关键词： 光致发光   Cr^3+   Eu^3+   能量传递   余辉   荧光粉  

摘要： 同时可作为磁共振成像造影剂与近红外余辉光学成像光学探针双功能的纳米粒子,在生物医学领域具有重要的应用价值。采用自蔓延燃烧法制备了不同掺杂浓度的GdAlO 3∶x%Cr^3+及GdAlO 3∶1%Cr^3+,y%Eu^3+近红外长余辉发光纳米粒子。并采用X射线衍射、扫描电子显微镜、激发和发射光谱及发光动力学分析等技术手段,较系统地研究了其微结构及光学特性。实验结果表明,Cr^3+取代了GdAlO 3中的Al^3+的格位,单掺样品的平均粒子尺寸约为202 nm。GdAlO 3∶x%Cr^3+样品的激发谱显示,激发峰来源于Cr^3+和Gd^3+的跃迁;在583 nm的激发下,在650~750 nm近红外范围内,出现四个近红外光发射峰。其中,725 nm处的发射峰归属为禁戒跃迁2 E到4 A 2的零声子线,700和750 nm处的发射峰则为声子边带的发射。在0.2%~2.0%的掺杂浓度范围内,随着Cr^3+掺杂浓度的增加,这些发射峰的强度先增强后减弱,最优浓度为1%。而位于735 nm处的发射峰强度随Cr^3+浓度增大而增大,其归属于Cr^3+-Cr^3+对的发光。同时,单掺样品可观察到位于725 nm的长余辉发光,其中GdAlO 3∶1%Cr^3+纳米粒子的余辉时间最长,并超过30 s。在上述Cr^3+最优浓度(1%)基础上,通过Eu^3+取代GdAlO 3基质中Gd^3+的格位,实现了Eu^3+/Cr^3+共掺杂。实验发现,在266 nm激发下,在红光区域范围内可观察到以位于614 nm处的发射为主的一系列发射峰。尤其,由于存在Eu^3+到Cr^3+的能量传递,在近红外区出现了位于725 nm处Cr^3+的近红外发射峰。当Eu^3+浓度为13%时,与Cr^3+单掺杂样品相比,其样品的平均粒子尺寸虽然减小到167 nm,但在275 nm紫外光照射5 mi n停止后,发现共掺样品在位于725 nm处Cr^3+的余辉发光强度明显增强。通过比较分析单掺和共掺样品的吸收和发射光谱及发光动力学的结果,验证了由于Eu^3+到Cr^3+的持续能量传递可引起较显著地近红外余辉发光增强的结论。同时,该研究为设计新型的近红外长余辉发光纳米材料提供了新的思路。

关键词： 铁皮石斛   无菌纳米粉   肝损伤   保护作用  

摘要： 目的探讨铁皮石斛无菌纳米粉(DON)的保肝作用及其相关机制。方法建立四氯化碳(CCl4)慢性肝损伤小鼠模型,同时以受试药物灌胃干预,持续8周。昆明种小鼠随机分为正常对照组、模型对照组、DON组以及铁皮石斛普通粉(DOP)组。检测各组小鼠血清丙氨酸氨基转移酶(ALT)、天冬氨酸氨基转移酶(AST)、乳酸脱氢酶(LDH)和过氧化氢酶(CAT)活性;酶联免疫吸附测定(ELISA)检测血清中肿瘤坏死因子-α(TNF-α)和白细胞介素(IL)-6的表达;免疫组织化学法染色检测IL-1β的表达分布情况;苏木精-伊红(HE)染色行小鼠肝脏病理组织学观察;透射电镜观察肝组织超微结构变化。结果与模型对照组比较,DON和DOP干预后,血清ALT、AST、LDH水平均显著下降,CAT活性增强,TNF-α和IL-6的表达下调;免疫组化法显示,肝脏IL-1β的表达被显著抑制;肝脏病理组织学及肝细胞超微结构均有不同程度改善。与DOP组比较,DON组各项指标改善作用更显著。结论DON对慢性肝损伤具有更明显的保肝作用,其机制可能是DOP经过粒径改造后,更易促进机体抗氧化活性,抑制CCl4诱导的氧化应激,并具有抗炎作用。

