关键词： 导电高分子复合材料   应变敏感行为   银纳米线   碳纳米管   可穿戴应变传感器  

摘要： 导电高分子复合材料(CPCs)是将一种或多种导电填料(如:碳系材料,金属,金属氧化物等)与高分子基体复合制成的一类具有导电功能的复合材料。CPCs不仅具有优异的电学性能与可加工性,而且还对外场作用(如应变,温度,气体,液体等)表现出丰富的响应行为,其中,CPCs在应力场中表现的应变敏感响应行为,为其在柔性可拉伸传感器领域的应用打下了基础。在本文中,我们通过填料选择,结构调控分别制备出了具有不同结构的CPCs,重点研究了它们在不同类型应变下(如拉伸,弯曲,扭曲等)的应变响应行为,分析了CPCs结构与性能的内在关系。我们将制备好的CPCs组装为电阻型柔性应变传感器,探索了其在实际应用中的人体运动监测效果,发现材料具有优异的响应灵敏度、超低的检测线和高稳定性,这表明材料在可穿戴电子领域具有广阔的应用前景。具体研究内容和结论如下:1、银纳米线(AgNWs)/热塑性聚氨酯(TPU)/聚二甲基硅氧烷(PDMS)导电高分子复合材料的制备及应变敏感行为研究(1)我们制备了AgNWs作为导电填料,然后通过静电纺丝技术制备出TPU电纺膜作为柔性基底。利用真空抽滤的方法将AgNWs转移到TPU表面,构建导电网络,后悬涂PDMS制备出具有自成型三明治夹层结构的AgNWs/TPU/PDMS导电复合材料。PDMS-TPU-PDMS三明治结构自成型的关键在于TPU电纺膜的多孔性以及PDMS的流动性。(2)对AgNWs的形貌以及结构进行了详细表征,证明了AgNWs结构的均匀性和高纯度。对TPU电纺膜及复合材料形貌进行了详细的研究,进一步探明了复合材料中“自成型三明治”结构的形成机制。(3)详细研究了该复合材料在拉伸及弯曲应力场中的应变-响应行为。发现复合材料具有很大的响应范围(50%)以及良好的循环性能(1600循环),同时其响应行为在不同的拉伸速率下具有优异的稳定性;复合材料同时具备良好的弯曲循环响应性能(800循环)。该复合材料具有优良的电导率(5000 S/m),且在30天内几乎无变化,这证明复合材料三明治结构的设计使AgNWs的电性能得到了很好的保护。(4)我们基于该复合材料的组装了电阻型应变传感器,并固定在人体各个部位,实现了对人体运动如手指弯曲,手腕动作和握拳动作等运动的实时检测,表明它在可穿戴电子应用领域中有着广阔的应用前景。2、基于碳纳米管(CNT)导电油墨修饰的纤维状柔性导电高分子复合材料的制备及应变敏感行为研究(1)通过超声法制备了一种CNT油墨修饰的纤维状导电高分子复合材料,该纤维具有特殊的双层结构,芯层为天然橡胶(Rubber),皮层为聚丙烯纤维(PP)。通过SEM对纤维拉伸过程中的结构演变进行了详细观察,发现复合材料外层螺旋PP纤维由肩并肩紧密排列同时转变为两个层次的大小裂缝,这种结构设计使得该复合材料具备了优异的应变敏感性能。(2)研究了该复合材料在小应变下的拉伸-响应行为,发现该复合材料具备超低的检测线(0.01%应变)。通过对比实验,我们发现只有一级大裂缝或者只有一级小裂缝的复合材料检测线分别是0.2%与1.0%,远远地高于我们的复合材料,这也证明了对复合材料两个层次的大小裂缝结构的设计是材料具有极低的检测线的根本原因。(3)系统研究了复合材料的拉伸应变-响应行为,发现其具有非常大的拉伸应变监测范围(200%应变),极高的响应速度(70 ms)以及极好的耐久性(20000循环),并且响应行为几乎不受应变作用速度的影响。(4)详细研究了复合材料的弯曲应变-响应行为,发现其在弯曲形变中,滞后性小并且具有良好的可重复性与稳定性(5000循环)。(5)详细研究了复合材料的扭曲应变-响应行为,得益于复合材料独特的外层螺旋状纤维状结构,它可以有效地将检测范围扩大至1000 rad/m,这是平面状应变传感器所不具备的优良性能,此外,复合材料还具备非常优异的扭曲应变循环响应性能(5000循环)。(6)鉴于该复合材料在各种应变-响应行为中的良好性能,我们组装了电阻型柔性应变传感器分别对人体微小的生理活动(如手腕脉搏,说话和呼吸)和剧烈的肢体运动(如手指弯曲和下肢运动,如散步,跳跃和慢跑)进行在线监测,发现均可获得良好的检测效果,这为其在可穿戴设备中的应用奠定了良好的理论基础和实验依据。

