关键词： 放电等离子烧结   铜基复合材料   Nb   电导率  

摘要： 铜基材料凭借其优良的导电性、导热性、耐腐蚀性及良好的加工性能,在电力、电子、交通运输、机械制造等众多领域有着广泛应用。但随着各行业的快速发展,对铜基材料的综合性能提出了更高要求,如更高的强度、硬度同时保持良好导电性,以及更好的耐高温、耐磨性能等。 Nb因其熔点高、耐蚀性好、导热性能好等特点而被广泛应用于有色金属、低温超导等领域,Nb铜基复合材料则以其优异的导电性能和机械性能的平衡特性,在高性能电接触材料和电子领域具有重要应用价值。本研究采用放电等离子烧结法制备Nb、La2O3增强的铜基复合材料,探究了不同温度、保温时间对材料性能的影响,优化设计工艺,系统研究了Nb含量和La2O3含量对材料微观结构、电导率和晶粒取向的影响,并探究增强相对铜基体的作用机理和界面特征。 放电等离子烧结Cu-Nb复合材料的最佳烧结温度为800℃,保温时间为5min。随着Nb添加量的增多,材料的硬度不断上升,密度和电导率略微下降。烧结温度为800℃时,由Cu-1wt.%Nb时硬度46.1HV上升到Cu-4wt.%Nb硬度60.6HV。电导率随铌添加量的增多下降幅度较小,由Cu-1wt.%Nb时90.1%IACS下降到Cu-4wt.%Nb时84.9%IACS。 Nb对铜基复合材料的强化作用为弥散强化、细晶强化、固溶强化。Nb颗粒弥散分布在铜基体上,并有效阻止了晶界的迁移、长大,能够细化晶粒。当Nb的添加量为1wt.%时,约有23%的晶粒尺寸小于1μm;当Nb添加量增加至4wt.%时,小于1μm的晶粒占比为30%。此外,Nb的引入,使得Cu衍射峰向小角度偏移,形成固溶强化。 La2O3对铜基复合材料的强化方式为细晶强化、固溶强化。细晶强化效应得益于La2O3在基体晶粒间的弥散分布和粒径细化作用,从而有效抑制晶粒长大。当La2O3含量为1.2wt.%时,复合材料的硬度达到最高值60HV,电导率为88.3%IACS;当La2O3含量为0.9wt.%时,电导率达到最大值96.6%IACS。 通过在La2O3-Cu基复合材料中引入Nb能够进一步细化铜晶粒尺寸,且能够有效抑制再结晶的进程。当Nb添加量为4wt.%,La2O3添加量为0.3wt.%时材料硬度最大为64.5HV,电导率为74.4%IACS;当Nb添加量为1wt.%,La2O3添加量为0.3wt.%时材料硬度最小为53.6HV,电导率最大为84.6%IACS。

关键词： 碳纤维   表面改性   界面性能   损伤检测   树脂基复合材料  

摘要： 碳纤维复合材料在使用过程中受外界因素影响不可避免地出现损伤,材料损伤情况难以通过肉眼直接观察。若能在不影响碳纤维复合材料原有性能的前提下,对材料内部损伤状况实时监测,将大幅提升其安全性与可靠性。然而,由于碳纤维自身结构特殊性以及制备工艺的复杂性,碳纤维表面光滑呈现出化学惰性,影响与树脂基体的界面结合力。因此,本文采用宏观结构设计与微观结构调控相结合的方法,增强复合材料的力学性能的同时,使用电阻法检测材料使用过程中的损伤情况。本论文的具体研究内容如下: (1)在碳纤维织物之间构建了由氧化石墨烯(GO)、聚(3,4-乙烯二氧基噻吩)-聚(苯乙烯磺酸)(PEDOT:PSS)和聚乙烯醇(PVA)形成的导电网络结构。修饰后的碳纤维(CFGPP)通过傅里叶变换红外光谱(FT-IR)、扫描电子显微镜(SEM)和热重(TGA)等分析手段,证实GO/PEDOT:PSS/PVA已成功在碳纤维织物间构建。三点弯曲和层间剪切强度(ILSS)测试结果显示,CFGPP复合材料的弯曲强度为1256.23 MPa,弯曲模量为120 GPa,层间剪切强度为72.8 MPa。与原始复合材料相比,分别提高了20%、14%和15%。因为碳纤维织物间导电网络结构的构建,CFGPP复合材料的电导率提升至2.48 S/cm,提升了20倍。当CFGPP复合材料达到断裂起始点和极限载荷时,电阻变化率分别为1%和5%,最大电阻变化率为15%。原始的碳纤维复合材料无明显电阻变化,表明制备的CFGPP复合材料具备损伤检测性能。 (2)为进一步提升碳纤维复合材料的力学性能并提高损伤检测精度,本研究在碳纤维表面构建了由GO和PEDOT:PSS形成的纳米结构(PEDOT/GO)。采用FT-IR、X射线光电子能谱(XPS)、SEM和TGA等分析手段,证实了PEDOT/GO纳米结构在碳纤维上成功构建,获得修饰后的碳纤维(CF-GP)。三点弯曲试验和层间剪切强度(ILSS)测试结果显示,CF-GP复合材料的弯曲强度、弯曲模量和ILSS分别达到1635MPa、166.5 GPa和82.35 MPa,相较于原始碳纤维复合材料,分别提高了21.46%、24.81%和38.8%。更为重要的是,CF-GP复合材料的电导率高达3.3445 S/cm,较原始材料提高了27倍。此外,CF-GP复合材料在断裂起始点和极限弯曲强度时电阻变化率分别为5%和10%时,电阻变化率随损伤程度加剧而增大,最大可达30%。本研究成功制备出一种能够实时监测材料内部损伤情况的碳纤维(CF-GP)复合材料,该材料可在材料树脂基体失效前及时发出预警,有助于保障财产安全。