关键词： 柔性压电复合材料   制备工艺   微结构演变   机电转换性能  

摘要： 近年来，由于柔性自供电可穿戴电子器件的兴起，越来越多的科研人员对柔性压电能量收集器的研究产生了浓厚兴趣。其中，探寻一种环保、输出稳定的柔性压电材料具有非常重要的意义。有机-无机柔性压电复合材料正是一种能够有效地收集自然环境、人体运动所产生的机械能并转化成电能的一种新型材料。在功能特点上，有机-无机柔性压电复合材料将有机物的柔性特征与陶瓷的压电性能相结合，成为了材料领域中的研究热点。但是相对于传统压电陶瓷材料，有机-无机柔性压电复合材料由于应力传递效率低、内阻过高等问题导致其发电性能较差。本论文详细探究了有机-无机复合材料的填料分布、填料形貌及第三组元的添加对压电复合材料性能的影响，进一步揭示了复合材料微结构演变与机电转换性能之间的关联性。　　第一，我们制备了一种压电颗粒在有机基体中准一维、链状结构排列的柔性压电复合材料。研究中，选择传统固相法制备的具有优异压电性能的KNbO3(KN)颗粒作为填料，进一步通过介电泳工艺制备了柔性压电复合材料。研究发现，KN颗粒在聚二甲基硅氧烷(PDMS)基体中准一维、链状排列可以有效提高复合材料的应力传递效率和机电转换性能。在施加相同外力条件下，填料准一维排列的复合材料产生了一个较大短路电流(ISC)0.82μA，是随机分散复合材料的4.5倍。　　第二，针对固相法制备的KN陶瓷颗粒团聚严重、颗粒形状不规则等问题，我们采用熔盐法制备了高分散特性的KN块状颗粒，进一步探究粉体形貌对KN/PDMS复合材料的电性能影响。研究中，详细研究了电场、频率以及时间等因素对复合材料中压电颗粒链状排列的作用规律。结果表明，熔盐法制备的KN颗粒在复合材料中分散性更好，而且该复合材料的发电性能相比基于固相法制备KN颗粒的KN/PDMS复合材料得到了大幅度提升。　　第三，针对柔性压电复合材料中普遍存在的内阻大、电流小的问题，我们结合前期的实验结果，在KN/PDMS复合材料中引入Cu纳米棒(NRs)作为导电第三相。研究发现，Cu NRs的加入可以降低KN/PDMS复合材料的内阻，提高应力传递效率、极化效率，进而提高功率密度。　　综上所述，本论文中，通过构建准一维链状结构、改变压电相形貌、加入导电相等方法，实现了柔性压电复合材料应力传递效率、极化效率、发电性能等大幅度的提高，在柔性自供电可穿戴电子器件领域具有重要的应用前景。

