摘要： 本刊讯5月27日～28日，先进无机纤维与复合材料全国重点实验室建设启动会暨高性能碳纤维及其复合材料高质量发展研讨会在北京召开。本次会议以“担国家责、做国家事，推动碳纤维与复合材料行业高质量发展”为主题，汇集了在高性能纤维及其复合材料领域享有声誉的杜善义、陈祥宝、俞建勇、冯志海等院士专家学者齐聚一堂，中国建筑材料联合会、中国建材集团、中国建材股份以及哈尔滨工业大学、中建材航空、中复神鹰等共建单位代表、行业领军企业负责人、实验室固定人员共200余人参会。

关键词： 低共熔溶剂   反溶剂沉淀法   ZnO纳米颗粒   石墨烯纳米片   自组装   光催化  

摘要： ZnO/石墨烯纳米结构复合材料在光电器件、传感器、光催化等领域展现出广阔的应用前景。本研究以体相ZnO为原料，将其溶解于氯化胆碱-尿素低共熔溶剂中，通过乙醇-水反溶剂沉淀法将ZnO纳米颗粒原位沉淀于石墨烯纳米片表面，经热处理后获得ZnO纳米颗粒/石墨烯纳米片（ZnO@G）复合材料。采用透射电子显微镜（TEM）、X射线衍射光谱（XRD）、拉曼光谱（Raman）、傅里叶变换红外光谱（FTIR）及紫外-可见吸收光谱等表征手段，研究了复合材料的物理化学性能，并考察了其光催化降解亚甲基蓝的性能。研究表明，ZnO纳米颗粒均匀分散于石墨烯表面，有效扩展了光吸收范围。界面处通过Zn-O-C键连接，为两相间提供了电子转移通道。通过调控反溶剂的组成，可实现对ZnO颗粒尺寸和沉淀量的精准调节。ZnO@G在全光谱和可见光照射下均能高效降解亚甲基蓝，其主要活性物种为光生空穴氧化H2O和光生电子还原溶解氧所生成的超氧自由基■。本工作提供了一种将体相ZnO转变为纳米结构并均匀沉积于石墨烯片表面的新方法，自组装形成的ZnO@G可高效光催化降解亚甲基蓝染料，实验结果和活性物种的产生路径对理解ZnO@G复合材料的光催化机制具有参考价值。

关键词： 研磨   粉末压片制样   X射线荧光光谱法(XRF)   精炼渣   二氧化硅   三氧化二铝   氧化钙   氧化镁   五氧化二磷   氧化锰   二氧化钛   铁  

摘要： 钢铁冶金企业精炼渣的化学组分一般采用X射线荧光光谱法(XRF)测定，虽然有国标方法可以参考，但分析速度不能满足冶炼炉前生产的要求。本方法采用粉末压片制样法，设定研磨时间为40 s,压片压力为40 MPa、保压时间为40 s;选择自制的8个精炼渣样品作为校准样品制作校准曲线，建立了粉末压片制样-X射线荧光光谱法测定精炼渣中二氧化硅、三氧化二铝、氧化钙、氧化镁、五氧化二磷、氧化锰、二氧化钛、铁等8种主要组分的方法。各组分的校准曲线线性相关系数均大于0.98。按照实验方法测定精炼渣样品中二氧化硅、三氧化二铝、氧化钙、氧化镁、五氧化二磷、氧化锰、二氧化钛、铁，结果的相对标准偏差(RSD,n=11)均小于0.06%。按照实验方法测定3个精炼渣样品，测定结果与化学湿法分析(其中二氧化硅采用高氯酸脱水重量-硅钼蓝光度法；三氧化二铝、氧化钙采用EDTA滴定法；氧化镁、五氧化二磷、氧化锰、二氧化钛、铁采用电感耦合等离子体原子发射光谱法)对比，结果相一致。

