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    2023, 51(9): 0-0.
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    . 目录[J]. 材料工程, 2023, 51(9): 0-0.

  • 综述
  • 综述
    颜富荣, 刘雅贤, 范龄元, 张梅, 郭敏
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    颜富荣, 刘雅贤, 范龄元, 张梅, 郭敏. SiO2气凝胶的制备、改性及其重金属离子吸附性能的研究进展[J]. 材料工程, 2023, 51(9): 1-12.

    废水中重金属离子污染对人类健康造成了严重危害,吸附法因其高效经济、选择性好等优势备受关注。SiO2气凝胶具有高比表面积(>500 m2/g)、高孔隙率(>80%)、可控的表面基团及稳定的物理化学性质等特点,是一种具有潜力的重金属离子吸附剂。本文首先简述了SiO2气凝胶的制备及其对微观结构的影响研究进展,重点综述了SiO2气凝胶官能化方法及其吸附废水中重金属离子的吸附性能和影响因素,并分析了其吸附机理和吸附动力学过程,指出了实现SiO2气凝胶低成本短流程的可控制备、有效官能化及高效吸附多种重金属离子是未来的发展方向。

  • 综述
    张卓, 马迅, 刘平, 王静静, 章浩, 李伟
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    张卓, 马迅, 刘平, 王静静, 章浩, 李伟. 骨科植入物无机抗菌涂层的研究现状[J]. 材料工程, 2023, 51(9): 13-27.

    植入物感染是骨科最常见和最严重的并发症之一,也是导致植入手术失败的重要原因。当细菌在植入物表面形成生物膜后会极难消除,并吸附更多的细菌和真菌。大量研究表明,通过采用表面改性技术可有效减少致病菌的黏附和聚积,进而预防植入物周围感染。本文首先分析了细菌生物膜在骨科植入物表面的形成过程以及金属抗菌剂的抗菌机制。然后综述了目前国内外使用最广泛的一些金属基无机抗菌涂层及其相关的制备工艺,讨论了这些涂层在应用中存在的问题和改善方法,并展望了未来无机抗菌涂层的发展方向,包括协同抗菌型涂层和促成骨型抗菌涂层等。

  • 综述
    赵基钢, 王赫, 郑俊生
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    赵基钢, 王赫, 郑俊生. 锂离子电容器正极材料的研究进展[J]. 材料工程, 2023, 51(9): 28-36.

    锂离子电容器是介于锂离子电池和超级电容器两者之间的储能器件,兼具高能量密度和高功率密度,被认为是最有前途的电能储存系统之一。本文总结近年来碳基和嵌锂型正极材料的研究进展,详细介绍碳基和嵌锂型电极材料的分类和改性方法。为提高锂离子电容器的使用性能,通过微观结构调控、表面修饰、掺杂改性及复合材料等手段进一步优化正极材料,进行正负极动力学匹配,综合提高其电化学性能。最后梳理出未来锂离子电容器正极材料的研究热点集中在对正极材料微观结构的调控优化、元素掺杂和表面改性以及与其他材料复合等方面,并指出未来发展方向在于优化碳材料的结构与组成、克服倍率和循环性能的限制以及开发在高压下更稳定的正极材料等。

  • 综述
    崔烨璇, 仝雅娜, 刘伟东, 李政, 巩继贤, 乔长晟
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    崔烨璇, 仝雅娜, 刘伟东, 李政, 巩继贤, 乔长晟. 纤维素基水凝胶的构建及其应用[J]. 材料工程, 2023, 51(9): 37-51.

    水凝胶是一种交联的三维网状亲水性聚合物材料,能够吸收和保留大量的水并且保持一定形状。近年来,随着石油资源的枯竭和人类对环境问题的日益关注,天然或改性类高分子合成聚合物水凝胶已成为研究的热点。纤维素及其衍生物是一大类可再生天然高分子材料,具有无毒、资源丰富以及种类繁多等特点,由它合成的纤维素基水凝胶具有良好的吸水保水性、生物相容性和生物可降解性等,可应用于医疗、环境、农业等多个领域。本文综述了近年来纤维素基水凝胶的构建及应用研究进展,将水凝胶的微观网络结构与宏观性能相结合,重点对比了单网络、互穿网络和半互穿网络纤维素基水凝胶的力学性能、溶胀性能和吸附性能等,并对其在医疗、环境、农业以及电子领域的应用进行总结。对开发兼具力学性能和生物相容性的纤维素基水凝胶以及未来发展更多绿色经济的方法合成纤维素基水凝胶材料并将之用于工业化提出了展望。

  • 综述
    张浩, 司乐琦, 王林, 程峥明, 刘自民, 黄华, 容北国
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    张浩, 司乐琦, 王林, 程峥明, 刘自民, 黄华, 容北国. 钢渣基功能填料的高附加值非建材领域应用研究进展[J]. 材料工程, 2023, 51(9): 52-59.

