关键词： C/C-SiC复合材料   ZrC纳米粉体   反应熔渗   微观结构   烧蚀性能  

摘要： 为改善C/C-SiC复合材料的抗烧蚀性能,以ZrC纳米粉体和Si粉为反应渗料,采用反应熔渗(reactive melt infiltration,RMI)法制备ZrC纳米粉体改性C/C-SiC复合材料。采用X射线衍射仪、扫描电镜和能谱仪等研究ZrC纳米粉体含量对C/C-SiC复合材料微观结构和烧蚀性能的影响。结果表明:随ZrC纳米粉体含量增加,复合材料的孔隙率增大,而密度变化不大。ZrC纳米粉体一部分弥散分布在SiC基体中,一部分则发生了团聚。烧蚀30 s后,ZrC纳米粉体摩尔分数为6%时,复合材料的质量烧蚀率和线烧蚀率最低,分别为2.0 mg/s和3.9μm/s。随ZrC纳米粉体含量增加,烧蚀过程中形成的ZrO_(2)含量增多,对SiO_(2)的钉扎作用明显增强,能有效提升C/C-SiC复合材料的抗烧蚀性能。

关键词： 亚高温   地聚合物   高延性   力学性能   微观机理  

摘要： 高温是服役结构可能面临的荷载形式,无机纤维由于具有高温熔化特性,会影响高延性复合材料的高温力学性能。为了促进高延性地聚合物复合材料的实际应用,本工作通过开展单轴拉伸和压缩试验研究了其在经历20~200℃亚高温环境后的力学性能变化,并利用扫描电子显微镜分析了不同温度的微观结构,阐释了其力学性能变化机理。结果表明,当温度不超过100℃时,由于高温对地聚合物反应的促进作用,高延性地聚合物复合材料的拉伸强度、延性以及抗压强度随温度的升高逐渐增加。随温度的进一步升高,由于纤维的熔化效应,拉伸强度和延性逐渐降低;同时,高温蒸汽压的积累引起了更多微裂纹的生成,从而导致了抗压强度逐渐减小。高温有利于降低高延性地聚合物复合材料的拉伸裂缝宽度。

关键词： 复合材料开孔板   失效行为预测   载荷-位移曲线   深度学习   长短时记忆模型  

摘要： 为研究复合材料开孔板在拉伸载荷下的失效行为,基于开孔板的拉伸试验建立了高精度的有限元仿真模型,并批量生成了拉伸载荷-位移曲线的数据集。提出了一种双长短时记忆(Long short-term memory,LSTM)神经网络模型用于预测载荷-位移曲线,其中第1个LSTM模型进行输入特征的提取,第2个LSTM模型直接给出载荷-位移曲线的预测。结果表明:这一模型能够高效、准确地预测开孔板的拉伸载荷-位移曲线,在测试集上的决定系数R2可以达到0.9755,关键特征如初始刚度E0的预测误差仅为1.85%,极限载荷Fmax的预测误差仅为2.16%。

关键词： 复合材料   介孔   氧化硅   纳米银   抗菌   纳米载体  

摘要： 【目的】为了解决传统的木材银离子抗菌剂中的Ag^(+)易氧化导致其抗菌耐久性有限以及新型纳米银抗菌剂的AgNPs易团聚等问题,制备了一种新型纳米银/介孔氧化硅(Ag/MCM-41-NH_(2))复合抗菌材料。【方法】选取表面氨基改性的介孔氧化硅(MCM-41)作为Ag^(+)的载体,将Ag^(+)负载到改性载体上,并将其原位绿色还原成纳米银(AgNPs)。采用SEM、TEM、N_(2)吸附–脱附、XPS、XRD、FTIR和ICP-MS等手段分析了复合抗菌剂的表面形貌、结构和Ag^(+)的缓释性能。使用抑菌圈法和振荡法测试了复合抗菌剂的抗菌活性,分析了其抗菌性能和抗菌耐久性。【结果】改性后的MCM-41由于表面接枝了大量的氨基,可以与Ag^(+)发生接枝,还原的AgNPs成功负载在MCM-41内部,呈均匀圆球状,分散均匀。抗菌试验和Ag^(+)缓释结果表明,Ag^(+)/MCM-41-NH_(2)和Ag/MCM-41-NH_(2)对金黄色葡萄球菌和大肠杆菌的初始抗菌率均可以达到99.00%以上。但放置90 d后,Ag^(+)/MCM-41-NH_(2)的Ag^(+)流失率为25.00%,对金黄色葡萄球菌和大肠杆菌的抗菌率分别下降到88.75%和79.10%,而Ag/MCM-41-NH_(2)的Ag^(+)流失率降低到5.10%,且对金黄色葡萄球菌和大肠杆菌的抗菌率仍保持在98.93%和96.93%的较高水平。【结论】AgNPs在载体MCM-41-NH_(2)上均匀分散,制备的Ag/MCM-41-NH_(2)复合抗菌剂具有良好的抗菌性能和抗菌耐久性。

