关键词： 环氧树脂   嵌段共聚物   自组装   反应诱致微相分离  

摘要： 通过嵌段共聚物在环氧树脂中的微相分离能够构建具有不同形貌纳米结构的热固性树脂,从而改善环氧树脂的性能。自组装机理和反应诱致微相分离机理作为环氧树脂中构建纳米结构的机理已得到众多环氧树脂研究工作者的认可,这为进一步于环氧树脂中构建新型的纳米结构提供了有利的支撑。本文针对自组装机理和反应诱致微相分离机理进行了阐述,并对通过两种机理在环氧树脂中构建纳米结构的研究进展及纳米微相结构对热固性树脂性能的影响做了概述,以期对环氧树脂更为广泛的应用提供一定的帮助。

关键词： 艺术鉴赏能力   材料微结构   二维码   仪器使用   微观世界   大赛   培养探索   美轮美奂  

摘要： 材料之美不仅体现在宏观,也表现在其微观组织。为了让更多材料人欣赏到美轮美奂的材料组织,培养探索微观世界的兴趣,提高仪器使用水平与艺术鉴赏能力,特此举办第八届材料微结构大赛。下方展示的是30张入围作品,更多详情可扫描右侧二维码查看。

关键词： PCBN   Y_(2)O_(3)   高温高压   氮化硅  

摘要： 研究以α-Si_(3)N_(4)和Al_(2)O_(3)为主要粘结剂,采用高温高压(HTHP)烧结制备PCBN复合材料。系统地评价了烧结助剂(Y_(2)O_(3))添加对PCBN复合材料的显微结构和相关力学性能的影响。结果表明,在HPHT烧结过程下,加入适量Y_(2)O_(3)的PCBN复合材料的力学性能有了明显的提高。随着烧结助剂的加入,促进了结合剂与cBN之间的界面结合,氮化硅的长径比得到提高。结果增强了PCBN复合材料的致密性,使复合材料的抗弯强度和硬度增大。1700℃下含有4 wt%Y_(2)O_(3)复合材料相对密度为99.3%,抗弯强度为870.5 MPa,硬度为34.7 GPa。

关键词： 原位纳米颗粒   金属材料   强韧化机制   微观组织   力学性能  

摘要： 金属结构材料中的共格界面强化近年来受到广泛关注,虽然,该方法被证明是一种可同时实现强度、韧性双增的有效途径,但该类材料的制备往往受到尺寸、设备或工艺的制约。近期,一种全新的原位纳米颗粒强化技术被提出,旨在通过弥散分布的共格纳米粒子实现材料微观组织的优化及综合性能的提升。文中以铁基合金、铜合金、铝合金为例,对原位纳米颗粒增强合金的成分设计、制备方法及加工工艺选取进行详细介绍,建立该类共格粒子的强韧化机制理论,分析其对金属材料的微观结构和力学性能的影响,综述原位纳米颗粒高强高韧材料的研究现状,并指出其瓶颈与不足。在金属材料中引入原位纳米颗粒,可以实现共格纳米增强增韧,同时具有抑制偏析、细化晶粒、细化第二相/夹杂物、优化材料组织的作用,在多因素协同作用下实现材料的强韧双增,可被广泛应用于铁基合金、铜合金、铝合金、高熵合金等领域。最后对原位纳米强化技术的推进与工业化生产进行了展望。

关键词： 环氧树脂   嵌段共聚物   自组装   反应诱致微相分离  

摘要： 通过嵌段共聚物在环氧树脂中的微相分离能够构建具有不同形貌纳米结构的热固性树脂,从而改善环氧树脂的性能。自组装机理和反应诱致微相分离机理作为环氧树脂中构建纳米结构的机理已得到众多环氧树脂研究工作者的认可,这为进一步于环氧树脂中构建新型的纳米结构提供了有利的支撑。本文针对自组装机理和反应诱致微相分离机理进行了阐述,并对通过两种机理在环氧树脂中构建纳米结构的研究进展及纳米微相结构对热固性树脂性能的影响做了概述,以期对环氧树脂更为广泛的应用提供一定的帮助。

关键词： 拓扑优化   微结构   生物可降解   时变刚度  

摘要： 理想的骨折内固定植入物在组织愈合或修复的过程中,其结构性能需要满足不同愈合阶段对生物力学的需求.提出一种对生物可降解复合材料微结构的时变刚度特性进行调控设计的拓扑优化方法,以达到理想的骨折内固定植入物特殊的时变刚度特性需求.使用具有不同降解速率和刚度的两种可降解材料,以相对密度作为设计变量来描述不同材料的分布,以特定降解时间步中间结构的刚度之和最大为优化目标,对复合材料微结构的构型进行拓扑优化设计,使其具有符合骨愈合规律的时变刚度特性.使用均匀腐蚀方法,利用与时间相关的材料残留率描述结构的降解过程,建立考虑时间维度材料降解的有限元模型,基于Heaviside函数和Kreisselmeier-Steinhauser函数建立降解更新的连续方程,利用均匀化方法得到不同降解时间步中间结构的力学性能,并计算优化目标对于设计变量的灵敏度.通过与仅使用单材料的结构和无时变刚度特性调控的拓扑优化结构进行对比,验证了所提出设计方法的有效性,并研究了不同参数对单胞优化构型和时变刚度特性的影响.