    人类在面临一次资源日益枯竭的同时,又必须面对因一次资源消耗带来的固废难处理问题。因此,在充分考察钢渣性质基础上,利用钢渣特性,研发可以用于橡胶、涂料、塑料领域的钢渣基功能填料,有望实现钢渣跨产业生态链及高附加值利用,具有巨大经济价值与重要现实意义。钢渣基功能填料具有吸附性强、粒径小、与有机体系相容性好等特征,在橡胶输送带、钢结构防锈涂料、建筑外墙涂料、人造复合板材等领域具有广泛应用的潜力。本文首先对钢渣的特性、钢渣基功能填料的制备原理做了简要介绍;并就钢渣基功能填料作为橡胶填料、涂料颜填料与塑料填料的应用情况进行了具体分析。然后详细指出钢渣基功能填料用于橡胶复合材料、建筑外墙底漆、建筑外墙涂料、PVC微发泡板材的特点,并就目前钢渣基功能填料的局限性进行详细评述。在此基础上,指出优化钢渣基功能填料性能与开发多固废基协同复合功能填料,是钢渣基功能填料未来主要发展方向。

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    喻健, 李嘉荣, 方向, 王强, 刘世忠, 韩梅
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    喻健, 李嘉荣, 方向, 王强, 刘世忠, 韩梅. 二次γ'相演化对DD6单晶高温合金蠕变性能的影响[J]. 材料工程, 2023, 51(9): 60-66.

    采用FESEM和TEM研究二次γ'相演化对DD6单晶高温合金760℃/785 MPa和980℃/250 MPa蠕变性能的影响。结果表明:标准热处理的DD6合金经1120℃/4 h/AC处理,基体通道内析出二次γ'相。760℃/785 MPa蠕变时,基体通道内的二次γ'相在蠕变初期阻碍a/2〈011〉位错在基体通道内运动,促进{111}〈112〉滑移在一次γ'相开动,从而缩短孕育期时间,显著增加蠕变第一阶段应变和蠕变速率。980℃/250 MPa蠕变时,基体通道内的二次γ'相在蠕变初期快速回溶,二次γ'相对980℃/250 MPa蠕变行为基本没有影响。

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    许久健, 张焘, 付金禹, 许光明, 李勇, 王昭东
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    许久健, 张焘, 付金禹, 许光明, 李勇, 王昭东. 电磁场对水平双辊铸轧Ti/Al/Cu复合板界面结合强度的影响[J]. 材料工程, 2023, 51(9): 67-77.

    利用水平双辊铸轧技术制备Ti/Al/Cu复合板,通过在铸轧过程中施加脉冲电场和电磁振荡场,研究不同外场对铸轧复合板界面结合强度的影响。结果表明:电磁场对铸轧过程的稳定性没有影响。施加脉冲电场和电磁振荡场后,Ti/Al界面和Cu/Al界面的扩散层厚度增加,界面结合强度显著提高。施加电磁振荡场后,在铸轧区的液穴内产生交变的电磁体积力。在电磁体积力的作用下,铝熔体内部产生震荡效应并对金属带表面进行冲刷,使金属带表面新形成的晶核脱离。此外,震荡效应使得金属带与铝熔体接触处的温度梯度降低,凝固速度减慢从而延长固-液接触时间。这些作用使得熔体在金属带表面铺展湿润更加充分,促进了原子间的互扩散,从而产生了更多的冶金结合区域并增大了冶金结合的强度。

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    颉芳霞, 张文成, 张世文, 陆东兴, 孙琪超, 何雪明
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    颉芳霞, 张文成, 张世文, 陆东兴, 孙琪超, 何雪明. Li对7075铝合金钻杆材料微观组织与摩擦磨损行为的影响[J]. 材料工程, 2023, 51(9): 78-86.

