六角柱状结构晶粒。随着Na-Al元素掺杂浓度的改变,所获薄膜的最高平均光学透过率达到95%。由于元素间固溶比的不同,适当的浓度可以提高Na-Al元素的掺杂效率和薄膜内部的载流子浓度,降低薄膜电阻率,NAZO薄膜最低电阻率为4.7×10-2Ω·cm。
采用扫描电镜、能谱分析、金相显微镜、维氏硬度仪与WDW-100KN万能拉伸试验机研究ZL114A合金冷态焊接后的微观组织与力学性能,结合SYSWELD有限元仿真计算冷态焊接过程中的温度场分布。结果表明:ZL114A板片试样在20V,24A冷态焊接参数下,最大熔池直径为6mm,焊接峰值温度约为512℃;常规T6态平均抗拉强度、屈服强度、伸长率与硬度分别为334,276MPa,7.4%与68HV,经ZL114A冷态焊接处理后分别为156,108MPa,12.8%与60HV,强度分别降低53.3%与60.9%,伸长率提高72.9%,选用ZL205A冷态焊接与本体加工4mm圆孔性能基本相当,平均抗拉强度、屈服强度与伸长率约为232,218MPa与3.8%;T6态下沿晶界分布的初生与二元共晶Si相形貌主要呈球状,断裂机制以韧窝断裂为主,附带一定数量的沿晶断裂,经冷态焊接处理后的材料组织状态由T6态转变为固溶空冷态,ZL114A冷态焊接后沿晶界分布的Si相受焊接高温作用团聚在一起,Mg与Si元素叠加分布在晶界区域,Cu,V,Mn等元素在焊接加热过程中固溶进入初生α-Al基体内部,之后沿晶界析出部分Al2Cu强化相。
针对3003铝合金冷轧板再结晶退火时出现的晶粒粗大问题,通过光学显微镜、扫描电镜(SEM)、能谱分析(EDS)、X射线衍射(XRD)、透射电镜(TEM)等方法,研究均匀化退火和中间退火过程中形成的弥散相的种类、尺寸和分布情况对3003铝合金再结晶晶粒尺寸的影响机理。结果表明:3003铝合金铸轧板的再结晶开始温度约为540℃;均匀化退火过程中形成的预析出的粗大弥散相对再结晶有促进作用,而细小弥散相对再结晶有抑制作用;中间退火过程中析出的弥散相对再结晶的抑制作用微弱;500℃中间退火200s后,板材基体内没有弥散相析出,此时再结晶优于弥散相析出率先发生;500℃中间退火2h后,板材基体内会析出大量细小的AlMnSi相;3003铝合金的最佳均匀化退火温度区间为560~580℃。
利用失重法研究不同Gd含量的AZ31镁合金在3.5%(质量分数,下同)Na2SO4溶液中的腐蚀行为,并采用OM,SEM和XRD等检测手段分析稀土Gd对AZ31镁合金微观组织、腐蚀速率和腐蚀形貌等的影响。结果表明:稀土Gd的添加能明显改善AZ31镁合金的耐蚀性能,且当Gd的添加量小于4.12%时,合金的耐蚀性能会随着Gd含量的增加而提高,但继续增大Gd含量时合金的耐蚀性能反而会出现一定程度的下降,其原因是合金中添加过多的Gd后,加剧了基体相与析出相之间的微电偶腐蚀,致使合金的耐蚀性能有所下降。故当Gd的添加量为4.12%时,AZ31镁合金的耐蚀性能最佳。
通过Gleeble-3500热模拟试验机对镍基617合金进行等温压缩热变形实验,分析617合金在不同变形条件下各变形参数影响动态再结晶微观组织演变的规律。在对应力应变曲线及金相组织照片等实验数据计算分析的基础上,建立617合金动态再结晶模型,并将其导入有限元软件Deform-3D中,对617合金锻造工艺实验中晶粒组织演化进行数值模拟。结果表明:计算结果与实验结果相吻合,基本实现了变形过程微观组织的预测控制,验证了模型的准确性。