关键词： 周向导波   频散   复合材料圆管   矩阵束方法  

摘要： 基于矩阵束算法,提出了一种从弧形阵列采集数据中获取复合材料圆管多模态周向导波频散数据的方法。首先根据留数定理,给出了频率域导波响应信号的多模态周向导波叠加公式,构建了阵列导波信号的Hankel矩阵;然后通过求解Hankel矩阵的广义特征值获取了导波的频散数据,给出了综合利用正向和反向接收弧形阵列处理结果降低频散数据中噪声的方法;最后,设计了碳纤维复合材料圆管中周向传播导波信号的测量实验,利用矩阵束方法获取了圆管周向导波的频散数据,并与采用半解析有限元方法模拟的理论频散曲线进行了对比分析。理论频散曲线与实验数据吻合良好,表明该方法具有很强的鲁棒性,即使采用空气耦合换能器作为发射接收阵列,也可以有效地从弧形阵列波形信号中获取周向导波的频散数据。

关键词： 复合材料   周期序构   力学性能   结构设计  

摘要： 高性能结构材料部件在航空航天、交通汽车、电子信息、冶金等领域具有重要的应用价值,得到了广泛研究。增强结构材料部件整体性能的方法主要包括材料本征性能提升和结构复合设计优化,但提高单一结构材料的本征力学性能的研究已接近极限。本研究旨在提出周期序构结构材料的理念,并采用一体化烧结制备出整体性能更好的结构复合材料,从而探索高性能结构复合材料发展的新范式。通过周期序构化的设计,构建了兼具陶瓷高硬度和金属强韧性的TiB-Ti功能单元,设计制备了不同周期序构模式的TiB-Ti高性能结构复合材料。在此基础上,对这些结构进行了力学性能研究,并通过分析其断裂模式来探究不同序构模式对材料整体性能的影响。结果表明,周期序构化可以通过改变材料宏观断裂模式和应力分散特性来提高材料的整体性能。这一研究新范式对其他结构复合材料的结构设计和性能突破具有指导和借鉴意义。对周期序构模式的复杂化探索,对周期序构结构材料的应用场景探索和其他性能测试研究也将是未来需要重点关注的问题。