    采用热压烧结制备7075-(0%,0.5%,1%,2%,质量分数,下同)Li合金,研究Li对7075铝合金微观组织及摩擦磨损性能的影响。结果表明:7075-0.5Li合金在60 kN烧结压力下致密度可达到99%以上。铝合金由α-Al相、η相和S'相组成;随着Li含量增加至2%,η相减少,δ'相、δ相增多,但α-Al仍为主相。铝合金的硬度和磨损率分别为71.25HV和3.50×10-3 mm3·N-1·m-1,随Li含量增加,铝锂合金硬度降低,磨损率升高,但7075-0.5Li比铝合金的硬度更高,磨损率更低。7075-Li合金均发生了氧化磨损,同时还发生了黏着磨损。铝锂合金随Li含量增加,η相减少,硬度降低,Al2O3脆性大从而与基体结合较弱,微观组织枝晶间距增大,导致合金由磨粒磨损逐渐转变为黏着磨损,耐磨性能逐渐降低。与铝合金相比,热压烧结制备的7075-0.5Li合金显示了更好的耐磨性能。

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    温庆桦, 胡斌, 吴文勇, 罗海文
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    温庆桦, 胡斌, 吴文勇, 罗海文. 高强韧中锰钢在模拟黄河水沙冲刷下的磨蚀机理[J]. 材料工程, 2023, 51(9): 87-96.

    通过MCF-30试验机模拟黄河水沙冲刷,研究高强韧复相中锰钢磨蚀失效机理及不同水泵材料的耐磨蚀性能与力学性能之间的关系。结果表明:微裂纹初期多在奥氏体/马氏体相界萌生,扩展后产生空蚀坑,在水沙冲刷下进一步破坏而形成更大尺寸的凹坑。同时相界面的增多导致耐磨蚀性能下降。随着温度的升高,中锰钢的奥氏体体积分数从16.4%上升到22.9%,质量损失速率从2.6 g·m-2·h-1增加至7.8 g·m-2·h-1。此外,研究对比中锰钢和现役抽黄泵叶轮材料的力学性能和磨蚀质量损失之间的关系,发现在不发生脆性断裂时,材料硬度越高,磨蚀质量损失越低;而当材料在水沙冲刷下发生塑性变形时,抗拉强度越高的材料抗磨蚀性能也越好;硬度相近时,改善材料的塑性、韧性,也有助于改善抗磨蚀性能。与现有叶轮材料相比,中锰钢在抗拉强度、加工硬化能力、硬度和韧性等各方面的综合性能更佳,因此有望在延长抽黄泵叶轮材料使用寿命方面具有较好的应用前景。

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    胡锦龙, 邱义, 钱锋, 韩启飞, 闫杨予, 王俊升, 郭跃岭
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    胡锦龙, 邱义, 钱锋, 韩启飞, 闫杨予, 王俊升, 郭跃岭. 2050铝锂合金板材拉伸力学性能三维各向异性[J]. 材料工程, 2023, 51(9): 97-106.

    随着铝锂(Al-Li)合金在航空航天领域的应用愈发广泛,对其各向异性研究有助于Al-Li合金的进一步开发利用。采用扫描电子显微镜(SEM)、透射电子显微镜(TEM)、X射线衍射(XRD)、电子背散射衍射(EBSD)等对T3态2050 Al-Li合金板材进行显微观察,通过拉伸实验对合金板材轧制方向、垂直轧制方向、厚度方向的拉伸力学性能三维各向异性进行研究。结果表明:T3态2050 Al-Li合金轧制板材轧向中间层强度最高,屈服强度为370 MPa,抗拉强度为465 MPa,而伸长率最小,为9.6%;合金板材横向表面层强度最低,屈服强度为325 MPa,抗拉强度为431 MPa,伸长率最高为19.2%。合金板材不同厚度层断口形貌、晶粒大小不同;2050 Al-Li合金板材不同厚度层各向异性程度不同:0T(表面层)、0.25T(中间层)屈服强度和抗拉强度各向异性强,伸长率各向异性弱;而0.5T(中心层)屈服强度和抗拉强度各向异性弱,伸长率各向异性强。2050 Al-Li合金板材不同厚度层各向异性主要由晶粒取向、织构引起,0T和0.5T厚度层最强织构类型均为{011}〈211〉黄铜织构。

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    王浩, 赵君文, 范军, 张海成, 黄兴民, 韩靖
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    王浩, 赵君文, 范军, 张海成, 黄兴民, 韩靖. 热暴露对7A85铝合金微观组织和力学性能的影响[J]. 材料工程, 2023, 51(9): 107-116.

