关键词： 静电纺丝   MXene   PVA   复合材料  

摘要： 文章针对聚乙烯醇(PVA)成膜后的机械强度与热稳定性不足的问题,引入二维过渡金属碳化物MXene作为纳米增强材料,通过静电纺丝工艺制备了一系列MXene/PVA纳米纤维复合膜。文章还探究了MXene添加量对复合材料膜结构及其性能的影响,在借助扫描电镜(SEM)、傅里叶变换红外光谱仪(FTIR)、X射线衍射仪(XRD)和热重分析仪(TGA)等进行表征与分析后发现:当MXene含量为5wt%时,复合膜的综合性能达到最好,其断裂强力比纯PVA膜提升了169.0%,热稳定性优于PVA及其他比例的复合膜。研究结果表明,MXene的加入能够增强复合膜的机械性能和热稳定性。

关键词： 相变材料   结构色   二氧化硅   涂层   调温   功能材料  

摘要： 以结构色中空二氧化硅纳米微球(H-SiO_(2))为生色组分、硬脂酸(SA)为相变组分,制备了彩色相变涂料(H-SiO_(2)@SA);然后,以水性丙烯酸乳液(WA)为黏合剂,通过在基质上依次刷涂WA、H-SiO_(2)@SA、WA制备了非虹彩结构色调温涂层(WA/H-SiO_(2)@SA/WA)。采用SEM、XRD、TGA、DSC对样品进行了表征,通过光纤光谱仪考察了H-SiO_(2)粒径和涂层颜色、反射光谱的关系,通过酸碱浸泡、摩擦、水冲洗和温度调变实验考察了H-SiO_(2)@SA中SA质量分数对涂层性能的影响。结果表明,粒径为316、342、402 nm的H-SiO_(2)微球分别呈现紫色、蓝色、绿色,H-SiO_(2)具有的非虹彩结构色赋予涂层颜色无角度依赖性的光学特性;SA质量分数为65%的H-SiO_(2)@SA所制备的绿色调温涂层WA/H-SiO_(2)@SA/WA-65%熔融相变焓和结晶相变焓分别为-70.01和67.57 J/g,在100℃内具有良好的定形效果;在20~100℃下具有稳定的光学性能,可经100次加热-冷却循环使用,且经过强酸(pH=1)、强碱(pH=14)溶液处理、100次摩擦及水流冲洗等环境作用,涂层颜色仍维持稳定,具有良好的颜色稳定性;涂层WA/H-SiO_(2)@SA/WA-65%在150℃以内不发生热失重,具有良好的热稳定性,其相变焓和相变温度经100次热循环后均无明显变化;涂层WA/H-SiO_(2)@SA/WA-65%具有良好的相变调温能力,在加热(65.2~70.1℃)和冷却(57.5~62.4℃)过程中均表现出明显控温平台。

关键词： 煤矸石   微波吸收   复合材料   赤泥   资源化利用  

摘要： 为了实现煤矸石(CG)与赤泥(RM)的资源化利用,本文通过在900℃下进行高温固相反应,制备了Fe/C/陶瓷复合吸波材料,并通过调节CG与RM的质量比,利用XRD、Raman、SEM等表征手段探究材料的物相组成和微观结构,并对材料的吸波性能进行优化。研究表明,在惰性气氛和900℃反应条件下,CG与RM质量比为0.8∶1~1.1∶1的样品均展现优良的吸波性能;CG与RM质量比为0.8∶1的样品性能最佳,最低反射损耗值为-39.18dB.当涂层厚度为1.5mm时,有效吸收带宽达3.85GHz.材料的吸波机制主要由石墨化碳、界面效应及缺陷介电损耗共同主导。其优良的阻抗匹配是通过调整CG与RM配比以此来调变复合材料电磁参数来实现的。此外,高温固相反应过程中碱性物质间的固相化合降低了体系强碱性。本研究为低成本微波吸收材料的开发及固体废弃物资源化利用提供了新思路。

关键词： TiB_(2)/Inconel 718复合材料   脉冲激光   激光粉末床熔融   微观组织   显微硬度  

摘要： 陶瓷颗粒增强金属基复合材料因其质轻、高强、耐热疲劳、抗热腐蚀以及可设计性而被广泛应用于航空、航天、能源、汽车等领域。激光粉末床熔融是制备陶瓷颗粒增强镍基复合材料的有效方法之一,然而成形后材料中的陶瓷颗粒分布不均匀,这直接导致其性能不能稳定发挥。以TiB_(2)/Inconel 718复合材料为研究对象,采用脉冲激光进行激光粉末床熔融实验。结果表明:脉冲激光显著降低了成形过程中的热输入,极易诱导熔合不良的发生,但随着激光体能量密度的增加,熔合不良现象显著减少、致密度增加。脉冲激光模式下的沉积态组织仍然为平行于沉积方向的柱状晶粒及其内部的柱状枝晶,即高梯度外延生长效应占主导;而纳米TiB_(2)颗粒均匀分布在枝晶干和枝晶间位置,这与脉冲激光对熔池的搅拌作用有关。随着激光线能量密度(E_(l))的增加,一次枝晶间距(λ_(1))呈线性增加,即λ_(1)=0.4896+0.0031E_(l)。此外,脉冲激光粉末床熔融TiB_(2)/Inconel 718复合材料的硬度可达365.8 HV,但是当激光能量密度高于阈值(240 J/mm^(3))时,显微硬度水平下降,这与过高的能量输入使得TiB_(2)颗粒熔化形成缺陷有关。研究结果为发展脉冲激光粉末床熔融TiB_(2)/Inconel 718复合材料工艺提供了理论依据与数据支撑。