关键词： 负极材料   水热法   Sb_(2)MoO_(6)   电化学性能   锂离子电池  

摘要： 以三氟化锑和钼酸铵为锑源和钼源,采用水热法制备出锑钼锑(Sb_(2)MoO_(6))和Sb_(2)MoO_(6)/纳米碳管(CNTs)复合物,利用苯胺聚合在Sb_(2)MoO_(6)和Sb_(2)MoO_(6)/CNTs上继续包覆聚苯胺(PANI)得到Sb_(2)MoO_(6)@PANI (Sb_(2)MoO_(6)/CNT)@PANI。采用XRD、SEM、EDX等手段对样品结构和形貌进行表征,结果发现制备的Sb_(2)MoO_(6)为不均匀的长为10μm的棒状形貌,而CNTs复合后的Sb_(2)MoO_(6)形貌变成厚约为100 nm的片状。作为锂离子电池负极材料,对所有合成的样品进行电化学性能测试,探讨CNTs复合和聚苯胺(PANI)包覆对Sb_(2)MoO_(6)样品的电化学性能的影响。结果表明:Sb_(2)MoO_(6)@PANI、Sb_(2)MoO_(6)/CNTs、(Sb_(2)MoO_(6)/CNTs)@PANI样品的电化学性能均优于Sb_(2)MoO_(6),其中(Sb_(2)MoO_(6)/CNT)@PANI具有最佳的电化学性能。(Sb_(2)MoO_(6)/CNT)@PANI在电压范围为0.01~3 V、电流密度为100 mA·g^(-1)条件下,循环100圈后,放电比容量为650 mAh·g^(-1)。CNTs复合和PANI包覆后的Sb_(2)MoO_(6),颗粒粒径大大降低,还增加了钼酸锑的导电性(阻抗161Ω),在电化学循环过程中有效延缓了Sb_(2)MoO_(6)材料的体积崩塌。

关键词： 纳米埃洛石   铜锰铈金属氧化物   室内除醛  

摘要： 利用单一方式去除甲醛效果差,采用物理吸附与催化相结合的方式,可起到优势互补的效果。以硅烷偶联剂(KH550)改性的纳米埃洛石(HNTs)为载体,MnO_(2)、CuO和CeO_(2)为催化剂制备了一种用于去除室内甲醛的埃洛石-金属氧化物复合材料。结果表明:Cu-Mn-Ce已负载至纳米埃洛石中;且纳米埃洛石的大孔径和Cu-Mn-Ce的高比表面积为复合材料提供了更利于吸附甲醛的孔结构;此外,Cu-Mn-Ce的负载为复合材料提供了可将甲醛催化转化成CO_(2)和H_(2)O的活性氧,经过24h后,复合材料在室温下的甲醛去除率为57.4%。因此,该方法制备的复合材料在室内除醛领域具有一定的研究潜能。

关键词： 光热催化   降解有机染料   WS_(2)@Ag   表面等离子效应  

摘要： 光热过程是太阳能利用中最有效的能量转换过程。在这项研究中,将制备的WS_(2)@Ag复合材料作为光热催化剂。结合过一硫酸盐(PMS)辅助催化去除有机染料RhB。通过UV-Vis、XRD、SEM、TEM等测试手段对该催化剂进行了表征。并在一个模拟太阳光照射下,以广泛使用的有机染料RhB的降解为例,从光热催化、光催化和热催化等方面综合评价了WS_(2)@Ag复合材料的光热降解性能。动力学分析表明,WS_(2)@Ag作为催化剂,光热组的降解效率分别是纯光组和纯热组的1.33和1.82倍,在50 min内降解率达到95%。系统地研究了光热催化条件下催化剂和PMS的用量及复合材料的循环稳定性,通过捕获实验测试结果表明:WS_(2)@Ag/PMS催化体系中存在SO_(4)^(·-)、·OH和^(1)O_(2)活性物种,协同降解RhB。最后提出了WS_(2)@Ag材料通过不同方式激活PMS产生高活性物种来氧化RhB的降解机理。

关键词： 承压管道   局部缺陷   复合材料   碳纤维补强   数值模拟  

摘要： 当代石油、天然气等能源的主要运输方式为管道运输,管道在长期使用时会产生各种缺陷,这些缺陷将对管道的结构和强度产生影响。目前先进的管道修复技术为复合材料补强技术,其中碳纤维复合材料是较优的选择。为了测试有/无碳纤维补强管道缺陷处的效果,开展了不同层数碳纤维复合材料的拉伸实验研究,结合ANSYS数值模拟探究了修复前后不同缺陷管道在承载时的应力、应变分布,分析了修复补强效果的影响因素。结果表明:缺陷减薄厚度对管道的应力、应变状态影响较大,碳纤维复合材料修复技术能在减小管道缺陷处应力、应变的同时优化其应力、应变分布,可以通过增加碳纤维修复层数来提升修复效果,相关研究对于管道的修复补强有一定指导意义。