关键词： 石墨烯   复合材料   界面微结构   有限元法   分子动力学   力学性能   数值分析  

摘要： 石墨烯具有卓越的力学、电学和热学性能,自从被发现以来就引起了研究人员的广泛关注,以纳米尺度的石墨烯作为增强基的复合材料也随之成为研究的热点。为了对该新型材料的各项性能有较准确的认识,目前对石墨烯及其复合材料的研究多是从纳米尺度展开,通常采用分子动力学方法进行研究,该方法从原子尺度对材料进行模拟,被认为具有较高的精度。但在模拟石墨烯复合材料时,涉及的原子数量巨大,计算量激增,这使得分子动力学模型的尺寸被限制在纳米尺度。若直接从宏观尺度对石墨烯及其复合材料进行模拟,又会导致材料特性无法被准确反映出来,从而产生不可知的误差。本文将分子动力学与有限元法相结合,基于分子动力学模拟确定了石墨烯/聚乙烯复合材料的界面微结构特征参数,采用有限元法建立了石墨烯的有限元模型以及包含界面微结构的石墨烯/聚乙烯复合材料有限元模型,讨论了影响石墨烯和石墨烯/聚乙烯复合材料力学性能的微观因素。本文主要研究内容如下: 1.采用分子动力学软件(Material studio 2017)对石墨烯、聚乙烯及石墨烯/聚乙烯复合材料进行分子动力学模拟,从分子尺度探究石墨烯/聚乙烯复合材料的界面层微结构特征,提出了从分子动力学模拟结果中确定范德华间隙宽度和梯度界面属性的具体方法,并对石墨烯及石墨烯/聚乙烯复合材料进行力学性能计算。 2.提出了石墨烯的改进弹簧有限元模型,解决了原有石墨烯弹簧模型中不考虑键长与键角的变形耦合问题,并且在改进弹簧模型中考虑了石墨烯分子内范德华相互作用的影响。对比讨论了石墨烯改进弹簧模型与原弹簧模型及欧拉梁模型对石墨烯力学性能预测结果的偏差情况,以及分析了石墨烯分子内范德华相互作用对石墨烯整体力学性能的影响,发现分子内范德华相互作用对石墨烯模量影响很大,有必要考虑。 3.提出了一个能够确定石墨烯与聚乙烯基体间范德华相互作用数量(即模型中的范德华弹簧数量)的方法,采用弹簧单元模拟石墨烯与聚乙烯基体间的范德华相互作用,建立了相应的考虑范德华作用的石墨烯/聚乙烯复合材料的三明治和嵌入式代表体积单元有限元模型。讨论了不同尺寸的石墨烯和石墨烯含量下,范德华相互作用对石墨烯/聚乙烯复合材料力学性能的影响。 4.引入等参梯度单元对石墨烯/聚乙烯复合材料梯度界面进行模拟,建立了石墨烯/聚乙烯复合材料的三明治和嵌入式代表体积单元的三相有限元模型。对比讨论了分层法、一次等参梯度单元和二次等参梯度单元的计算效率问题,分析了梯度界面对石墨烯/聚乙烯复合材料力学性能的影响情况;对比分子动力模拟结果,讨论了只考虑石墨烯与聚乙烯的两相模型、分别增加范德华作用和梯度界面的三相模型以及同时考虑范德华作用和梯度界面的四相模型的计算精度问题。 5.基于均匀性假设,推导了石墨烯/聚乙烯复合材料的范德华间隙宽度、梯度界面厚度和密度分布函数等界面微结构特征参数的计算公式。将界面层与石墨烯结合,提出了一种具有横观各相同性的石墨烯等效有限元模型,并建立了石墨烯/聚乙烯复合材料的等效有限元模型,显著提高了有限元模型的计算效率。

关键词： 柔性传感器   压阻式   银纳米线   可穿戴电子设备   微结构  

摘要： 传感器作为构成信息技术的三大支柱之一,广泛应用于各个领域。近年来,随着社会的不断进步,可穿戴电子设备、实时健康检测、电子皮肤等新型技术不断地涌现出来,而这些领域的发展都离不开柔性传感器。本文主要通过构筑不同的微结构来制备基于银纳米线的柔性压阻传感器,以达到提高传感器灵敏度、可重复性、降低工艺复杂度的目的。主要内容及结论如下:（1）为了解决基于界面接触电阻变化机制的压阻传感器弹性体与导电层易脱落的问题,采用在半固化的PDMS上直接高压喷涂银纳米线的方法,避免了光刻等特殊工艺,降低了成本。使用简易胶泥模板法成功制备了微凸起结构的柔性压阻传感器,在低压范围内的灵敏度为0.78 k Pa,且在1000个工作循环中具有稳定性。可以实时检测低至1 Pa的压力,响应时间为100 ms,并可以清楚地检测腕部桡动脉的脉搏信号。通过对鼠标单双击,滑动鼠标滑轮的展示,证明了该压力传感器对触摸和关节弯曲的敏感性。此外,传感器可对人呼吸频率及方式进行识别,在疾病预防、习惯矫正等临床医学方面展现了广阔的应用前景。（2）为进一步提高传感器的灵敏度,采用模板法构建了更小尺度的微米级褶皱结构,通过改变UVO处理时间、预拉伸量、PDMS的厚度等工艺条件,研究了不同工艺对褶皱结构的影响。接着使用不同条件下形成的褶皱导电PDMS,分别制备了压阻传感器,研究了具体褶皱结构的波长振幅比对传感器灵敏度的影响。微结构波长振幅比最大的传感器灵敏度最高,为2.588 k Pa。该传感器还表现出相当低的可检测压力极限（1 Pa）,快速响应时间（<10 ms）,较宽的压力检测范围（1 Pa-20 k Pa）,以及在3000次循环内良好的稳定性。可以进行触摸识别,肌肉收缩检测,关节活动检测,发声识别等人体活动的监测,在疾病诊断和各种可穿戴设备中显示出广阔的应用前景。