关键词： Network theory   Graph theory   Transport network   Reactions   Three-dimensional   Electrochemical energy materials   Microstructure  

摘要： We extend the fully analytical, heuristic "Analytical Transport Network Model" for steady-state, diffusive flow in a 3-D network to account for surface reactions. In the limit of negligible reactions, the model reduces to the conserved flow solution. The extension does not increase the time required to run the model, which in Part 1 was shown to be 0.5-1.5 and 5-6 orders of magnitude faster than electrochemical fin (ECF) theory and finite element analysis (PEA) for conserved flow, respectively. The model is compared to reacting-flow ECF and FEA as well as to experiments and is demonstrated as a potentially useful heuristic for understanding the influence of morphology and topology on reactive-diffusive flow through a 3-D microstructural network.

关键词： Building derived materials   Construction and demolition wastes   Characterization   Ground improvement  

摘要： Construction and demolition (C&D)(1) wastes consist of debris generated during the construction and demolition of structural elements. Rapid urbanization renders it necessary to reduce the consumption of non-renewable natural resources drastically and also to limit the dumping of these materials after the expiration of their service life. The primary components of C&D wastes are building derived materials(2) (BDM) composed of rejected concrete and brick from construction and demolition sites. This study investigates and compares the potential for two different kinds of BDM in their virgin state for the purpose of improving the compaction and shear properties of soft soil having low bearing capacity. BDM are collected separately from demolition of brick walls containing cement-mortar as binder and also from demolition of plain concrete blocks. In the first step, these two types of BDM are compared on the basis of their resistance to impact or crushing loads. Then, the BDM are immersed in separate solutions of seawater, sulfuric, hydrochloric, and nitric acid solutions individually and their responses are determined. Concrete based BDM3 (CBDM) shows greater resistance to impact or crushing, compared to brick based BDM4 (BBDM). Moreover, in presence of chemicals, CBDM shows greater resistance to weathering. Hence, for the purpose of ground improvement, CBDM is considered. Soil is partially replaced with different percentages of CBDM and the optimum soil-CBDM combination is found, based on compaction characteristics. This approach intends to prevent the dumping of any kind of BDM as solid waste and also provide an economic option to enhance the properties of soil. In this study, the chemical and physical properties of CBDM, BBDM, and soil are investigated separately. Mineralogical analysis through X-ray diffraction (XRD), and microstructural analyses through scanning electron microscopy (SEM), and energy dispersive X-ray spectroscopy (EDS) are conducted for CBDM, BBDM,

关键词： 反应磁控溅射   TiAlN/VN纳米多层膜   摩擦性能  

摘要： 采用反应磁控溅射制备了Ti Al N/VN纳米多层膜,并使用X射线衍射分析(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)、透射电子显微镜(TEM)、纳米压痕仪和多功能摩擦磨损试验机对多层膜的微结构与力学和摩擦学性能进行了表征和分析。研究结果表明:不同调制周期的Ti Al N/VN多层膜均呈典型的柱状晶生长结构,插入VN层并没有打断Ti Al N涂层柱状晶的生长。在一定调制周期下,Ti Al N/VN纳米多层膜中的Ti Al N和VN层之间能够形成共格生长结构,其硬度和弹性模量相比于Ti Al N单层膜均有显著提升,其中,Ti Al N(10 nm)/VN(10 nm)的硬度和弹性模量最大增量分别达到39.3%和40.9%。Ti Al N/VN纳米多层膜的强化主要与其共格界面生长结构有关。另外,Ti Al N单层膜的摩擦系数较高(~0.9),通过周期性地插入摩擦系数较低的VN层能够使得Ti Al N的摩擦系数大大降低,Ti Al N/VN纳米多层膜的摩擦系数最低为0.4。

