关键词： 智能材料   离子聚合物-金属复合材料   性能分析   离子迁移   驱动器  

摘要： 离子聚合物-金属复合材料(Ion-exchange Polymer-metal Composite,IPMC)因其形变展现出高度的非线性且自身具有质量轻、机电转换能力强和对大变形耐受性高的独特性质,在医疗、电气、机械、航空航天等领域具有广阔的应用前景。主要综述了同类型的材料在驱动性能和原理上的差异,从离子在电场中的迁移、膜内静电力和水分子导致的溶胀3个角度研究了IPMC的驱动原理,汇总分析了相关理论并建立了相关计算模型,分析了离子交换膜、电极和阳离子对驱动性能的影响因素,针对该问题提出了优化方案并期望对整体驱动结果进行改善。根据应用场景,综述了IPMC作为驱动器和传感器的应用案例。最后,对面向驱动器的离子聚合物-金属复合材料研究中仍然存在的难题和挑战进行了展望。

关键词： Al-Fe-Cu合金   陶瓷增强   复合材料  

摘要： 采用光学显微镜与超景深显微镜观察了不同Al2O3添加量的Al2O3增强Al70Fe10Cu20合金微观组织,利用X射线衍射仪、拉伸试验机、维氏硬度计、摩擦磨损试验机、密度计、电导率仪检测了Al2O3增强Al70Fe10Cu20合金力学性能、摩擦磨损性能、密度与电导率。结果表明,Al2O3颗粒的添加量以及真空熔炼后Al2O3颗粒在Al70Fe10Cu20合金中的分布均匀性对复合材料的显微组织和性能影响较大。综合各项性能指标得出Al2O3最优添加量为0.1 wt%,与不添加Al2O3的Al70Fe10Cu20合金相比添加0.1 wt% Al2O3的Al70Fe10Cu20复合材料的密度和电导率降低幅度很小,而硬度、抗压强度以及耐磨性却有显著提升。The microstructure of Al2O3 reinforced Al70Fe10Cu20 alloy with different Al2O3 additions was observed by optical microscope and super depth of field microscope. The mechanical properties, friction and wear properties, density and conductivity of Al2O3 reinforced Al70Fe10Cu20 alloy were detected by X-ray diffractometer, tensile testing machine, Vickers hardness tester, friction and wear testing machine, density meter and conductivity meter. The results show that the addition amount of Al2O3 particles and the distribution uniformity of Al2O3 particles in Al70Fe10Cu20 alloy after vacuum melting have a great influence on the microstructure and properties of the composite material. The optimal addition amount of Al2O3 is 0.1 wt% based on various performance indicators. Compared with Al70Fe10Cu20 alloy without Al2O3, the density and conductivity reduction of Al70Fe10Cu20 composite material with 0.1 wt% Al2O3 was very small, while the hardness, compressive strength and wear resistance were significantly improved.

关键词： 纤维增强复合材料(FRP)约束混凝土   集成学习   轴压极限应力   轴压极限应变   SHAP  

摘要： 收集了237组纤维增强复合材料(以下简称FRP)约束混凝土圆柱轴压试验数据,利用决策树和集成学习中的随机森林、自适应提升树(AdaBoost)算法建立了模型,并分别对轴压极限应力及轴压极限应变进行了预测,优选出了相对最优预测模型;在此基础上,用SHAP方法解释了相对最优模型;另外,对比了相对最优模型与传统模型的预测效果。结果表明:相较于AdaBoost与决策树模型,随机森林模型在预测轴压极限应力与轴压极限应变过程中不易过拟合,具有较高的预测精度;利用SHAP方法可以从全局和局部两个角度量化分析每个特征参数的贡献度,在全局层面上,每个特征参数对预测结果的影响趋势符合试验规律;相比于传统模型,随机森林模型的预测结果更准确。