关键词： 钐钴基纳米复合永磁体   制备工艺   微结构   磁性能  

摘要： 高使用温度磁体目前主要为Sm2Co17型永磁，纳米复合技术主要应用于制备更高磁能积的新型永磁材料，在Nd2Fe14B基纳米复合磁体制备与研究中运用较多，但在新型高使用温度磁体的开发中并没有得到应用。本文主要采用化学辅助高能球磨法制备Sm2Co17基纳米复合永磁体，首先优化了单相Sm2Co17纳米磁粉的制备工艺，为复合磁体制备提供了良好的基体，随后研究了Sm2Co17/AlNiCo与Sm2Co17/MnBi双硬磁相纳米复合磁粉的成分与制备工艺对复合磁粉微结构与磁性能的影响，重点研究了复合磁体微结构与磁性机理的关系。研究内容如下：　　1.研究了Sm2Co17型磁粉磁性能优化和微结构调控。SmCox合金粉末样品的剩余磁化强度Mr、饱和磁化强度Ms、剩磁比Mr/Ms均随高能球磨时间延长而降低，而样品内禀矫顽力Hcj无明显变化规律。显微结构表明磁粉相结构未随Co含量与球磨时间发生改变，粉体整体表现为片状组织且随着球磨时间延长而变薄，粉末粒度也逐渐变细。由于微结构改变导致高能球磨1h磁粉交换耦合作用最强是其剩磁比Mr/Ms最高的主要原因。　　2.研究了粉料配比、球磨时间以及热处理对Sm2Co17/AlNiCo纳米复合磁粉体系影响。90wt%Sm2Co17/10wt%AlNiCo的复合磁粉为最优配比，磁性能最佳，延长高能球磨时间能有效改善复合磁粉的内禀矫顽力Hcj与饱和磁化强度Ms。微观分析表明复合磁粉Sm2Co17与AlNiCo保持独立相结构，且呈片状组织。复合磁粉内部以静磁相互作用为主导，AlNiCo发生调幅分解后会影响二者交换耦合作用强度，产生剩磁增强效应，经925℃热处理的复合磁粉剩磁优化最显著。　　3.研究了MnBi合金添加量对MnBi/Sm2Co17复合磁粉磁性能和微结构的影响。随着MnBi合金添加量的增加，复合磁粉的饱和磁化强度和剩余磁化强度均下降，内禀矫顽力先缓慢上升后保持在8.5kOe，但均低于纯MnBi磁粉的10.8kOe。粉体微结构表明，复合后磁粉MnBi相与Sm2Co17保持独立，MnBi含量的增加会阻碍Sm2Co17的细化过程，δM结果表明，15wt%MnBi复合磁粉剩磁比最高，较强的交换耦合作用是其关键原因。