    选用7A85-T74锻造铝合金为实验材料,研究室温至240℃内热暴露5 h后的合金微观组织、拉伸性能及冲击吸收能量,并结合透射电子显微镜分析微观组织对合金力学性能的影响机理。结果表明:在80~240℃热暴露温度范围内,7A85-T74铝合金晶粒尺寸变化不大,但沉淀相随温度升高有显著变化;在120℃以内,随热暴露温度的升高,析出物尺寸、拉伸性能和冲击吸收能量整体变化不大,沉淀强化机制为位错切过析出物和位错绕过析出物的混合机制;随着热暴露温度由120℃升高至240℃,析出物的平均半径由室温下的3.8 nm增加至12.3 nm,析出物由η'相向η相转变,合金的屈服强度和抗拉强度显著下降,较室温分别下降45.7%和33.5%,伸长率、断面收缩率和冲击吸收能量显著升高,沉淀强化机制转变为位错绕过析出物,断裂方式由沿晶断裂和韧窝型穿晶断裂组成的混合断裂转变为韧窝型穿晶断裂。基于沉淀强化理论讨论析出物尺寸对合金强度与冲击吸收能量的影响,理论分析结果与实验结果相符。

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    李涵, 李昭东, 曹杰, 张可, 曹燕光, 雍岐龙
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    李涵, 李昭东, 曹杰, 张可, 曹燕光, 雍岐龙. 冷拔小口径16MnNiV无缝钢管的显微组织与力学性能演变规律[J]. 材料工程, 2023, 51(9): 117-127.

    16MnNiV钢由16Mn,16MnV钢发展而来,棒坯经热穿孔轧制成为管坯后,再进行冷轧、冷拔和热处理,用于制备高强度小口径的高压油管。通过光学显微镜(OM)、扫描电子显微镜(SEM)、电子背散射衍射技术(EBSD)、透射电子显微镜(TEM)以及物理化学相分析法研究了在拉拔制管过程中小口径16MnNiV无缝钢管显微组织与力学性能的演变,揭示了其微观组织以及第二相析出的变化规律,并计算了其强化增量,相关结果可以为高强度高压油管的材料研制和性能提升提供参考。结果表明,实验钢在拉拔制管过程中的主要组织为铁素体与珠光体,随着冷拔工艺的进行,实验钢的有效晶粒尺寸呈现减小趋势。从析出情况来看,一次拉拔后退火会增加其析出总量,二次拉拔后退火不改变其析出总量。通过EDS分析得知,析出的第二相粒子为VC。经过冷拔过程以及不同的热处理工艺,实验钢的抗拉强度和屈服强度均逐渐增加,伸长率逐渐降低。强化机理计算可知,由于冷拔过程变形量较大,实验钢屈服强度的提高主要来自于细晶强化的贡献。ϕ6.35 mm×3 mm圆管经过热处理后的抗拉强度达到960 MPa以上,屈服强度达到864 MPa,伸长率达到15.5%,相比于其他16Mn系高压油管产品,力学性能得到较大提升,同时获得了良好的强塑性匹配。

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    樊磊, 李波, 何锦航, 白洁, 毛进, 张有佳, 黄朝文, 李伟, 石维
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    樊磊, 李波, 何锦航, 白洁, 毛进, 张有佳, 黄朝文, 李伟, 石维. 超声滚压对6061铝合金第二相诱发局部腐蚀的影响[J]. 材料工程, 2023, 51(9): 128-139.

