关键词： 石墨烯气凝胶   微结构设计   制备工艺   梯度孔结构   刺激响应性  

摘要： 石墨烯气凝胶是由石墨烯片经物理或者化学交联得到的多孔材料。由于兼具了石墨烯与气凝胶的特征，其具有超轻、可压缩、导电以及亲油疏水等特征，在众多领域有潜在应用价值。但是目前石墨烯气凝胶领域仍然存在一些挑战：1、如何实现石墨烯气凝胶绿色制备；2、如何在解决石墨烯气凝胶脆性问题的同时保持其超轻及超弹性能；3、如何实现高比表面积石墨烯气凝胶的简单制备等。通过微结构设计常常能够提高其性能或赋予其新的性能。本文通过对石墨烯气凝胶的孔、壁结构进行设计，得到具有优异综合性能的石墨烯气凝胶并探索了其在仿生、光热转化、声音传感器以及刺激响应性领域的应用，具体的研究成果如下。\n 1)以空气泡为模板，利用天然胶乳粒子对石墨烯气凝胶孔壁进行设计，制备了天然胶乳改性的石墨烯气凝胶。天然胶乳粒子被包裹在还原的氧化石墨烯片层之间形成了“三明治”状结构，非常类似于天然玫瑰花瓣的表面形貌，具有疏水且高粘附性质。同时，天然胶乳的并用，大大提高了石墨烯气凝胶的韧性，使其具有耐冲击、抗扭曲（90°）、不易破碎（超声5h，几乎无破损）等性能，并兼具低密度（4.6mg cm-3）和高压缩回弹性（压缩90%）的特性，因此更加有利于石墨烯气凝胶在动态环境中的实际应用。\n 随后对类玫瑰花瓣结构的仿生石墨烯气凝胶的功能性进行了探究，发现仿生石墨烯气凝胶壁上大量的微凸起以及褶皱不但能大大提高石墨烯气凝胶某些传统性能，如：更加疏水（无化学改性，疏水接触角能达到131.8°）、更快速地吸附有机溶剂、增强的光热转化性能（1个太阳光下，表面温度达到了108.8℃）以及在大形变传感器方面的应用；而且赋予了石墨烯基气凝胶新的应用，如：集水性能，即不同湿度环境中的水蒸气能快速凝结在其表面。除此之外，还发现仿生石墨烯气凝胶对微小形变具有电流响应性能，因此能够检测各种不同声音引起的震动，不但能够辨别不同的单词、音色及音调；而且能够辨别动物的声音以及同一种动物不同品种的叫声。这一应用极大的拓宽了石墨烯气凝胶在声音传感领域的应用。\n 2)通过负压法对空气泡模板进行操控，实现了石墨烯气凝胶孔径在更大范围内（200μm-2mm）可调。大孔石墨烯气凝胶在降低石墨烯复合材料的逾渗值方面有极大的优势。\n 3)运用层层浇注手段对石墨烯气凝胶的整体孔结构进行设计，得到了具有梯度结构的石墨烯气凝胶，即从底部至顶部其孔径由小到大呈现梯度变化，平均直径范围为120-440μm。这样得到的梯度石墨烯气凝胶在刺激响应性领域有着潜在应用，将温敏高分子灌装到其中，得到石墨烯基水凝胶在40℃水中能够迅速发生弯曲，即具有温度响应性能；当用近红外激光照射时，其能因不均匀失水而发生变形，即具有光响应性。\n 4）利用快速还原氧化石墨烯气凝胶过程中产生的大量气体对石墨烯气凝胶壁进行设计，得到了一种具有高比表面积的石墨烯气凝胶。发现冷冻干燥的氧化石墨烯气凝胶局部受热可引发连锁反应，使整个气凝胶快速得到还原（＜1s）。还原过程中产生的大量气体使紧密堆积的石墨烯片层发生膨胀，得到疏松的多孔结构，且孔壁石墨烯片层表面产生大量孔洞。该方法制备的石墨烯气凝胶比表面积高达758m2g-1，远大于常规还原方法所制备石墨烯气凝胶的比表面积。热失重分析表明点还原石墨烯气凝胶具有较高的热稳定性，氮气氛围中在500℃以前几乎不发生热降解，热稳定性远大于化学还原剂得到的还原氧化石墨烯气凝胶。当温度高于250℃时，这一快速还原反应在真空、空气、氮气氛围中均能发生，该反应的发生与氧化石墨烯片层上含氧官能团的量有关。\n 综上，通过对石墨烯气凝胶微结构进行设计，制备了具有超轻、韧性且优异压缩性能的仿生石墨烯气凝胶，其在环境修复领域、光热转化领域特别是声音传感及集水领域有着潜在应用价值；利用负压手段对空气泡直径进行精准操控，实现了石墨烯气凝胶的孔径在大范围内可调；并运用层层浇注手段制备了具有梯度孔结构的石墨烯气凝胶，其在刺激响应性领域有着潜在的应用；最后发现一种快速制备高比表面积石墨烯气凝胶的方法。