关键词： 有机闭孔绝热材料   细微结构   有效传输系数   动态热湿耦合   多目标优化  

摘要： 有机闭孔绝热材料是一种常见的低导热保温材料,然而当应用环境存在较高温湿度梯度时,材料内极易发生湿分渗透、冷凝和积聚的现象,影响系统保温保冷功能。传统热湿耦合过程的分析方法中,存在其有效传输系数难以确定,以及细微结构影响不明晰的问题。为解决上述关键问题,本文提出一种多尺度模型以确立有机绝热材料细微结构对其动态热湿传递过程的影响规律。本文首先利用Voronoi图划分法和四参数随机生长法构建了可描述有机闭孔绝热材料细微观结构的网格单元体。然后通过格子玻尔兹曼双分布模型分析了细微观结构对介观尺度有效传输系数的影响规律,并基于模拟结果构建数据库,运用神经网络算法实现从细微结构到介观尺度有效传输系数的模拟预测。进一步,将介观尺度有效传输系数引入宏观尺度动态热湿耦合控制方程,通过多尺度模型开展细微结构对动态热湿耦合过程的影响分析。最后,结合细微结构参数的影响规律,运用多目标优化方法以及折衷优化方法得到理论最优结构,以期为有机闭孔绝热材料的性能优化提供参考。基于本文研究的参数范围,发现:i)介观尺度有效传输系数中,在本文研究的参数范围内,总孔隙率对有效导热系数的作用强度(2.68)最大,总孔隙率及闭开孔体积比对渗透率的作用强度(1.38,1.66)最大,其他结构参数对有效导热系数(0.05～0.54)和渗透率(0.14～0.72)也有一定程度的影响,并且随着总孔隙率的降低,其他参数的作用强度逐步减小。ii)在动态热湿传递过程中,随着结构参数的增加,影响传热过程的主要影响因素为总孔隙率(13.4%～-8.9%),闭开孔体积比(9.6%～-5.8%)和平均孔径(-4.5%～7.8%)次之,相对偏移比(2.7%～-1.9%)最小。影响传湿过程的主要影响因素为闭开孔体积比(40.0%～-26.4%),总孔隙率(-6.3%～20.1%)次之,相对偏移比(4.9%～-3.8%)和平均孔径(6.2%～-7.3%)最小。以酚醛在冷库中的应用为例,总孔隙率一定时,改变其他结构参数主要影响传湿过程,并进而影响传热过程,且随着总孔隙率增加,其他结构参数对传热的影响整体可提升11.0%;iii)以热湿特性参数为目标函数,结合多目标优化和ε-约束法得到有机闭孔绝热材料最优结构为:总孔隙率越大越好,在0.95时闭开孔体积比控制在9左右,平均孔径为80μm～90μm,相对偏移比为0.2～0.3。

关键词： 紫外光辐照   核壳结构   纳米粒子   硒化锌壳层  

摘要： 近年来,针对纳米材料的研究日益增多。纳米粒子(NPs)作为零维纳米材料中的一种,因具有独特的电学、光学、热学和催化等性能,从而受到科学家们的广泛关注。其中Ⅱ-Ⅵ族半导体纳米粒子被发现在太阳能电池、传感器、激光器、光催化剂和生物医学成像等方面拥有巨大的应用潜力。目前,基于镉基化合物的纳米粒子研究较多,制备方法更加成熟,但镉基化合物具有一定的毒性。而硒化锌(ZnSe)作为宽带隙半导体材料,与镉基化合物相比毒性小,水溶性高,对环境友好,更适合应用于生物领域。此外,硒化铜(CuSe)作为一种p型半导体,具有广泛的化学计量成分和非化学计量成分,导致其结构具有多样性,其中具有六方相的纯CuSe在室温下是稳定的,可以使用在有机污染物降解等方面。裸露的纳米粒子应用具有一定的局限性,通过在纳米粒子表面生长无机宽带隙壳层,可以改善纳米粒子的表面缺陷,增强纳米粒子的发光性能,以及提高纳米粒子在外界环境中的稳定性。因此,本文选择对ZnSe和CuSe半导体纳米材料进行研究,经检索大量文献与查找相关报道所知,目前还没有关于利用紫外光辐照法,合成具有核壳结构的CuSe/ZnSe纳米粒子的相关研究。本文首先采用回流冷凝法合成了CuSe纳米粒子。然后,用简单、快速的光化学方法,室温下利用紫外光照射,在CuSe纳米粒子表面生长ZnSe壳层,得到了具备清晰核壳结构的CuSe/ZnSe核壳纳米粒子。通过X射线衍射谱(XRD)、能量色散谱(EDS)、透射电子显微镜(TEM)、高分辨透射电子显微镜(HRTEM)、紫外可见吸收光谱(UV-Vis)和光致发光光谱(PL)等不同表征手段,对合成产物CuSe/ZnSe核壳纳米粒子的晶体结构、形貌特征以及光学性能等进行分析,并探讨了不同制备条件对合成产物的超微结构以及性能的影响。结果表明,合成产物CuSe纳米粒子属于六方相结构,粒子呈球形,分散性好,粒径大小在6-16 nm之间。反应温度降低导致CuSe纳米粒子的结晶度降低,其形貌变为不规则的球形,且纳米粒子的尺寸大小分布不均匀。而随着反应时间的增加,合成产物CuSe纳米粒子的尺寸大小随之减小。此外,通过检测结果发现,合成的CuSe/ZnSe核壳纳米粒子的粒径大小约为15-45 nm,其带隙高于纯ZnSe或纯CuSe块体材料的,且通过ZnSe壳层包覆使CuSe纳米粒子的荧光性能得到大大改善。当改变投入反应物中锌源和硒源的摩尔比例时,产物的吸收峰随比例的增加而发生红移,其荧光强度同时得到提高。CuSe/ZnSe核壳纳米粒子的粒径大小随光照时间变化,当光照时间过短,产物的核壳结构不清晰,荧光强度较弱。而光照时间过长,纳米粒子易聚合,粒子尺寸大小增加不均匀,且表面缺陷增加,导致荧光强度再次减弱。综合分析对比得出,产物的最佳生长条件为光照时间30分钟,硒化铜、锌源和硒源三种反应物的摩尔比例约为1:2:2,此时合成的CuSe/ZnSe核壳纳米粒子的形貌结构和荧光性能相对最好。