关键词： 聚丁二烯   乳液聚合   聚碳酸酯   相容性   抗静电剂  

摘要： PC/ABS合金相比于工程塑料具有良好的力学性能、加工性能和热性能等优点,但因为结构特征导致它们的相容性差异及高绝缘性使材料的应用受到限制。为改善这类问题,本文构筑了聚甲基丙烯酸甲酯-丁二烯（MB）核壳结构粒子,它是由两种组份构成的核壳结构共聚物,其壳相为聚甲基丙烯酸甲酯PMMA),核相为聚丁二烯橡胶（PBL）。将MB粒子与PC、SAN树脂及抗静电剂进行共混改性研究,制备出了PC/MB/SAN复合材料,并对其组分及结构进行探究,主要的工作内容如下: 本文采用乳液聚合制备了不同特性及结构的MB核壳共聚物。探究了在聚合接枝过程中引发剂过氧化氢异丙苯CHP)用量、乳化剂脂肪酸皂SFP)用量和核壳比的改变对MB接枝乳液的影响,通过动态光散射测量仪DLS)、固含量等测试并计算出接枝乳液的转化率、接枝率和粒径并进行研究。结果表明,随着引发剂与乳化剂用量的增加,MB接枝乳液的粒径变小,接枝率先升高再下降;在引发剂用量占单体比例为1.25%、乳化剂用量为2.5%时,MB核壳共聚物接枝效果最佳。改变核壳比时,随着壳相含量降低,MB共聚物的粒径、接枝率及接枝效率都呈现降低的趋势。 本文将合成的MB核壳粒子与聚碳酸酯PC)、苯乙烯-丙烯腈共聚物SAN)进行共混挤出注塑,采用悬臂梁冲击、维卡软化测定仪及扫描电子显微镜SEM)等仪器对PC/MB/SAN复合材料的力学性能、热性能和微观形貌进行研究。结果表明,MB核壳结构粒子的加入对PC具有良好的增韧效果,在MB核壳粒子含量为12 phr时,体系的相容性最佳,冲击强度可达44.28 kJ/m2。随着MB含量的增加,复合材料的屈服强度和熔体流动速率降低,断裂伸长率增加,热变形温度和维卡软化温度不变。当复合材料组成为60/20/20时,体系相容性最好,冲击强度和屈服强度稳定提高,热变形和维卡软化温度随PC含量的增加而升高。乳化剂用量为2.5%的MB核壳粒子体系性能最佳,乳化剂用量对复合材料的热变形和维卡软化温度影响不大。当MB核壳粒子为60/40时的体系相容性、力学性能和热性能最好。 选择抗静电剂NC6321,PC/MB/SAN共混比例为60/20/20,当抗静电剂添加量为25%时,复合材料的表面电阻率可以降低到1010Ω,具有最佳的抗静电性能和亲水性能。通过SEM可以看出,此时PC/MB/SAN复合材料的导电网络形成及抗静电剂加入所留下的孔洞所导致的力学性能下降。并通过改变复合材料中的SAN树脂,制备出优良抗静电性能、高冲击和加工性能的抗静电PC/MB/SAN复合材料。