关键词： TiB_(w)/TA15钛基复合材料   高温拉伸   超塑性   Arrhenius本构方程   动态再结晶  

摘要： 从相变点100℃以下开始研究了轧态TiB_(w)/TA15钛基复合材料在920~980℃温度范围内不同应变速率下的超塑变形行为。结果表明,轧态TiB_(w)/TA15钛基复合材料在高温下表现出良好的超塑性,在960℃和0.001s–1的应变速率下,复合材料表现出了最佳的超塑性能,延伸率高达569%。同时建立了本复合材料的双曲正弦型Arrhenius本构方程,获得了复合材料的活化能并揭示了其超塑变形机理。显微组织分析表明,在最佳超塑变形条件下,α相发生了显著的动态再结晶球化,内部无明显的空洞等缺陷。

关键词： 科技创新平台   工程实验室   新能源材料与器件   无机非金属   材料化学   能源转换   重点实验室   全日制本科生  

摘要： 新能源材料与器件专业于2011年获教育部批准并于2012年开始招收全日制本科生,2020年成为教育部第二批新工科建设专业,同年成为省级一流本科建设专业,2021年成为国家一流本科建设专业。拥有国家地方高校能源和环境材料化学学科创新引智基地、储能新材料湖北省工程实验室、无机非金属晶态与能源转换材料重点实验室(省级培育)以及太阳能高值利用与绿色转化湖北省工程研究中心等国家级和省部级科技创新平台。

关键词： 类藻酸盐多聚物   磷酸盐   吸附动力学   吸附热力学   吸附机理  

摘要： 磷酸盐的过度排放会造成水体富营养化,对水环境安全构成极大威胁,而磷作为一种不可再生资源,具有重大的回收价值。为获得成本低廉、性能优异的吸附剂,有效回收废水中的磷酸盐,采用高温碳酸钠法从剩余污泥中提取类藻酸盐多聚物(alginate-like exopolymers,ALE),制备了FeCa-ALE水凝胶复合材料。利用扫描电子显微镜(SEM)、X射线光电子能谱(XPS)及傅里叶变换红外光谱(FTIR)等表征手段对FeCa-ALE微观形貌及官能团特性进行了分析。静态吸附实验表明,FeCa-ALE对磷酸盐表现出良好的吸附性能,且p H为9时的最大吸附量为15.92mg/g。拟二级动力学模型、Elovich动力学模型和Freundlich等温模型能很好地描述FeCa-ALE对磷酸盐的吸附过程,说明该吸附过程以非均相化学吸附为主。在实际水环境条件下的吸附性能测试表明,绿色环保、易生物降解的FeCa-ALE在一定程度上可抵抗盐度抑制效应,可用于实际废水中磷酸盐的去除。

关键词： 水滑石   石墨烯   复合材料   环丙沙星   吸附  

摘要： 采用一步水热法合成了镁铁水滑石/三维石墨烯((Mg-Fe)LDHs/3D-rGO)复合吸附材料。微观结构表征结果表明,(Mg-Fe)LDHs纳米颗粒均匀分布在3D石墨烯网络结构表面,(Mg-Fe)LDHs纳米颗粒的负载有效地提高了产物的比表面积。其对环丙沙星(CIP)的吸附性能研究结果表明,CIP的初始浓度、温度和pH值为均影响(Mg-Fe)LDHs/3D-rGO对CIP的吸附过程;通过等温吸附曲线拟合发现(Mg-Fe)LDHs/3D-rGO吸附CIP的过程既符合Langmuir模型又同时符合Freundlich模型,基于Langmuir模型拟合得的最大吸附量为143.34 mg/g;通过吸附动力学拟合发现,吸附过程符合Elovich模型,以化学吸附为主。(Mg-Fe)LDHs/3D-rGO的循环再生性能较好,可重复利用。此研究可为抗生素吸附材料的研发提供新思路。

关键词： 金属基复合材料   陶瓷颗粒   原位自生   铸造成形   塑性加工   增材制造  

摘要： 原位自生TiB_(2)陶瓷颗粒增强铝基复合材料兼具高模量、高强塑性、高抗疲劳与良好的加工成形性能,作为结构材料应用于航天飞行器,有助于实现相关构件的轻量化设计,且仅通过常规铝合金加工方法与设备,即可实现铝基复合材料构件的规模化制造。对比分析了原位自生TiB_(2)陶瓷颗粒增强铝基复合材料与铝合金、传统铝基复合材料的优缺点,介绍了铸造、变形和增材制造三大系列原位自生铝基复合材料的组织性能与研究现状,以及相关系列铝基复合材料在航天领域的典型应用情况,并展望了原位自生TiB_(2)陶瓷颗粒增强铝基复合材料的发展方向。

关键词： 红外检测技术   复合材料   维修策略   数字孪生  

摘要： 探讨了红外检测技术在飞机复合材料结构维修中的应用,研究目的在于通过红外热像技术精准识别复合材料损伤,制定相应的维修策略。采用红外热像仪扫描复合材料,结合锁相红外技术和数字孪生模型,评估损伤深度、等效热阻和应力强度因子。实验结果显示,不同维修策略能够有效检测和修复复合材料结构的早期和严重损伤,修复效率最高可达99%,为复合材料的安全维护提供了可靠依据。