关键词： Chloride adsorption   Calcination   Double hydroxides   Impedance analysis  

摘要： Calcined Mg/Al double hydroxide material (CDH) was prepared and investigated to stabilize the pH on the simulated concrete pore solution (SCPS) in addition to adsorb chlorides from the SCPS. The synthesized CDH material was investigated in terms of FESEM, XRD, and XPS techniques. The effect of CDH on the pH of SCPS was studied and the pH was successfully stabilized. The as-prepared CDH demonstrated improved Cl- adsorption in SCPS with maximum Cl- uptake capacity at 67.66 mg/g using 20 mmol/l as initial concentration. Additionally, the impedance analysis indicates the successful adsorption of chloride over the CDH electrode.

关键词： Cu2Se   微结构   热电性能   热稳定性   力学行为  

摘要： 高效绿色的能源结构是人类实现长期可持续发展的重要前提,提高能源利用效率是该能源体系构筑中不可或缺的一环。热电材料作为一种新型能源材料,可以有效将人类活动产生的“废热”转化成可利用的电能输出,因而受到广泛关注。其中原料来源丰富的CuSe基热电材料由于其优异的电热输运性质,具有巨大的应用潜力。适合商业应用的热电材料不仅需要丰富微结构以获得高热电性能,还需要良好的热稳定性和力学性能以保证材料长期稳定服役。针对目前CuSe材料存在的精细微结构调控手段缺乏,以及热稳定性和力学性能不明等问题,本论文比较了超声处理(UT)对高温自蔓延(SHS)工艺合成CuSe粉体和熔融法(M)合成CuSe粉体相组成及微结构的影响,并结合放电等离子烧结(SPS)制备出相应块体材料,研究了不同工艺制备CuSe多晶材料微结构差异及其对输运性能的影响,发现了SHS结合超声处理调控材料微结构以获得高热电性能CuSe材料的新途径。在SHS结合UT工艺的基础上,探究了不同退火温度(773 K、873 K和973 K)下CuSe材料的物相、微结构和热电输运性能演变规律,揭示了CuSe基热电材料在长期高温服役下功能性失效的原因。此外,系统研究了M-SPS、SHS-SPS和SHS-UT-SPS工艺制备CuSe材料室温弹性参数和力学性能与微结构之间的对应关系,分析了不同工艺制备CuSe材料的破坏机理;最后探索了高温下CuSe材料的塑性变形行为并从微观机制上作出了解释。本论文主要开展的研究工作和获得的结论如下:(1)SHS结合超声处理调控微结构,优化CuSe材料输运性能。采用SHS结合超声处理和SPS工艺高效制备了多尺度孔洞复合CuSe材料。由于SHS这一超快速非平衡过程合成的CuSe粉体具有较大的晶格应力,超声空化产生的超速射流可以有效细化粉体增大粉体表面能,后续快速烧结过程中高表面能小尺寸SHS-UT粉体快速围拢在块体材料中形成大量孔洞。原位孔洞尺寸处于数纳米到数百纳米之间,由于尺寸相近,纳米孔洞有效散射了Cu跃迁未能影响的中长波声子,873 K时超声样品热导率降至0.40～0.45 WmK,最大ZT值提升至1.71,2.50 W/cm下、超声10 min样品(SU-2.50-10)在473 K到873 K内平均ZT值达到1.10,较未超声样品大幅提高。作为对比,尝试通过超声空化作用缩小熔融法制备CuSe粉体晶粒尺寸从而调整材料微结构,但这一方法未能奏效,超声前后样品表现出高度重合的输运性质。因此,CuSe初始粉体应力状态是超声处理能否成功调整材料微结构优化输运性能的关键所在。(2)高温服役下CuSe材料物相与微结构演变规律。选用SHS结合超声处理和SPS工艺制备的高热电性能材料SU-2.50-10作为研究对象,探究不同温度(773 K、873 K和973 K)下材料相组成与微结构的演变规律及其对电热输运性能的影响。结果表明,773 K和873 K下退火一周,材料仍能保持稳定的电热输运性能,在873 K时,873 K退火样品取得最大ZT为1.85。将退火温度升高至973 K,材料稳定性急剧劣化,Cu析出和Se挥发形成的大量孔洞导致电导率大幅度下降,材料ZT值劣化明显。(3)CuSe材料室温力学性能与微结构之间对应关系。分别采用熔融、SHS、SHS-UT结合SPS等不同工艺制备了CuSe块体材料,发现随着晶粒尺寸下降,材料弹性模量(包括纵向模量C、剪切模量G、杨氏模量E、体积模量B和泊松比n)呈增大趋势。同时,SHS-UT-SPS样品内部高密度晶界有效阻碍了裂纹的扩展,材料力学强度(包括维氏硬度、断裂韧性、弯曲强度和压缩强度)得到提高。SU-2.50-10样品室温维氏硬度、弯曲强度和压缩强度Weibull分布特征值分别为0.474 GPa、53.6 MPa和148 MPa,相比于熔融样品分别提高33.5%、14.3%及18.4%。但由于较低的热导率,SHS-SPS样品与SHS-UT-SPS样品抗热震性较熔融样品有所降低。(4)CuSe材料高温大变形行为及其塑性机制。采用应力状态软性系数较大的单向压缩试验研究了不同温度下CuSe块体的变形行为和室温下CuSe(0≤x≤0.25)块体的变形行为,发现CuSe材料塑性行为与其物相组成息息相关。从室温到423 K,CuSe材料逐步向高温立方b相转变。室温下CuSe材料在压缩应变率达到5%左右时会发生失稳破坏,而423 K时其压缩破坏应变率超过20%,随着温度进一步提升至573 K,压缩应变率超过50%时也未观察到材料失稳现象。此外,室温下具有立方相结构的CuSe材料和CuSe材料能够在压缩应变率超过20%时仍保持结构完整。对比423 K时不同晶粒尺寸CuSe材料的压缩变形行为,粗晶粒样品与细晶粒样品压缩破坏应变率接近。样品力学测试后精细

