关键词： 近场动力学   显微CT   复合材料微结构   图像处理   破坏模拟  

摘要： 随着纤维增强复合材料应用领域的不断扩展且用量激增,亟需理清复合材料微观结构损伤对宏观力学性能影响的内在机制.因此,发展针对纤维增强复合材料微结构破坏过程的建模与高效模拟方法就显得十分重要.论文借助显微CT(Micro-computed Tomography)扫描技术,提出了一种基于显微CT图像中像素点离散的近场动力学建模与模拟方法.一方面,近场动力学作为一种由积分方程建模的非局部理论,便于采用基于空间点离散的数值计算方法,相比传统的连续介质力学能够更有效地模拟材料从连续变形到裂纹萌生与扩展(非连续变形)的全过程.另一方面,对显微CT图像使用像素点灰度阈值分割操作,能够快速建立含有复合材料原位微结构信息的空间点离散模型.该离散模型可以直接用于微结构破坏过程的近场动力学模拟,从而避免了传统的数值模拟技术需要依据像素点先建立光滑的几何模型、再划分成有限单元网格的复杂前处理过程,并且极大地保留了复合材料的原位组分分布信息.数值模拟结果表明,基于显微CT图像的近场动力学建模方法能够精确捕捉到复合材料微结构信息,并能准确模拟纤维增强复合材料的微结构破坏过程.

关键词： 激光技术   飞秒激光   激光直写技术   吸光粒子   铜微结构   导电性  

摘要： 在Cu(NO_(3))_(2)前驱体溶液中添加硅纳米颗粒,采用飞秒激光在透明基底表面成功直写了导电金属铜微结构。前驱体溶液中的硅颗粒作为吸光粒子吸收激光能量后对溶液进行加热,使Cu^(2+)还原为金属铜并沉积在基底表面。结果表明:当激光光强为5.32×10^(9)~8.51×10^(9)W·cm^(-2)、扫描速度为100~500mm·s^(-1)时,微结构主要由铜、Cu_(2)O及微量硅组成,铜含量及微结构的导电性随着光强的增加或扫描速度的降低而逐渐增加;在光强为5.32×10^(9)W·cm^(-2)、扫描速度为100mm·s^(-1)的条件下,铜微结构的方阻为0.28Ω·sq^(-1),电阻率为4.67×10^(-6)Ω·m。与已有的飞秒激光直写铜微结构的技术相比,这种方法使激光光强降低了2个数量级,直写效率提高了1~3个数量级。

关键词： 镁碳耐火材料   物相重构   非氧化物   氧化镁  

摘要： 以电熔镁砂、鳞片石墨和金属铝粉为原料,酚醛树脂为结合剂,在氮气气氛中,经1300~1600℃热处理后制备了镁碳耐火材料。分析了镁碳耐火材料的物相重构和微结构演变,揭示了化学气相沉积反应形成两种不同形貌氧化镁的机制。结果表明:在1300~1500℃时,试样的非氧化物组成为碳化铝(Al_(4)C_(3))、氮化铝(AlN)和镁铝氮化物(Mg_(3)Al_(n)N_(n+2),n=2或3);在1600℃时,热处理后试样中碳化铝和氮化铝的衍射特征峰值强度急剧降低,出现氮碳化铝(Al_(7)C_(3)N_(3))的尖锐衍射特征峰。铝热还原MgO和碳热还原MgO产生了Mg(g)。在试样表面,Mg(g)与氧气反应形成MgO晶须;在试样内部,Mg(g)与氧气发生CVD化学沉积反应形成立方MgO晶体。在热处理后试样的微区组织结构中,片状AlN与片状Mg_(3)Al_(n)N_(n+2)存在一定的位相关系,二者伴生存在,形貌难以区分。

关键词： 非晶态玻璃态高分子材料   分子动力学   缠结   屈服行为  

摘要： 非晶态玻璃态高分子材料作为结构材料在工程领域应用广泛,其机械力学性能特别是屈服变形行为受到热处理、加载应变率和环境温度的影响.采用分子动力学模拟方法研究非晶态玻璃态高分子材料不同工况下的单轴拉伸变形,基于分子链缠结微结构的概念,阐明了非晶态玻璃态高分子材料屈服和应变软化过程的内在变形机制.结果表明,拓扑缠结具有较为稳定的空间结构,难以发生解缠,决定了非晶态高分子材料屈服后的软化平台.由相邻分子链的局部链段相互作用形成的次级缠结在一定外界条件下可发生破坏或重新生成,次级缠结微结构及其演化是非晶态高分子材料发生屈服及软化的内在物理原因.