采用全浸实验模拟实际海洋环境中污损生物的附着对阴极保护钙质沉积层形成的影响。采用扫描电子显微镜(SEM)、电子能谱(EDS)、电化学交流阻抗(EIS)、失重法以及荧光显微镜观察等方法分析腐蚀形貌、钙质沉积层成分、腐蚀动力学以及污损生物附着情况。结果表明:污损生物附着后所形成的钙质沉积层试样,电化学阻抗模值大于裸钢试样,但小于无污损生物附着所形成的钙质沉积层,这表明污损生物附着能够抑制钙质沉积层的形成,使形成的钙质沉积层保护性能下降。同一试样Ca/Mg比随着实验周期的增加逐渐减小,说明大型的污损生物对钙质沉积层形成的抑制作用更强。结合失重实验可知大型污损生物的附着会抑制局部腐蚀。
通过回流焊接方法,采用水、炉两种冷却方式分别制备了Sn-35Bi-1Ag/Ni-P/Cu快、慢冷钎焊接头。利用等温时效法对两种焊点界面IMCs层的生长动力学进行研究。采用SEM和EDS对界面层的微观结构和物相组成进行表征。结果表明:快冷条件的钎焊界面为(Ni,Cu)3Sn4+Ni3P的复合结构;慢冷条件下界面结构为(Ni,Cu)3Sn4+Ni3P+(Cu,Ni)6Sn5。等温时效过程中Ni-P层逐渐消耗,(Ni,Cu)3Sn4生长变慢,(Cu,Ni)6Sn5生长遵循时间的平方根动力学,界面IMCs的生长表现为扩散机制控制。两种焊点界面层最终均演化为(Cu,Ni)6Sn5+(Ni,Cu)3Sn4+(Cu,Ni)6Sn5的复合结构。钎焊时效中慢冷焊点IMCs层厚度均大于同等条件的快冷IMCs层,慢冷时界面层IMCs生长速率为4.670×10-18m2/s,快冷时为3.816×10-18m2/s,表明钎焊冷却速率影响钎焊及服役过程中焊点的老化行为。
通过溶胶浸渍的方法在碳纤维表面涂覆锂硅溶胶,在高温热处理后,在碳纤维表面形成了二阶和四阶石墨插层化合物。采用涂层处理后碳纤维制备碳纤维增强锂铝硅(Cf/LAS)玻璃陶瓷复合材料。结果表明,碳纤维表面石墨插层化合物的形成,显著提高了Cf/LAS复合材料的热传导能力,提高热压烧结温度有利于热导率的提高。碳纤维表面无涂层处理的Cf/LAS复合材料的热导率在1.1~1.3W/(m·K)之间,碳纤维表面经过涂层处理后,Cf/LAS复合材料的热导率从1.3W/(m·K)提高到2.2W/(m·K),提高了70%。
使用水热法在二维编织的连续C纤维(Cf)表面沉积一种新型的LaPO4涂层,并通过树脂转移模塑(RTM)和聚合物浸渍裂解(PIP)工艺制备Cf/LaPO4/SiBCN陶瓷基复合材料(CMCs)。经微观组织表征,纤维束表面较为均匀地沉积了一层厚度约500nm的LaPO4涂层,且涂层在高温裂解过程中并未和纤维及基体发生明显的化学反应及元素迁移。同时制备Cf/SiBCN,Cf/PyC/SiBCN和Cf/BN/SiBCN复合材料,与Cf/LaPO4/SiBCN复合材料在抗弯强度、断裂韧度及抗氧化性能等方面进行对比。结果表明:制备所得Cf/LaPO4/SiBCN复合材料相对其他材料的断裂韧度提升了30%以上;在1350℃/50h长时氧化过程中质量损失最小、纤维几乎完整保留,抗氧化性能明显提升。综上,LaPO4涂层相比上述其他涂层进一步增强了C纤维增强的SiBCN陶瓷基复合材料在高温下的综合性能,提升了材料的高温应用潜力。