关键词： 纳米复合永磁材料   熔体快淬法   微结构   磁性能   电化学腐蚀性能  

摘要： NdFeB/α-Fe纳米复合永磁体是由高磁晶各向异性的NdFeB相和高饱和磁化强度的α-Fe相在纳米尺度通过晶间交换耦合作用复合而成的双相永磁材料,因其具有较高的理论磁能积,有望发展为新一代稀土永磁材料。但一方面实际制备的磁体达不到理想微结构,磁体的磁性能与理论值相差甚远。另一方面,复相磁体硬磁相与软磁相之间存在电位差,影响了磁体的电化学腐蚀性能。本文采用熔体快淬技术制备了NdFeB/α-Fe纳米晶复合永磁体,研究了织构强度、晶粒尺寸以及界面非晶相三个微结构参数对磁体磁性能和电化学腐蚀性能的影响。利用熔体快淬法制备NdFeBP薄带,随着织构强度由0.73增强至7.06,磁能积由14.1 MGOe增大至20.0 MGOe,磁性能得到明显提高。腐蚀电流密度I由172.75μA/cm减小至67.17μA/cm,电荷转移电阻由217.9Ω·cm增大至448.4Ω·cm,磁体耐蚀性也得到了明显的改善。熔体快淬转速由13 m/s增加至19 m/s,NdFeB/α-Fe纳米复合永磁体两相晶粒尺寸减小,在13 m/s至17 m/s均出现较强的织构强度,小晶粒和强织构使得磁体在17 m/s获得最佳的磁性能,其磁能积最高达19.8 MGOe。19 m/s与17 m/s相比,晶粒尺寸变化不大但织构强度出现骤减,导致磁体剩磁减弱。晶粒尺寸细化,耐蚀性变差,快淬速度为13 m/s增大至15 m/s时,腐蚀电流密度I相应地分由59.25μA/cm增大至63.37μA/cm,电荷转移电阻R由301.3Ω·cm减小至175.6Ω·cm。然而在17 m/s时出现了值为33.98μA/cm的最小腐蚀电流密度和439.6Ω·cm的最大电荷转移电阻。通过改变Nd Fe Ti Nb合金薄带中Ti、Nb复合添加量非晶相含量进行调配,非晶相含量由8%增大至13%。随非晶相含量增加,磁能积最高增大至19.0 MGOe,腐蚀电流密度降低至31.8μA/cm,电荷转移电阻增加至261Ω·cm,表明在Ti、Nb配比为1时即非晶含量为13%,制备的磁体磁性能和耐蚀性最佳。