关键词： 向日葵秸秆衍生碳   FeS2   PANI   复合材料   超级电容器  

摘要： 超级电容器填补了传统电容器和电池之间差距。它具有快速充放电速率、优异的功率密度、长循环寿命、低成本,易于维护,对环境无污染等优点。然而,较低的能量密度阻碍了超级电容器普及与应用。影响超级电容器性能的核心部件是其电极材料。复合型电极材料能够弥补单一材料的短板并发挥彼此的优势,开发性能优异、绿色环保和成本低的理想型复合材料是解决超级电容器现存问题的有效策略。本研究基于向日葵秸秆衍生碳作为复合材料碳基底,系统的研究了所制备的复合材料的电化学性能和储能机制。本文主要研究内容和结果如下: （1）制备了向日葵秸秆生物碳和FeS2纳米颗粒复合材料（PVP-FeS2/3DBC2）,并评估了其作为超级电容器材料的性能。SEM表征结果表明,3DBC的加入可有效抑制FeS2的团聚现象。同时,分布式锚定结构可有效缓解材料在整个充放电过程中的收缩和膨胀。均匀分布在3DBC上的FeS2增加了材料的氧化还原活性位点。在1A g-1时,PVP-FeS2/3DBC2的比电容为323.3 F g-1。此外,EIS测试和循环稳定性测试证实,多孔生物碳的加入可显著提高材料的导电性和稳定性。PVP-FeS2/3DBC2复合材料有效结合了FeS2的赝电容效应和3DBC的EDLC效应的协同作用。组装后的对称超级电容器（PVP-FeS2/3DBC2 SSC）在功率密度为803.4 W kg-1时的能量密度可达到19.75 Wh kg-1。此外,PVP-FeS2/3DBC2 SSC具有显著的循环稳定性,在电流密度为10 A g-1时,经过2000次循环后仍能保持90%的比电容。 （2）通过炭化结合熔盐模板制备了向日葵秸秆衍生的中空多孔碳（HPBC）。在电化学反应阶段,HPBC的中空多孔结构有利于电解质的快速渗透和离子传输,并为离子和电荷储存提供了足够的缓冲空间。此外,将其作为复合材料的生长基底能够提供更多的生长空间,这更有利于活性物质进入碳骨架内部。采用溶剂热法在HPBC上生长了Fe3S4纳米片（Fe3S4/HPBC2）,该复合材料表现出迅速的氧化还原反应,出色的倍率性能及循环稳定性。另外,通过化学氧化法在HPBC上接枝生长了PANI。PANI/HPBC8表现出比PANI单体更高的比电容、更快的电荷转移和离子扩散以及更强的稳定性。在对二元复合材料进行电化学性能分析后,确定最佳复合比例并通过两步法制备了包覆结构的PANI/FeS2/HPBC三元复合材料,其中FeS2是由Fe3S4溶解再结晶转化而成。与Fe3S4/HPBC2和PANI/HPBC8相比,PANI/FeS2/HPBC表现出十分优异的质量比电容(1 A g-1时比电容为2242.4 F g-1)和稳定性（10000次循环后电容保持率为85.3%）,在长时间的充放电过程能够保持高效的氧化还原反应。通过对电荷储存机制分析,PANI/FeS2/HPBC的电荷储存过程主要是扩散控制的赝电容行为。PANI/FeS2/HPBC三元复合材料成功地将不同材料的优势发挥到最大。其次,以PANI/FeS2/HPBC为正极,将HPBC作为负极组装的非对称超级电容器（PANI/FeS2/HPBC//HPBC ASC）在功率密度为800 W kg-1,其能量密度为32.44 Wh kg-1,在5000次充放电循环(10 A g-1)后,其质量比电容能够保持80%。所制备的PANI/FeS2/HPBC复合材料是极具发展潜力的超级电容器电极材料。