关键词： 晶界扩散   热压烧结   热变形   ThMn12  

摘要： Nd-Fe-B稀土永磁材料广泛应用于仪器仪表、航空航天、电子信息、风力发电等高新技术领域。然而Nd-Fe-B磁体仍存在着热稳定性差的问题,难以满足在高温条件下的应用。为拓展高温领域的应用,需要进一步增强磁体的矫顽力。传统提高磁体矫顽力的方法是掺杂重稀土元素（HRE）,但这容易造成稀土资源的浪费。为此,本文采用两种方案:第一,采用晶界扩散的方法提高快淬钕铁硼磁粉的矫顽力,后通过热压烧结及热变形工艺制备得到具有优异磁性能的Nd-Fe-B磁体;第二,以探索低稀土含量的高温稀土永磁为目的,采用熔体快淬技术制备具有ThMn12结构的SmFe11Ti合金。首先,以低熔点合金Nd-Cu和Nd-Al为扩散源,研究了不同扩散工艺对MQP钕铁硼快淬磁粉微结构和磁性能的影响。研究发现,低熔点合金晶界扩散能有效增强磁粉的矫顽力,且Nd-Cu合金的扩散效果优于Nd-Al。Nd-Cu扩散研究表明,15 wt.%/600℃/2 h晶界扩散条件下,磁粉的综合磁性能最佳,其矫顽力达20.01 kOe,较初始磁粉增加了165.4%。扩散后α-Fe相含量降低所导致的晶间交换耦合作用的弱化和晶间富稀土相的形成所增强的磁隔离效应是矫顽力提高的两大主要原因。Nd-Al扩散研究发现,650℃/2 h晶界扩散所制磁粉的矫顽力最高,可达15.88 kOe。Nd-Al合金中Al含量的增加有利于矫顽力的提升,这归因于晶粒边界微观结构的进一步优化以及NdFeAl相的形成。以扩散磁粉为前驱体粉末,联合采用热压烧结和热变形技术,成功制备了具有各向异性的Nd-Fe-B磁体。研究发现,热压烧结磁体中存在两种具有不同晶粒尺寸的结构区域,即粗晶区和细晶区。颗粒边界聚集的低熔点富稀土相和烧结过程中被挤出的低熔点相在致密化过程中的快速长大是粗晶区形成的主要原因。650℃/50MPa/15 min烧结条件下,磁体的综合磁性能最佳,其剩磁、矫顽力和最大磁能积分别为Jr=0.63 T、Hc=21 kOe和（BH）max=67 kJ/m3。热变形后,磁体继承了烧结磁体的粗细晶区结构,其中,细晶区由具有c轴取向特征的扁平形状晶粒组成,是磁体获得各向异性的原因。热变形磁体的磁性能为:Jr=1.09T,Hc=13.88 kOe和（BH）max=202 kJ/m3。矫顽力机制研究表明,烧结和热变形磁体的矫顽力机制均为钉扎机制。此外,为进一步探索低稀土含量的高温稀土永磁,采用电弧熔炼及熔体快淬技术制备了具有ThMin12结构的SmFe11Ti合金,并研究了退火和快淬工艺对合金微观结构和磁性能的影响。研究发现,SmFe11Ti合金的物相由1:12相、α-Fe相、Fe2Ti相及非晶相组成。退火及快淬工艺可以有效调控合金的微观结构,进而改善磁性能。35 m/s快淬速度下,800℃/30 min退火工艺所制合金的磁性能最佳,其剩磁、矫顽力和最大磁能积分别为0.63 T、380 kA/m和41 kJ/m3,矫顽力温度系数β=-0.42%/K,Tc=580K。提高快淬速度有助于合金矫顽力的提高,50m/s快淬速度所制合金薄带的矫顽力可达432kA/m。Henkel曲线研究发现,SmFe11Ti合金中软磁相和硬磁相之间存在较强的交换耦合作用。矫顽力机制分析表明,SmFe11Ti合金的矫顽力由形核场控制。