    采用超声滚压技术(USRP)改变6061铝合金表层,实现不同静压力下USRP对6061铝合金第二相组织的改变,从而提高铝合金的耐腐蚀性能。使用SEM,SKPFM以及激光共聚焦等手段,基于微区电偶腐蚀原理,在考虑溶液阻抗与氧化物阻抗的条件下,得出第二相尺寸与局部腐蚀发展的关联规律,并利用激光共聚焦显微镜原位观察,验证第二相尺寸对局部腐蚀发展的影响。结果表明:当铝合金表层经0.10 MPa静压力滚压时,在3.5%(质量分数)NaCl溶液中的初期自腐蚀电流密度仅为未处理试样的1/15,腐蚀速率降低了93.04%。Mg2Si相在滚压过程中并未发生显著形态变化,对USRP前后腐蚀性能变化无显著影响。长条状连续分布的AlFeSi相会在USRP作用下细化为微纳尺度的弥散状分布。充分细化后的AlFeSi相会因腐蚀微电池的局部阴阳极面积比减少而减弱电偶腐蚀效应,虽会促进铝合金基体的亚稳态点蚀形核率,但同时也会造成自身的快速溶解。当自溶解发生或在亚稳态蚀孔内壁形成Al2O3氧化膜保护时,AlFeSi相对铝合金基体电偶腐蚀效应大幅减弱,从而提高6061铝合金整体的耐腐蚀性能。

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    刘一贺, 王刚, 周小兵, 王秒, 王微
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    刘一贺, 王刚, 周小兵, 王秒, 王微. 电流辅助下CoFeCrNiCuTi2高熵合金钎焊SiC陶瓷接头组织与性能[J]. 材料工程, 2023, 51(9): 140-147.

    采用电流辅助连接技术,以CoFeCrNiCuTi2高熵合金为连接层材料,在1125℃的温度下,实现了SiC陶瓷的快速钎焊,提高了连接效率的同时保证了元素的充分扩散,系统研究了钎焊温度对连接接头界面微观结构和力学性能的影响。结果表明:所获得的钎焊接头无明显缺陷,焊缝组织主要由高熵FCC相、TiC相、Cr23C6相组成。界面致密的TiC反应层的形成在一定程度上抑制了高熵合金的分解和金属间化合物的生成,并缓解了SiC基体界面与高熵合金钎料之间的热应力。同时,由于高熵合金钎料的迟滞扩散效应,焊缝中心主体钎料仍保持高熵合金的FCC结构。力学性能测试表明:钎焊接头强度随钎焊温度升高呈先降低后增大的变化趋势。当连接温度为1125℃时,碳化硅接头获得最大弯曲强度,达到37 MPa,高于普通镍基钎料约21.3 MPa。

  • 研究论文
    夏一冕, 刘智, 常增花, 庞静, 卢世刚
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    夏一冕, 刘智, 常增花, 庞静, 卢世刚. 高镍三元/硅氧碳软包电池在不同温度下的日历老化机制[J]. 材料工程, 2023, 51(9): 148-157.

    由于电动汽车在大多数时间处于非工作状态,因此电池搁置期间的日历老化会对电池的寿命产生显著影响。高温加速实验是快速评价电池日历寿命的常用方法,为了获得可靠的高温加速老化实验结果,需要对不同温度条件下的电池衰减机理进行研究。以高镍三元/硅氧碳软包电池为研究对象,基于无损的电化学微分曲线分析和电池拆解验证,研究不同搁置温度对高镍/硅氧碳电池日历老化性能及老化机制的影响。结果表明:随着搁置温度的升高,电池老化速度逐渐加快,表现为容量加速衰减和直流内阻大幅增加。无损分析结果表明:活性锂损失和正极活性物质损失是电池日历老化的主要影响因素,随着温度升高,电池的活性锂损失程度和正极活性物质损失程度都有所增加,负极老化情况基本保持不变;进一步结合拆解验证结果表明:55℃下的高温搁置加速了正极材料性能的衰退,高温下正极NCM811材料颗粒出现内部裂纹和粉化,不宜作为电池搁置期间加速老化实验的加速因子。

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    吕奕菊, 梁勇清, 谭家栩, 张晨霞, 刘峥, 邹品田
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    吕奕菊, 梁勇清, 谭家栩, 张晨霞, 刘峥, 邹品田. 改性水系钠离子电极材料Na3V2(PO4)3的制备及性能[J]. 材料工程, 2023, 51(9): 158-166.