关键词： 发光二极管   图形化衬底   光提取效率   光学设计   纳米压印技术   感应耦合等离子体刻蚀  

摘要： 在高分辨率发光二极管(LED)显示技术中,图形化衬底的设计对于提升LED芯片性能至关重要。目前,传统微米级图形化蓝宝石衬底(PSS)在小尺寸LED芯片应用中面临光提取效率(LEE)低和光调控不均匀等挑战,因此,优化纳米级图形化衬底的设计显得尤为重要。聚焦于倒装LED芯片的纳米级图形化Al_(2)O_(3)-SiO_(2)复合材料衬底(MMS)的设计,以填补这一研究空白。通过波动光学方法对不同尺度的MMS进行透射率模拟,揭示纳米级图形化结构在增强LEE方面的机制。此外,采用蒙特卡罗光线追踪方法模拟并计算不同材料和尺寸的图形对LEE和发光角的影响,从而设计出性能最优的纳米级MMS。所设计的圆锥形图形阵列呈六角密排,周期为1.0μm,图形直径范围为800~900 nm,高度范围为550~650 nm。结果显示:纳米级MMS上的倒装LED芯片在轴向出光方面较传统微米级MMS提高47.15%;与同尺寸的纳米级PSS和平面蓝宝石衬底相比,纳米级MMS上的倒装LED芯片的轴向LEE分别提高9.85%和112.53%,发光角较纳米级PSS减小7.46%。最后,利用柔性纳米压印技术(NIL)和感应耦合等离子体(ICP)刻蚀技术制备纳米级MMS。为纳米级MMS在高分辨率LED自发光显示中的应用提供重要的理论和实验依据,证明其在该领域的发展潜力。

关键词： 聚乳酸   滑石粉   端环氧型超支化聚酯   相容性  

摘要： 合成了端环氧基超支化聚酯(EHBP),将其与聚乳酸(PLA)/滑石粉熔融共混制得PLA/滑石粉/EHBP复合材料,并通过接触角测量仪、红外光谱仪(FTIR)、万能试验机、差示扫描量热仪(DSC)、热失重分析仪(TG)和扫描电子显微镜(SEM)等对其表面疏水性能、分子结构、力学性能、结晶性能、热性能及微观形貌等进行了表征。结果表明EHBP的加入使PLA/滑石粉复合材料结晶度降低;EHBP添加量为2份时PLA和滑石粉相容性最好;添加EHBP对PLA/滑石粉复合材料起到增强增韧作用。相对于PLA/滑石粉复合材料,当EHBP添加量为2份时,PLA/滑石粉/EHBP复合材料的力学性能提升最大,断裂伸长率提升了29.3%,冲击性能提升了49.8%,拉伸强度提升了31.3%。

关键词： selective laser melting   interface structure   aluminum matrix composite   mechanical properties   elastic modulus  

摘要： In order to obtain high-density dual-scale ceramic particles(8.5 wt.%SiC+1.5 wt.%TiC)reinforced Al-Mg Sc-Zr composites with uniform microstructure,50 nm TiC and 7μm SiC particles were pre-dispersed into 15−53μm aluminum alloy powders by low-speed ball milling and mechanical mixing technology,***,the effects of laser energy density,power and scanning rate on the density of the composites were investigated based on selective laser melting(SLM)*** effect of micron-sized SiC and nano-sized TiC particles on solidification structure,mechanical properties and fracture behaviors of the composites was revealed and analyzed in *** reaction and phase variations in the composites with varying reinforced particles were emphatically *** showed that SiC-TiC particles could significantly improve forming quality and density of the SLMed composites,and the optimal relative density was up to 100%.In the process of laser melting,a strong chemical reaction occurs between SiC and aluminum matrix,and micron-scale acicular Al_(4)SiC_(4) bands were formed in *** was no interfacial reaction between TiC particles and aluminum ***/Al semi-coherent interface had good bonding *** effect of TiC particles in grain boundaries could prevent the equiaxial crystals from growing and transforming into columnar crystals,resulting in grain *** optimal ultimate tensile strength(UTS),yield strength(YS),elongation(EL)and elastic modulus of the SiC-TiC/Al-Mg-Sc-Zr composite were~394 MPa,~262 MPa,~8.2%and~86 GPa,*** fracture behavior of the composites included ductile fracture of Al matrix and brittle cleavage fracture of Al_(4)SiC_(4) phases.A large number of cross-distributed acicular Al_(4)SiC_(4) bands were the main factors leading to premature failure and fracture of SiC-TiC/Al-Mg-Sc-Zr composites.