关键词： 电感耦合等离子体发射光谱法   超声消解   土壤   水系沉积物   二氧化硅  

摘要： 目的方法 通过在超声仪中对样本进行密闭消解，使用耐氢氟酸进样系统的ICP-OES进行测定。选定Si 251.611 nm作为分析谱线，建立的标准曲线在5～100 mg/L浓度范围内的相关系数达到0.99982，方法的检出限为0.008%，定量限为0.028%。结果 本方法应用于不同类型土壤和沉积物标准物质及实际样本的测定，结果显示相对标准偏差为0.27%～0.59%，相对误差在-0.15%～0.19%之间。结论 本方法对国家标准物质进行验证测定，测定值与标准推荐值相符。检测效率高，能够满足批量土壤和水系沉积物样品中二氧化硅的测定，值得推广。

关键词： 超稳矿化   水滑石   盐碱地治理   凹凸棒石   蒙脱石   邻位电荷制约效应  

摘要： 盐碱地土壤碱性强、含盐量高、理化性质差,威胁农业发展和生态平衡。中国作为农业大国,盐碱地面积广阔,种类多样,治理难度高,大量盐碱荒地待开发为可耕土地。传统的盐碱地治理方法存在一定的局限性,例如需大量水源、成本高、见效慢、易造成二次污染等。因此,开发低成本、高效、节约水源、无二次污染的治理方法刻不容缓。 本论文针对苏打型盐碱地和硫酸盐型盐碱地,采用超稳矿化策略,实现了制约Na+、消耗碱、限域阴离子,成功改善了土壤的p H值、EC值、离子浓度和植物出苗率等理化性质指标。主要研究成果如下: 1.提出采用原位超稳矿化策略治理苏打型盐碱地的新方法。向苏打型盐碱地中加入凹凸棒石（ATP）和Al2（SO4）3,一方面,ATP释放出的Mg2+与加入的Al3+,在盐碱地中大量OH-和CO32-等存在下,可以原位形成层状双金属氢氧化物（LDH）超稳矿化结构,使得OH-进入Mg Al-LDH的主体层板、CO32-等阴离子进行Mg Al-LDH层间,实现了对碱性阴离子的限域;另一方面,ATP释放出Mg2+后形成阳离子缺陷结构,被苏打型盐碱地中大量存在的Na+填充,实现了对盐（Na+）的制约。因此,原位超稳矿化策略限域了碱(OH-、CO32-)、制约了盐（Na+）,修复后苏打型盐碱地的p H值、EC值、Na+含量、CO32-含量、容重和植物出苗率等指标均接近正常土,证明了原位超稳矿化策略用于苏打型盐碱地治理的可行性。 2.提出采用分步超稳矿化策略治理硫酸盐型盐碱地的新方法。向硫酸盐型盐碱地中加入NO3-插层的Ca Al-LDH（Ca Al-NO3）、钙基蒙脱石（Ca-MMT）和腐殖酸（HA）,采用XRD、FT-IR和XPS等表征手段探究反应机理。一方面,Ca Al-NO3通过层间阴离子交换和表面吸附,实现了硫酸盐型盐碱地中SO42-的限域,同时释放的NO3-可作为硝态氮促进植物生长;另一方面,Ca-MMT缓释Ca2+,形成阳离子缺陷结构,产生阳离子空位,硫酸盐型盐碱地中大量存在的Na+可有效填充到上述阳离子空位,实现了硫酸盐型盐碱地中Na+的制约,同时Ca-MMT释放的Ca2+可以促进植物根系生长;此外,添加HA消耗体系中的OH-,提高土壤保水保肥能力,并为植物生长提供养分。因此,分步超稳矿化策略实现了SO42-和Na+的固定、消耗了体系中的OH-,即降低了盐含量和碱含量。修复后硫酸盐型盐碱地的p H值、EC值、Na+含量、SO42-含量、容重和植物出苗率等指标均接近正常土,证明了分步超稳矿化策略用于硫酸盐型盐碱地治理的可行性。