    采用水热法合成水系钠离子电池正极材料Na3V2(PO43(NVP),并通过非金属N和金属元素Al,Mn进行离子掺杂改性研究。考察掺杂量对NVP性能改性的影响,当Mn掺杂量为0.08 mol时,材料具有明显的层状结构,表现出最佳的放电比容量439.8 F/g。通过XRD,SEM,BET和XPS对样品结构和形貌进行表征,通过循环伏安和充放电测试结果分析样品的电化学性能。结果表明:所得样品均为纯相的NVP,离子掺杂并没有改变NVP的晶体结构;NVP/Al提高了颗粒的分散性,NVP/N和NVP/Mn形成孔道明显的层状结构。在1 A/g电流密度下,未掺杂的NVP的放电比容量为342 F/g,NVP/N的放电比容量为380.8 F/g,NVP/Al的放电比容量为405 F/g;NVP/Mn的放电比容量为439.8 F/g。由此可知,掺杂适量的金属离子和非金属离子能够显著提高水系NVP的电化学性能。

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    何文远, 朱红伟, 熊小燕, 王经纬, 陈丽娟, 凌辉, 谢龙, 郑学军
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    何文远, 朱红伟, 熊小燕, 王经纬, 陈丽娟, 凌辉, 谢龙, 郑学军. Mn, P共掺杂MoS2微米花的制备及其电解水析氢性能[J]. 材料工程, 2023, 51(9): 167-175.

    提出一种阴、阳离子共掺杂策略,采用一步水热法成功制备Mn,P共掺杂的MoS2微米花(Mn,P)-MoS2析氢电催化剂。通过X射线衍射、拉曼光谱、扫描电子显微镜、X射线能谱和X射线光电子能谱等方法对(Mn,P)-MoS2的结构、形貌、成分及化合价态进行表征,并使用电化学工作站对其电解水析氢性能进行测试。结果表明:Mn,P原子被成功掺入MoS2晶格中;(Mn,P)-MoS2在电流密度为10 mA·cm-2时的析氢过电位为235 mV,塔菲尔斜率为61.2 mV·dec-1,远低于纯MoS2及单一的Mn或P掺杂MoS2,具备良好的析氢稳定性。(Mn,P)-MoS2具有优异的析氢性能可归因于:Mn,P的掺入激活MoS2的惰性基面,优化MoS2的电子结构,提升其电导率,且Mn,P的协同作用实现单一阴离子或阳离子掺杂的互补优势,增加面内析氢活性位点的数目,加快Volmer电化学吸附步骤的进行。

  • 研究论文
    刘伟, 吴鹏, 牛艳召, 刘洋, 陈旭勇, 马剑
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    刘伟, 吴鹏, 牛艳召, 刘洋, 陈旭勇, 马剑. 氧化钛绝缘层的水解制备及其对磁粉芯的影响[J]. 材料工程, 2023, 51(9): 176-182.

    优化绝缘工艺对研制高性能磁粉芯至关重要。采用钛酸四丁酯水解工艺在气雾化铁硅铝磁粉表面成功包覆了一层均匀致密的氧化钛绝缘层,并系统探究了水用量对绝缘效果的影响,分析了不同氧化钛绝缘层对所制得粉芯电磁性能的影响规律。结果表明,随着水用量从磁粉质量的10%增加到40%,磁粉表面绝缘层先均匀致密,后增厚疏松。较高的水用量可加快水解缩聚反应,但过高水用量易导致水解过快,不利于绝缘层的均匀结晶生长。均匀致密的绝缘层可在保证相对较高的粉芯密度的前提下,提高粉芯电阻率,从而有效抑制高频涡流、增强磁导率频率稳定性。水用量为磁粉质量的20%时制得的粉芯样品综合性能最优,其有效磁导率可达82,电阻率高达1022.35 kΩ·cm,在100 kHz,50 mT下的磁损耗仅为77.63 mW/cm3

  • 研究论文
    胡海, 孟祥胜, 柯红军, 王献伟, 李显明, 龚狄荣, 王震
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    胡海, 孟祥胜, 柯红军, 王献伟, 李显明, 龚狄荣, 王震. 长时耐300℃易成型聚酰亚胺树脂及其复合材料[J]. 材料工程, 2023, 51(9): 183-191.