关键词： Zn O   nanowires   hydrothermal synthesis   optical modelling  

摘要： Zn O nanowire films were produced at 90°C using a hydrothermal chemical deposition method,and were characterised with scanning electron microscopy,optical transmission spectrometry and X-ray *** results showed that the optical band gap is 3.274-3.347 e *** porosity and microstructure can be controlled by adjusting the p H of the growth *** O nanowire films comprise a 2-layer structure as demonstrated by SEM analysis,showing different porosities for each *** analysis shows preferential growth in the(002)orientation.A comprehensive optical modelling method for nanostructured Zn O thin films was proposed,consisting of Bruggeman effective medium approximations,rough surface light scattering and O’Leary-Johnson-Lim *** optical transmission of nanostructured Zn O films agreed well with experimental data.

关键词： 氮化硼纳米管   催化剂辅助生长法   显微结构   性能  

摘要： 采用无定型B粉为原料,在催化剂Fe2O3和CaO辅助作用下,控制反应气氛氨气的流量(150~200 mL/min),在1200℃下于真空管式炉中保温4 h,制备氮化硼纳米管(BNNTs)。采用透射电子显微镜(TEM)、X射线衍射(XRD)和傅里叶转换红外光谱分析(FTIR)等手段对产物的结构和形貌进行了表征,结果表明:所得产物为竹节状氮化硼纳米管(BNNTs),其晶体结构为六方氮化硼,外径约为35~100 nm,长度为数微米至数十微米。

关键词： 铝基复合材料   陶瓷强化材   微结构   机械性质  

摘要： 摘要隐藏中

关键词： 难加工材料   微结构件   微细电解加工   工艺设计  

摘要： 随着微细加工技术的快速发展，微细电解加工技术已成为先进制造技术的一个热点方向。针对难加工材料大深宽比微结构件存在的加工难题（尺寸小、深宽比大、成形加工困难等），利用微细电解加工技术对难加工金属材料大深宽比结构进行技术实验研究。对难加工金属材料微结构的加工难题的解决和微细电解加工方法的发展具有重要意义。\n 在微细电解加工理论研究基础上，分析了难加工金属材料的组成成分，利用电化学工作站对六种电解液进行了极化曲线的测量，初选出所需电解液，通过设计电解液的可行性实验，选择合适的电解液并进行了工艺参数（加工电压、进给速度、占空比等）对难加工金属材料电解加工稳定性和加工精度影响的基础性实验，得出加工难加工金属材料所需较优的工艺参数组合。通过做单一变量实验得出：占空比40%-60%、加工电压为8V、进给速度0.75μm/s-1.25μm/s、主轴转速为2000r/min-4000r/min、脉冲频率2000Hz时，加工较稳定，且加工精度较高。通过构建五因素五水平的正交实验以及利用灰色关联法对多目标参数进行优化处理，得出各个因素对实验结果的影响程度且选择出最优参数组合，加工结果影响程度为：加工电压＞进给速度＞脉冲频率＞主轴转速＞占空比。成功加工出“十字”槽结构，多点测量求平均值得出槽的实际平均宽度为339.68μm、“十字”槽交叉处的平均角度90.368°，平均圆角半径为78.443μm，深宽比为8.243；并通过变参数（同时改变加工电压和进给速度）加工，测量结果得出“十字”槽的实际平均宽度313.025μm，较未改变参数加工的槽宽减小了7.8%；交叉处的平均角度为90.016°，较未改变参数加工的平均角度减小了0.38%；平均圆角半径为43.183μm，较未改变参数加工的平均圆角半径减小了44.9%，深宽比由8.243变为8.945。并且成功加工出“S”型、“回”字型和“XATU”字样的三维结构，深宽比均大于8.5。证明了微细电解加工技术加工难加工金属材料大深宽比微结构的可行性。\n 理论分析和实验研究表明，微细电解加工技术是难加工金属材料大深宽比微结构的理想加工方法。该研究解决了难加工金属材料大深宽比微结构的加工难题，可为同类或相似难加工金属材料大深宽比微结构难以加工的情况提供一定帮助与借鉴，同时对微细电解加工技术在难加工金属领域的发展也有一定的促进作用。