用邻苯二甲酸酐对芳纶纤维(AFs)进行刻蚀处理,以期改善其与回收聚对苯二甲酸乙二醇酯(R-PET)的界面相容性,同时作为刻蚀剂的邻苯二甲酸酐也是R-PET的扩链剂,有利于提高AFs/R-PET复合材料的特性黏度从而改善其力学性能,实现其从废旧回收品到工程塑料的转化。采用FE-SEM,XPS,MFR,DSC,TG分别对AFs的表面形貌和元素含量以及AFs/R-PET复合材料的冲击断面形貌、热性能和流动性能进行测试。结果表明:随着刻蚀时间的延长,AFs表面粗糙程度逐渐增大、表面含氧量也增大。此外,相对于纯R-PET,AFs/R-PET复合材料更容易结晶,其弯曲强度和冲击强度也有较大提高,当加入刻蚀时间为6h的AFs时,所得AFs/R-PET复合材料的特性黏度最大,达到0.9343dL·g-1,综合力学性能达到最佳。
采用爆炸喷涂工艺在树脂基复合材料表面制备0.45mm厚的Al涂层,利用扫描电子显微镜、能谱仪、X射线衍射仪、力学试验机等对涂层显微组织、相组成和结合强度进行分析;依据GJB 2604-1996和GJB 6190-2008分别测试涂层表面导电性能和电磁屏蔽性能。结果表明:爆炸喷涂技术制备铝涂层结合强度达到8.63MPa,孔隙率约为1.26%,优于传统火焰喷涂和等离子喷涂;爆炸喷涂铝涂层表面电阻率达到0.181mΩ/□,1~40GHz全频段电磁屏蔽效能达到60dB,是一种电磁屏蔽材料的理想选择。
以丁基橡胶为聚合物基体,酚醛树脂为硫化剂,通过加入压电陶瓷和导电炭黑,制得了一种高阻尼宽温域的聚合物基压电阻尼复合材料(PMN/CB/PF/ⅡR)。系统研究压电陶瓷和乙炔炭黑含量、极化、外加交变应力大小及频率、聚合物共聚基体等因素对复合材料阻尼性能的影响。研究表明:在相同的外力条件下,当外力施加频率与复合材料模量相匹配,PMN质量分数为50%,炭黑为5%时,PMN/CB/PF/ⅡR复合材料的阻尼系数峰值tanδmax达到最大0.81,阻尼温域范围为-35~60℃,复合材料的阻尼性能最好。而且,极化过的样品比未极化的样品具有更高的阻尼峰值。
基于三单胞模型,分别采用刚度平均化理论和数值分析方法对编织角为20°,30°,45°的三维四向编织复合材料的弹性常数及其随编织角变化规律进行预测,并在MTS试验机上开展了静态拉伸实验。结合理论分析、数值仿真与实验测试结果,发现随着编织角的增大,纤维束的刚度在纵向分量减小,而在横向分量增加,因此三维四向编织复合材料纵向刚度逐渐减小,横向刚度和横向剪切刚度逐渐增大。实验结果还发现不同编织角的复合材料纵向拉伸曲线具有较大差异,20°编织角实验件呈现线弹性,30°编织角实验件呈现非线性,45°实验件呈现双线性;而三种编织角的实验件的横向拉伸力学行为基本呈线性。通过与实验件纵横向拉伸实验结果对比,发现刚度平均化方法和数值模拟方法对三维编织复合材料编织方向刚度预测较为准确,但由于忽略了纤维与基体脱胶现象,对横向刚度预测偏差较大。
在紫外光氧环境中对低密度聚乙烯(LDPE)进行了64天的人工加速老化实验,以研究其在光氧环境下的老化行为及规律。利用力学实验、衰减全反射红外光谱技术(ATR-FTIR)、热重分析法(TGA)和差示扫描量热法(DSC)分别研究了低密度聚乙烯(LDPE)在光氧老化环境中力学性能、化学结构、热稳定性和熔融特性的变化规律,引入层次分析法(AHP)确定评价指标权重,采用改进主成分分析法(PCA)构建了LDPE的光氧老化综合评价模型。结果表明:随老化时间增加LDPE拉伸强度、弯曲强度、冲击强度分别下降了39.7%,32.3%,96.4%。分子结构中产生羰基、羟基等含氧基团,分子链断裂,支链增加。起始热分解特征温度和熔融峰峰值温度下降,LDPE表面破坏严重,老化作用剧烈。老化综合评价指标随老化时间呈现三段式的变化趋势,改进PCA法评价结果更为合理,适用于LDPE光氧老化行为的综合评价。