    以苯炔基苯酐为封端剂,异丙醇为酯化试剂和溶剂,采用原位聚合法合成一系列耐高温、易成型聚酰亚胺树脂。所制备的聚酰亚胺树脂溶液在室温下储存16周依然没有固体析出,且溶液黏度没有明显变化,显示出较好的室温储存稳定性。树脂低聚物的最低熔体黏度 < 300 Pa·s,显示出良好的熔体流动性和工艺窗口,适合模压或热压罐工艺。树脂固化物的玻璃化转变温度最高可达462℃,具有很好的耐热性能。T300/PMR-PE-2碳纤维复合材料室温弯曲强度为963 MPa,弯曲模量为53.0 GPa,层间剪切强度为56 MPa,300℃下其力学性能保持率≥66%。300℃等温热氧老化500 h后,复合材料的热失重仅为0.96%,室温弯曲强度保持率为72%,层间剪切强度保持率高达98%,具有优异的抗热氧老化性能。

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    郭书君, 尹昌平, 赵秀辉, 杨金水, 邢素丽
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    郭书君, 尹昌平, 赵秀辉, 杨金水, 邢素丽. 聚氨酯弹性体分子结构对阻尼及力学性能的影响[J]. 材料工程, 2023, 51(9): 192-199.

    为获得深水环境用减振降噪聚氨酯弹性体(PUE),选择甲苯二异氰酸酯(TDI)、聚丙二醇2000(PPG2000)和三乙醇胺(TEA)为原材料浇注制备了PUE,探究硬段含量、R值和合成方法对PUE阻尼性能和压缩模量的影响。结果表明:随着硬段含量的增加,PUE的tanδ峰值减小,压缩模量增强;随着R值的增加,Tg增大,压缩模量先增大后降低,R=2时达到峰值。预聚体法和一步法对合成出PUE的tanδ的影响较小,但预聚体法合成PUE的压缩模量明显优于一步法。增加分子链刚度、氢键化程度和硬段微区分布均匀程度可以有效提升PUE的压缩模量,但会导致阻尼性能下降。

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    李岳, 李炯利, 梁佳丰, 王旭东
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    李岳, 李炯利, 梁佳丰, 王旭东. 三维木头海绵-石墨烯/环氧树脂复合材料的制备及性能[J]. 材料工程, 2023, 51(9): 200-207.

    采用天然巴沙木作为原材料,进行选择性刻蚀,得到三维层状结构的木头海绵。以木头海绵为模板,在负载一定比例的还原氧化石墨烯(rGO)与石墨烯纳米片(GNP)后,通过真空浸渍的方法与环氧树脂复合并固化,制备得到石墨烯-木头海绵(G-WS)/环氧树脂复合材料。结果表明:采用真空浸渍的方法,能够成功使氧化石墨烯(GO)在水热还原的同时,带动GNP负载到木头海绵表面,同时GO被还原成为rGO,经过与环氧树脂复合后,在环氧树脂内部,G-WS仍然保持良好的三维结构,这种取向分层结构使复合材料具有导热的各向异性,三维连通的结构也为良好的热导率奠定了基础。当填料质量分数为1.45%时,沿取向结构方向的热导率能够达到1.59 W·m-1·K-1,相比于纯环氧树脂而言,热导率提升率高达457%。同时由于木头海绵内部层状的结构,赋予了G-WS良好的压缩回弹性能,能够实现80%压缩以及40%形变压缩,循环100次但不发生明显形变。

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    任明伟, 自雅娴, 张莹, 周玉敬, 邱虹, 刘刚, 白华, 胡晓兰
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    任明伟, 自雅娴, 张莹, 周玉敬, 邱虹, 刘刚, 白华, 胡晓兰. 氧化石墨烯的尺寸对碳纤维/环氧树脂湿热界面性能的影响[J]. 材料工程, 2023, 51(9): 208-216.

    通过Hummers法获得两种尺寸的氧化石墨烯(GO),利用模压成型制备GO改性碳纤维增强环氧树脂复合材料(GO/CF/EP),并对复合材料进行湿热处理,利用层间剪切性能、动态热机械性能和微观形貌分析室温干态和湿热处理后复合材料的改性效果。结果表明:GO对复合材料的层间剪切强度和玻璃化转变温度均具有良好的改善作用;室温干态时两种尺寸GO对复合材料层间剪切强度的改善效果基本相同;随GO含量增加,小尺寸GO使复合材料的湿热层间剪切强度下降更快,GO含量为0.1%(质量分数,下同)时对复合材料的层间剪切性能改善作用较好,而GO含量为0.2%时对复合材料的玻璃化转变温度改善更好。随GO含量增加,GO-EP复合树脂基体的放热峰向低温移动,小尺寸GO使复合树脂的凝胶时间变短。微观形貌分析表明,GO的存在有利于增加复合材料破坏时的裂纹扩散路径,从而更有助于材料耗散裂纹尖端能量。

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创刊于1956年,月刊

ISSN:1001-4381

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