关键词： 有机改性蒙脱土   BiVO4/BiOIO3   模拟可见光   光降解   酸性品红  

摘要： 本文以十六烷基三甲基溴化铵改性蒙脱土、BiVO4及BiOIO3前驱体为原料，水热法制备了改性蒙脱土负载BiVO4/BiOIO3的复合材料（MMT-BiVO4/BiOIO3）。相比BiOIO3,UV-Vis DRS显示复合材料的吸收边缘红移至可见光区，200～800 nm区域的吸光强度增强；40%MMT-65%BiVO4/BiOIO3位于579 nm附近的荧光强度低于BiVO4、BiOIO3的，其电化学阻抗圆弧半径最小，表明构建的Ⅱ型BiVO4/BiOIO3异质结降低了光生载流子的复合率。同时，阳离子表面活性剂修饰的蒙脱土可静电吸引光生电子，载流子的分离率进一步提高，有利于光催化反应。模拟可见光降解酸性品红（AF）的实验中，光照60 min,40%MMT-65%BiVO4/BiOIO3对AF的降解率为97.7%，准一级动力学反应速率常数为0.0532 min-1,h+、·O2-光降解反应的活性基团。此外，复合材料对结晶紫（CV）、亚甲基蓝（MB）、孔雀石绿（MG）等阳离子染料的吸附性能极佳，光降解甲基橙（MO）、罗丹明B（RhB）、盐酸四环素（TC）效果较好。

关键词： 热轧变形   ZrB2   铝基复合材料   力学性能  

摘要： 以ZrB2/7055Al复合材料为研究对象，通过OM、SEM观察，室温拉伸等分析测试手段，探究了热轧变形量（50%、80%与90%）对复合材料微观组织与力学性能的影响。结果表明，热轧变形改善了组织分布并提高了力学性能。ZrB2团聚体由初始的在晶界处分布转变为沿轧制RD方向分布，颗粒团聚现象减轻，动态再结晶显著细化了晶粒。其中80%变形量下，平均晶粒尺寸由未变形态的84μm减小至32μm,抗拉强度、屈服强度与延伸率分别为730 MPa、643 MPa与9.3%,断口形貌中韧窝数量最多且最深，断裂形式为韧性断裂，组织分布与力学性能最佳。

关键词： 静电纺丝   碳纳米纤维   过渡金属硫化物   氮/硫共掺杂   超级电容器  

摘要： 利用静电纺丝技术制备聚丙烯腈（PAN）纳米纤维，通过溶剂热反应在PAN纳米纤维上负载Ni（OH）2纳米片，结合低温煅烧和硫化处理，得到NiS纳米片包覆氮/硫共掺杂碳纳米纤维（NiS/NSCNF）复合材料。采用扫描电子显微镜、X射线衍射仪、拉曼光谱仪、傅里叶变换红外光谱仪对复合材料的形貌和结构进行表征，并通过循环伏安法、恒电流充放电和交流阻抗等对复合材料的电化学性能进行测试。结果表明：以6mol/L KOH为电解液，电流密度1A/g条件下NiS/NSCNF复合材料比电容为826F/g,电流密度为10A/g时比电容保持率为85.8%,连续充放电循环6000次后，比电容仍保持初始值的92.6%,展现了优异的循环稳定性。以NiS/NSCNF为正极，活性炭（AC）为负极组装的非对称超级电容器（记作NiS/NSCNF//AC）,在功率密度800W/kg条件下，能量密度高达118Wh/kg,经过6000次恒流充放电循环后，比电容保持率高达94.1%。

关键词： 结构/防热一体化   聚酰亚胺   苯并噁嗪   碳纤维   共固化成型  

摘要： 高超声速飞行器对材料的结构承载和防热功能提出更高的要求，故而需要一种兼具承载和防热功能的材料。为此，采用模压成型工艺制备了碳纤维(CF)增强苯并噁嗪(BZ)-聚酰亚胺(PI)(CF/BZ-PI)纤维同质化结构/防热一体化层合复合材料，其中CF/BZ作为防热层，CF/PI作为结构层。研究了成型方式和固化工艺对CF/BZ-PI复合材料力学性能的影响，并对其微观结构、断裂形貌、热稳定性和烧蚀性能进行测试与表征。结果表明，对CF/PI预浸料进行预热处理，可以实现BZ树脂与PI树脂共固化成型，所制备的CF/BZ-PI复合材料综合力学性能最优，其拉伸强度、弯曲强度、层间剪切强度分别达到628.7,618.5,35.24 MPa，显著优于CF/BZ复合材料，其断裂形貌也证实了CF/PI层的承载作用。此外，CF/BZ-PI复合材料的起始热分解温度为389℃，800℃下失重仅11.8%，展现出良好的热稳定性。同时，CF/BZ-PI复合材料的质量烧蚀率为0.121 g/s，线烧蚀率为0.109 mm/s，具有较好的抗烧蚀能力。所制备的CF/BZ-PI复合材料在力学性能、热稳定性和烧蚀性能方面表现优异，可作为结构/防热一体化复合材料使用。