关键词： 聚乳酸   羟基磷灰石   复合材料  

摘要： 聚乳酸（PLA）是一种具有良好生物可降解性的骨修复材料，但由于缺乏成骨活性，限制了其在医学上的应用效果，通过与成骨活性成分(如纳米羟基磷灰石（nHAP）)复合是改善其生物医学性能的一种有效措施。本研究首先采用乳液溶剂挥发法制备PLA/nHAP复合微球，提高复合均匀性，进而以复合微球为原料经低温热压预成型-热处理工艺制备PLA/nHAP复合材料。结果表明，在130℃的热处理温度下，复合微球熔融完全，材料变得致密，且nHAP在PLA中良好分散；随着nHAP的质量分数从0%增加到10%，复合材料的力学性能逐渐增强，压缩强度、弯曲强度分别提高了约14%和42%；水接触角从（70.66±0.64）°减小到（56.49±0.50）°，亲水性增加。PLA/nHAP复合材料可以保持稳定的Ca2+、PO43-释放。细胞试验结果表明，PLA/nHAP复合材料无细胞毒性，nHAP的复合促进了成骨细胞的黏附与增殖（7天），且14天后显示出显著地促成骨分化作用。本研究为PLA/nHAP复合材料的制备提供了一种可行的技术方案。

关键词： W-Cu复合材料   粉末挤出打印   粒度级配   烧结温度   拉伸强度  

摘要： 粉末挤出打印是金属注射成形和3D打印相结合产生的新型增材制造技术，具有打印材料范围广、打印成本低等优点。本文以不同粒径W粉、电解Cu粉和微晶蜡基黏结剂为原料，采用粉末挤出打印制备W-20Cu复合材料。通过对W-20Cu喂料进行TG-DSC分析，制定合适的热脱脂工艺，利用正交试验优化打印工艺参数，研究W粉粒度级配对粉末临界装载量和W-20Cu微观组织与性能的影响。结果表明：以50%（质量分数） D50为2.32μm的细W粉和50%D50为21.74μm的粗W粉以及Cu粉制成喂料，在优化后的工艺参数下打印成形，所得生坯在1350℃下烧结90 min后，可获得致密度为93.41%、拉伸强度为307 MPa、热导率为182.95 W/（m·K）的W-20Cu烧结体试样。本研究通过调整W粉粒度级配来提高打印喂料中的临界粉末装载量，获得综合性能良好的W-20Cu复合材料，为PEP制备W-20Cu复合材料提供了新思路。

关键词： 铁路货车   车体   轻量化   复合材料   应用  

摘要： 铁路货车轻量化是减少列车运行能耗、提升装备绿色属性的关键指标。轻量化复合材料则是实现货运车辆轻量设计的有效途径之一。为了探究复合材料在国内外铁路货车方面的发展，文章明确了铁路车辆结构材料的要求，简述了复合材料的发展阶段、性能优势，以及铁路客车方面复合材料的研用概况，介绍了复合材料在敞车、漏斗车、罐车、平车、自翻车等多种货运车型上的研究与应用情况，讨论了复合材料在铁路货车应用的关键技术及研究方法。通过上述研究，以期促进轻量化复合材料与铁路运输实现“双赢”，助力我国铁路货运车辆制造业高质量发展。