关键词： 仿生材料   力学性能   微观结构   氧化石墨烯基复合纤维   纺丝工艺  

摘要： 自然界的生物材料经过数亿年的进化已经实现了结构和功能的完美统一,如木材、鱼鳞和贝壳等。在众多的天然生物复合材料中,贝壳珍珠母得益于其内部软硬物质交替叠层排列的精密结构使其同时兼具了刚度、强度和韧性等出色的性能,因而成为研究人员研究和模仿的重点。科学家们常常选用长径比大、力学性能好的材料作为交错叠层结构中的硬质相来制备性能与功能兼具的仿贝壳结构材料。而石墨烯由于其强度高、长径比大、质量轻等优点,因此常被选做制备轻质高强高韧类贝壳结构的理想材料。目前,石墨烯基复合材料已获得了长足的发展。在众多的石墨烯衍生物中,石墨烯纤维因其轻质、高强、柔韧等特性自其2011年被高超小组首次报道以来就引起了极大关注。本文利用贝壳结构的强韧化机理,采用改进的Hummers法制备氧化石墨烯(GO),将其作为“砖-泥”结构中的硬质相,再选用粘结性能较好的聚氨酯(TPU)作为软质相。经湿法纺丝工艺制备了具有类贝壳结构的GO-TPU复合纤维。这些纤维具有不同的微观结构,对它们进行拉伸测试,其强度和韧性随着TPU含量的升高呈现先上升后下降的趋势。结合拉剪链模型和有限元模拟对其力学性能进行分析,结果表明,通过调整氧化石墨烯硬质“brick”与TPU软质“mortar”之间的微观结构,可优化内部应力分布,改善纤维的宏观力学性能。此外,经研究发现,TPU与GO之间的界面结合是影响复合纤维力学性能的又一关键因素。因此,在该层状结构中加入碳纳米管(CNTs)来改善“砖”与“砂浆”之间的界面结合特性和应力传递效率,进一步发挥了GO片层优异的承载特性,从而实现材料抗拉强度和韧性的进一步提高。并对上述氧化石墨烯基复合纤维进行化学还原,进一步提升了其力学性能。此外,经上述研究发现:当TPU与GO在某种特定质量比时,纤维展现出较好的力学性能,而目前工业制造都朝着更为简便环保的方向迈进,因此,采用制备流程更为简便的干法纺丝工艺对这种特定质量比的GO-TPU混合溶液进行纤维纺丝,并且运用ABAQUS仿真模拟软件观测内部缺陷对纤维宏观力学性能的影响。结果表明,干纺纤维由于其内部孔洞缺陷较湿纺纤维更为细微,因此,其力学性能较湿纺纤维展现出了明显的优越性。这可以有效控制纤维的微观结构,改善内部应力分布和载荷传递效率,从而优化其宏观力学性能。综上所述,本文采用湿法纺丝方法制备了GO基复合纤维,并且结合拉剪链模型和有限元模拟对其微观结构和界面结合的强韧化机理进行分析,并对上述GO基复合纤维进行化学还原,大大提升了其力学性能。基于上述工作,进一步采用流程更为简便的干法纺丝方法制备了GO-TPU复合纤维,并且运用ABAQUS对其内部缺陷的失效机制进行分析。这些研究将为氧化石墨烯复合纤维的内部微观结构优化策略和制备工艺的改进提供有益的指导。