关键词： 沥青基块体炭   氧化石墨烯   微裂纹   力学性能   微结构  

摘要： 针对沥青基块体炭材料内部微裂纹难以抑制的缺陷,以氧化石墨烯为改性材料,以单一高温煅烧后的石油焦粉为增强相,改质煤沥青为粘结剂,采用分步分散、热轧片、二次造粒等工艺,经一次性焙烧制得氧化石墨烯改性沥青基块体炭材料。对沥青基块体材料的力、电学性能及显微结构进行了测试表征。本研究表明,添加氧化石墨烯(1wt%)的沥青基块体材料的体积密度为1.48g/cm^3,其抗折强度较未添加氧化石墨烯的块体材料提高了25.0%,为14.6MPa,其硬度相应提高了28.2%,为64HSD;随着氧化石墨烯的继续加入,其抗折强度和硬度反而降低;其电阻率的变化趋势与强度、硬度变化趋势一致。块体材料断面的SEM研究表明,添加氧化石墨烯(0.5wt%)的微裂纹区域的面积较未添加氧化石墨烯的炭材料明显减少,其致密性得到提高。氧化石墨烯的改性对沥青基块体材料的致密化起到了钉扎和拉拽作用。

关键词： 绿豆种子   气吸式精量播种   物理特性   气力特性  

摘要： 绿豆的精量播种是解决我国绿豆产业栽培技术落后、产量及品质较低等问题的关键因素之一,而气吸式精量播种是目前精量播种方法中应用很广的一种方法,因此通过实验对绿豆种子的重要特性参数进行了研究,得到了长宽厚平均尺寸分别为5.72、4.38、4.42mm,球形度为83.95%,千粒质量为86.02g,孔隙率为0.5 0 7 6,休止角为2 4.3 3°,并对种子与不同材料间的滑动摩擦角和摩擦因数、碰撞恢复系数、漂浮速度和漂浮系数进行了研究。该研究填补了绿豆重要特性参数研究的空白,为后续设计改进气吸式精量播种机使之适合绿豆种子播种要求提供了重要的理论依据。

关键词： 三维微结构   中科院   金属   材料   宁波   发展趋势   增材制造   快速成型  

摘要： 随着现代工业和高技术产业快速发展，器件小型化成为未来的发展趋势。增材制造（3D打印）作为近三十年来全球先进制造领域的一项新型数字化成型制造技术，在快速成型、精确定位、直接构筑传统加工技术无法实现的高深宽比复杂三维结构，远优于现有微器件加工技术。但商业化增材制造设备在打印精度（在0．1mm量级）和特征尺度（如高深宽比）方面尚无法用于微纳器件的直接制造。因此，开发具有高精度、高效率和多材质的3D微纳打印技术是未来增材制造的主要发展趋势。

关键词： 计算机视觉   机械特性参数   运动轨迹   多目标识别   振动修正  

摘要： 为了解决传统测量方法无法带电测试、测试精度低等问题,阐述了动触头运动识别及多目标跟踪修正方法,利用高速相机捕捉的图像序列中断路器本体固定部位的位移作为参考基准,以其帧间运动坐标差值来修正本体移位或振动引起的误差,通过相邻帧旋转角差值剔除识别结果中的不良数据,以目标匹配相似度对多个运动目标的识别结果进行加权处理,并对ZN65-12型断路器分闸运动轨迹进行了识别实验。实验结果表明:断路器动触头运动轨迹多目标修正测量方法有效地修正了断路器本体移位或振动引起的误差,有利于动触头运动坐标的准确获取,从而提高机械特性参数的测试精度。

关键词： SiO_xN_y纳米线   碳微结构   集成  

摘要： 基于光刻、热解工艺制备了碳微结构阵列,在光刻胶碳化的过程中,利用化学气相沉积法在碳微结构表面一体集成了SiO_xN_y纳米线结构。通过对工艺过程分析,探究了SiO_xN_y纳米线在碳微结构表面的选择性生长现象,揭示了热解和纳米线生长一体化的微纳集成原理,实现了纳米线在三维碳微结构上的定域、有效集成。对该结构进行接触角实验,发现其具有良好的疏水性能。