关键词： 鋰離子電池   矽氧碳陶瓷材料   聚集碳相   SiOC四面體結構   可逆電容量  

摘要： 本研究分别利用ReaxFF与第一原理模拟计算探讨矽氧碳陶瓷负极材料之微结构，以及其碳氧浓度对其微结构之影响。接着利用第一原理计算进一步进行矽氧碳材料的电子结构以及锂化机制的分析。 论文的第一部分，本文以Ponomarev等人的参数(UTA1)出发，进行参数的调整，并验证这些参数对於各一元及二元对系统的结构、机械常数和内聚能的描述。基於以上性质的改善，由我们所调整得到的参数建置的结构中可以看到碳原子相较於UTA1参数所建置的非晶矽氧碳结构来说更倾向进到矽氧碳玻璃相中，因而使聚集碳相(free carbon phase)变得更加平整。另外原来UTA1参数对於系统中配位缺陷过高的容忍度也有所改善。有了以上的参数调整以及改善，利用我们所调整参数建置的非晶矽氧碳结构在热力学稳定度上明显优於由UTA1参数所建置的结构。 在第二部分中，本文利用第一原理计算产生六组不同浓度的矽氧碳结构，讨论碳与氧浓度对微结构以及电子性质的影响。结果显示当碳与氧的浓度下降时，聚集碳相的比例会随之下降。此外，当碳浓度上升或是氧浓度下降时，系统中SiC4与SiC3O四面体的比例会随之而上升，而SiCO3与SiO4四面体的比例会随之而下降，致使系统的孔洞体积以及比表面积也因而降低。接着在电子性质方面，结果显示碳原子的加入有效使矽氧碳玻璃相的能隙缩小，此外随着氧浓度的降低，Si-C与Si-Si键结在系统中的比例逐渐提升，造成能隙逐渐减小的现象。 在最後一部分的锂化计算中，结果显现矽氧碳的锂化过程主要分为两阶段:第一阶段电子主要填在聚集碳相的碳原子上而锂离子吸附在聚集碳相与矽氧碳玻璃相的界面之间的氧原子上；第二阶段电子开始填入矽氧碳玻璃相造成系统中明显的Si-O断键以及Li-O键结生成的现象。聚集碳相在锂化过程中扮演着电子储存槽以及缓冲系统体积膨胀的角色。最後，我们发现越高的碳浓度将驱使越高的电容量。此外高碳浓度以及低氧浓度将使矽氧碳系统在充放电可逆性上有较佳的表现。

关键词： Chickpeas   Tahini   Dielectric constant   Penetration depth   Microstructure  

摘要： Hummus is a popular dip of the Middle Eastern countries and widely sold in the supermarket. The consumption of hummus from these sources could be a potential source of microbial contamination and food-borne diseases. In this work, the hummus samples were subjected to high-pressure treatment (300-600 MPa for 15 min) in three selected packaging materials (coextruded LLDPE, LLDPE and polylactide/essential oil blend) followed by measuring the dielectric properties and microstructure of the post-process samples. The hummus sample showed a significant change in the dielectric properties above 300 MPa. The packaging materials had the least effect on the dielectric parameters of hummus except for the biodegradable packaging, which showed a significant change compared to others. The ingredients influence the dielectric properties and microstructure of the sample. The selected test organism Listeria monocytogenes was completely inactivated by the pressure treatment at 400 MPa to ensure the safety of the product. Therefore, the HP treatment above 400 MPa could improve the safety of the product with retaining the desirable quality attributes.

关键词： Welded joint   Low cycle fatigue   CrMo-steel   Thick wall   Rotor  

摘要： The low cycle fatigue properties at 230 degrees C and the microstructures of the material in different zones of 100-mm thick dissimilar joint made of ultra-supercritical rotor steels were studied. The microstructures, failure path and the fatigue fracture surfaces were characterized by scanning electron microscope and transmission electron microscopy. The relationship between strain level and fatigue life of 30Cr1Mo1V (BM-1), weld-seam (SAW) and 30Cr2Ni4MoV (BM-2) at 230 degrees C were obtained, respectively. The effects of microstructural characteristics on low cycle fatigue performance at 230 degrees C were discussed based on the morphology of dislocation cells in fatigued samples.