关键词： 软木材料   SiO2气凝胶   吸声性能   家居饰面材料  

摘要： 城市化进程和工业活动增多导致噪声污染日益严重,特别是穿透力强的空调外机、车辆等带来的低频噪音,严重影响居民健康和生活质量,亟需有效解决。常用建筑吸声材料在中高频发挥吸声效果,低频降噪难以实现,开发宽频吸声的室内生物基低碳材料成为人们关注的焦点。本文从营造健康声环境的软质饰面功能材料角度,以软木颗粒为原料,通过真空浸渍法,在细胞腔内部引入纳米填料,制备具有微米-纳米双尺度孔隙结构的新型软木基宽频吸声材料,并探究影响其吸声性能的因素,主要研究内容如下: (1)频率为2000-5000 Hz高频段,软木聚结板密度为0.2 g/cm3时,厚度为5 mm时,试件吸声系数0.27,但是随着试件密度增加,吸声性能降低;当软木聚结板密度为0.3 g/cm3,厚度为15 mm时,试件吸声系数0.21,虽然软木聚结板可以作为吸声材料使用,但吸声性能一般。 (2)微波预处理后,采用真空浸渍法和溶胶凝胶法相结合,以正硅酸四乙酯的水解溶液为SiO2气凝胶前驱体溶液,可以制备吸声性能良好的SiO2气凝胶/软木复合材料。SiO2气凝胶沉积在软木细胞内,形成微米-纳米双尺度孔隙结构,与软木细胞壁形成氢键和Si-O-C键,形成以化学键合为主导,辅以物理填充和机械互锁的多层次稳定界面,能够控制SiO2气凝胶粉尘的排放。 (3)利用SiO2气凝胶/软木复合材料制备SiO2气凝胶/软木聚结板(密度为0.3 g/cm3、SiO2气凝胶质量百分数为40%、厚度15 mm),在全频范围内吸声系数均大于0.2,最大吸声系数接近1,表现出优异宽频吸声性能。SiO2气凝胶/软木聚结板中的微米-纳米双尺度孔隙结构,延长了声波的传播路径,增强中低频声波与孔壁的摩擦损耗效应。SiO2气凝胶中的Si-O-Si键柔性高,导致声能加速衰减。此外Si-O-C键和氢键在软木细胞壁与SiO2气凝胶之间形成刚性界面,降低了声波在材料界面处的声阻抗失配,提升中低频声能的透入率和粘滞损耗,从而实现高效宽频吸声。 (4)对比软木聚结板,SiO2气凝胶/软木聚结板除力学性能小幅降低外,疏水性能、隔热性能、降噪性能和材色装饰性均有提升,结果表明:软木聚结板和SiO2气凝胶/软木聚结板的抗拉强度分别为1.03 MPa和0.78 MPa,符合软木饰面板行业标准(0.2 MPa),静态水接触角由102°升至124°,导热系数分别为0.071 W/(m·K)和0.070 W/(m·K),对室内交谈噪声源、交通噪声源和工业噪声源的噪声声压级分别下降了 10.2-14.1 dB(A)和14.9-22.9 dB(A),SiCO2气凝胶/软木聚结板表现出更优的疏水性能、隔热性能和降噪性能。SiO2气凝胶/软木聚结板的材色呈现明度降低、轻微红黄暖色调,作为家具和室内墙面的饰面材料展现出良好的视觉效果。

关键词： 环氧树脂   阳离子聚合   近红外二区   光固化   碳纤维增强树脂基复合材料  

摘要： 碳纤维增强树脂基复合材料（CFRP）传统热固化工艺在工程应用中面临着难以原位固化、热敏感器件易失效、能源消耗高、生产周期过长以及挥发性有机物排放等问题。针对这一现状,本研究提出基于近红外二区（NIR-Ⅱ,1000-1700 nm）光热辅助的新型固化技术,相较于穿透深度受限的UV固化和能耗较高的热固化,NIR-Ⅱ光源具有厘米级深层穿透能力,其敏化剂经激光激发可通过非辐射跃迁实现高效光热转换（量子产率>85%）,为复合材料深层固化提供了新型解决方案。 （1）本文设计合成了3种NIR-Ⅱ光敏剂(1080,1080-Cy,TPDAn+),在环氧树脂体系中展现出优异的光热特性。实验证明,光敏剂经过NIR-Ⅱ激光照射产生的局部高温可以加速阳离子活性中心的运动速率,实现环氧树脂的快速深层固化。 （2）通过对比UV单光源固化、NIR-Ⅱ单光源固化、UV光-热双重固化以及热固化工艺,NIR-Ⅱ辅助固化环氧树脂体系3 min内即可实现E-51完全固化（转化率>95%）,5 min内可实现TTA-21P的完全固化,大大提升了工艺效率。材料性能表征显示,NIR-Ⅱ辅助UV光固化工艺制备的环氧树脂相较于热固化工艺展现出显著提升的热稳定性和热机械性能:E-51热分解温度（Td5%）提高88℃至403℃,玻璃化转变温度（Tg）提高67℃至217℃。 （3）将NIR-Ⅱ辅助UV光固化环氧树脂体系应用于制备CFRP,NIR-Ⅱ辅助UV光固化可以显著提高CFRP的固化深度和效率,并进一步将其用于原位光固化3D打印成型工艺,初步实现了连续碳纤维光固化增材制造。 本研究提出的NIR-Ⅱ辅助UV光固化技术,为CFRP复合材料原位深层固化提供了一个新的解决方案。