关键词： Cu   薄膜   磁控溅射   微观形貌  

摘要： 采用磁控溅射法制备出以ITO为基底的纯Cu薄膜,考察溅射时间和基底温度等工艺条件对生长Cu薄膜的影响。用电子扫描显微镜(SEM)、X射线衍射仪(XRD)对薄膜的形貌、厚度和结构进行表征。实验结果表明:在一定范围内调控衬底温度和溅射时间,可获得不同形貌、尺寸和厚度的Cu薄膜,所得薄膜的晶体结构为面心立方结构,均沿(111)方向择优生长。时间是控制晶粒尺寸的重要因素,溅射时间为40 min,所得薄膜粒子较小,结晶度好,且薄膜致密均匀,随着镀膜时间的增加,膜厚与之成线性关系增加,沉积速率为0.242μm/min;温度对薄膜形貌影响显著,100℃时可获得由小粒子堆积成的类柱状结构组成的薄膜,200℃时可获得由小粒子堆积成的球形团簇组成的薄膜,随着镀膜温度的增加,膜厚与之不呈线性关系,沉积速率随温度的增加而增大;该方法所制备铜薄膜在催化、传感器等领域有潜在的应用价值。

关键词： 高韧性水泥基复合材料   分离式霍普金森压杆(SHPB)   钢纤维   动态抗压强度   微结构  

摘要： 为提升水泥基材料静态力学性能、抗冲击特性及为减少温室气体排放而降低水泥用量,以硅粉为矿物掺合料(掺量为10%,质量比)、钢纤维为功能组分(掺量为2%,体积比),并匹配高效减水剂(掺量为1.5%~2.0%,质量比)制备高韧性水泥基复合材料,通过准静态抗压/抗折强度、分离式霍普金森压杆试验和采用水化微量热仪、热重分析仪,分别研究了高韧性水泥基复合材料准静态/动态力学特性及其微结构演变特征。结果表明:冲击荷载下(冲击速率为0.5 MPa/s)水泥基材料典型破坏过程分为三阶段,高韧性水泥基复合材料受作用后仅出现局部浆体剥落、飞散现象,而基准组体系均发生显著破坏直至整体破碎;硅粉在10%掺量下有效提升了水泥基复合材料体系早期和后期的准静态力学性能,1 d天龄期下抗压强度和抗折强度最高可达61.4 MPa、23.9 MPa,也显著提升了动态抗压强度至123.3 MPa(28 d天龄期)。微结构演变结果表明:硅粉和减水剂复合作用下浆体水化放热速率主峰提前,且主要水化产物——氢氧化钙含量减少,降低了浆体内部氢氧化钙分布的取向性,有助于改善浆体微结构。

关键词： 纳米微结构   钢   He泡   形核和长大   TEM  

摘要： 利用LEAF装置提供的2 MeV的He离子,在500和600°C分别对新型F/M钢-SIMP钢和ODS钢(MA956和Eurofer-ODS钢)注入1×10^(17) ions/cm^(2)的高通量He离子,借助透射电子显微镜,表征了辐照后三种材料的肿胀行为,验证了各材料中纳米微结构(晶界,析出相和纳米氧化物)对辐照后He泡成核和长大的影响。结果表明,基于材料中晶界和析出相对He泡生长的抑制作用,温度为500°C时,SIMP和Eurofer-ODS钢表现出较高的抗辐照肿胀性能,而MA956中纳米界面He泡成核和长大作用不明显,表现出较差的抗辐照肿胀性能;此外,温度为600°C时,Eurofer-ODS钢由于其晶界和氧化物界面的较强作用,表现出较好的抗辐照肿胀性能。总体来说,在高He通量注入条件下,材料中纳米结构的存在会抑制He泡长大的过程,但不同材料中纳米结构对He影响作用不同。

关键词： 静电纺丝   纳米纤维   纤维膜   微结构   空气过滤   过滤效率  

摘要： 总结静电纺微结构纳米纤维空气过滤膜的研究现状与发展趋势。介绍了具有纳米蛛网结构、多孔纳米结构、刺状结构、树杈结构以及微凸起结构的静电纺纳米纤维空气过滤膜的制备方法,阐述了纳米纤维膜的微结构特征、特点及过滤性能;分析了各种微结构纳米纤维过滤膜存在的不足,并对未来研究方向进行了展望。认为:静电纺微结构纳米纤维膜提高了比表面积,有利于过滤性能的改善;微结构纳米纤维膜制备工艺需要进行优化,以实现对纳米纤维膜结构的稳定调控,提高微结构制备效率;在纳米纤维膜微结构的基础上进一步改性以赋予多功能性,拓展纳米纤维膜的应用领域。

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： 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。