关键词： Structural   Metallic Composites   Diffusion   Interfaces   Caliber-Rolling  

摘要： Al6061/Cu and Al6063/Cu cladding materials have been produced by the caliber-rolling process at 298 K. The prepared specimen was post-annealed at a temperature of 773 K for various time durations, and the effects of annealing conditions have been investigated. Vickers hardness of Al6061, Al6063 and Cu decreases as annealing time decreases;however, that of the interface between Al alloys and Cu increases with an annealing time of 1 h, and then decreases as annealing time increases further. The growth of a diffusion layer in Al6063/Cu is larger than that in Al6061/Cu, because the activation energy in the Al6063/Cu is lower than that in Al6061/Cu during the annealing process. Cracking of the diffusion layer occurs by annealing for extended periods of time in both materials, which contributes to the decrease in hardness.

关键词： 聚氨酯   聚偏氟乙烯   氮化硅   波形结构   摩擦纳米发电机   织物发电机  

摘要： 随着可穿戴电子产品的快速发展,摩擦发电机因其可以将外部机械能转换为电能供电子产品应用而成为研究热点。目前,如何制备具有更好的便携性、柔性、可穿戴性的高性能发电机成为人们研究的主要方向。基于此,我们通过两种实验方案制备了不同结构的摩擦纳米发电机(TENG)。方案一,将细铜丝按照一定的间距均匀的排列在双导电铜箔胶带表面,自主设计制备具有凹凸结构的纳米纤维接收装置。首先,取其中一块接收装置在其表面纺制聚氨酯(PU)纳米纤维,再取另一块接收装置在其表面纺制掺杂氮化硅驻极颗粒的聚偏氟乙烯(SiN doped PVDF)纳米纤维,获得两种具有波形结构的纳米纤维膜,组装制成高性能波形驻极摩擦纳米发电机(HW-TENG),并对其形貌与性能进行表征及测试。结果显示,HW-TENG的表面纳米纤维与支撑材料之间紧密贴合形成凹凸分明的微波状结构。通过输出性能结果,证明了掺杂Si3N4与制作波形结构的HW-TENG较普通平面膜发电机电输出性能提高3倍左右,其中原因一是纳米纤维中掺杂Si3N4纳米驻极颗粒,提高纳米纤维储存电荷能力;二是纳米纤维波形膜表面结构增加了纤维层之间的有效接触面积。除此之外,进一步对HW-TENG进行了一系列的应用测试,结果表明HW-TENG具有将机械能转化为电信号随即反馈的灵敏性能,收集机械力值范围较广,以及多次循环测试表现出良好的循环稳定。最终连接电路点亮LED小灯泡,说明在机电转化为低耗电子产品供能具有较大的应用潜能。方案二,利用共轭静电纺丝技术以铜丝为芯纱材料分别制备了PU纳米纤维包芯纱和SiN doped PVDF纳米纤维包芯纱两种,进一步通过纺织编织技术设计构建掺杂SiN驻极粒子且具有接结结构效果的双层织物摩擦纳米发电机(NFDT@TENG)。其中织物上层由SiN doped PVDF纳米纤维包芯纱编织而成,呈负电性,下层为PU纳米纤维包芯纱编织而成,呈正电性,进一步研究了NFDT@TENG处于不同状态下的开路电压(Voc)、短路电流(Isc)、敏感性能、可洗性和循环性能等。通过外部机械力作用时,两织物层接触摩擦,将外部机械能转化为电能,Voc、Isc峰值最佳分别达到71 V、0.7μA,瞬时输出电能达到56μW。且测试发电机在经过150000次循环后,其电输出性能几乎保持稳定,由此表明NFDT@TENG具有输出稳定性。这种发电机显示了优异的电输出电性能,灵敏性,可收集不同条件下的外部机械力,并具有良好的可穿戴性、可编织性、可清洗性、循环应用性能。由于其制作方式简单,价格低廉,服用性高,收集范围广等特点,使其在低耗可穿戴电子产品的供电设备应用中具有巨大的应用前景。除此之外,将发电机分别与整流器、商用电容器、LED小灯泡相连接,对其实际应用性能做出进一步研究。本研究方案显著提高了TENG的输出性能,极大地促进TENG在自供电可穿戴纺织品中的应用性能。其中方案二较方案一更具有可穿戴的实际意义。