关键词： TiB/Ti-55531复合材料锻坯   热轧制   显微组织   力学性能   加工硬化速率  

摘要： 针对三次真空自耗电弧熔炼及近等温热塑性变形所获原位自生TiB/Ti-55531复合材料锻坯，本文研究了热轧制变形对其组织力学性能及加工硬化速率的影响。结果表明：经两相区热轧制变形处理后，TiB/Ti-55531复合材料组织中TiB增强相破碎细化且呈定向分布，弥散分布于β相基体的细针状α相回溶，并伴有球状或条棒状α相析出，导致其塑性增大、强度和加工硬化速率降低。经固溶时效热处理后，轧态TiB/Ti-55531复合材料组织中TiB增强相的形貌变化不大，球状或条棒状α相长大并在局部区域沿晶界连成网状，细针状次生α相形核析出，使其强度、塑性明显增加并达到良好匹配，即：抗拉强度Rm=1444.3 MPa，屈服强度Rp0.2=1415.8 MPa，断后延伸率A=10.3%。另外，固溶时效热处理促进了Ti B/Ti-55531复合材料组织中残余位错的湮灭，导致其初始加工硬化速率明显降低，且随着塑性变形的进行，复合材料的加工硬化速率逐渐低于经相同处理工艺的Ti-55531基体合金，并快速达到趋近于0的状态。不同变形量的电子背散射衍射（EBSD）表征分析与核平均取向差（KAM）统计分布表明，经固溶时效热处理的轧态TiB/Ti-55531复合材料在低塑性变形条件下具有较高几何位错密度，随着塑性变形的持续进行逐渐低于Ti-55531基体合金，这与上述钛基复合材料加工硬化速率随塑性变形的变化规律一致。

关键词： 仿生结构   金属陶瓷复合材料   热轧   微观结构设计   机械性能  

摘要： 砖泥结构复合材料是以贝壳珍珠层为启发得到的仿生结构复合材料,相较于常规层状结构,这种仿生多级构型结构通过界面紧密结合的设计能有效抑制层间剥离失效,实现强度-韧性协同提升。然而现有仿生复合材料制备技术普遍存在工艺复杂、能耗高等工程化瓶颈,制约其规模化应用。这促使研究者们致力于开发高效、可扩展的短流程制备策略,突破仿生结构材料产业化制备的技术壁垒。 本文根据层间扩散以及原位反应的原理,通过将Ti箔和石墨箔相互交叠后快速热压,再经过一步反应退火的方式,使Ti与C完全反应生成陶瓷相Ti C并与未反应的Ti构成层状Ti C/Ti复合材料,在这个过程中通过实验确定了制备微叠层复合材料的工艺。通过上述方法制备出的复合材料AO方向(垂直叠层方向)抗压强度为673.21MPa,抗弯强度为730.21 MPa。DO方向(平行叠层方向)抗压强度为819.43 MPa,抗弯强度为820.67 MPa。此外,本文通过实验证实了通过快速热压制备出的层状复合材料与通过传统热压方式制备出的微叠层复合材料力学性能相近,验证了快速热压制备微叠层复合材料的可行性。 本文还系统的分析了不同的轧制工艺如轧制温度、总轧制压下量以及单道次压下量等对Ti C/Ti砖泥结构复合材料微观组织结构与力学行为的影响。结果表明:轧制温度不同时,样品的孔隙率也不同。轧制总压下量主要改变的是砖间距,而单道次轧制压下量主要改变的是砖块大小。当轧制温度为800℃,压下量为60%,单道次压下量为4%时,Ti C/Ti复合材料的微观组织较均匀,力学性能也优于层状结构和其他轧制工艺对比组样品。制备出的4-60%工艺的复合材料在AO方向抗压强度为1289.52MPa,抗弯强度为920.87 MPa。在DO方向抗压强度为907.97 MPa,抗弯强度为948.34MPa。制备出的复合材料的强化机制与珍珠贝壳层相似,都具有偏转裂纹和抵抗裂纹贯穿样品的能力。这种抵抗损伤的能力表明砖泥结构复合材料在抵挡子弹和作为结构材料等军工方面具有很好的应用前景。