关键词： In2O3   金属掺杂   非金属掺杂   气体传感器  

摘要： 随着物质生活水平的显著提高,公众对生活环境安全性与健康保障的需求日益凸显。在当前环境监测体系中,挥发性有机物及工业排放气体等污染源已成为重点监控目标。在此背景下,研发兼具高灵敏度与成本效益的气体检测装置成为环境监测技术发展的关键突破方向。金属氧化物半导体（MOS）传感器因其高灵敏度、低成本和操作便捷等优势,在气体检测领域广泛应用。其中,氧化铟（In2O3）作为高性能气敏材料备受关注,但其纯In2O3的气体传感性能仍有待提升。掺杂是改善In2O3传感性能的有效策略。本研究通过金属或非金属元素掺杂改性,系统探究不同元素类型对In2O3形貌和气敏性能的影响机制,主要有以下三部分: 1、采用一步水热法合成了多孔Zn掺杂氧化铟（Zn-In2O3）纳米带。研究了不同金属（Zn、Sn、Sm、Yb、Cu）和不同浓度的Zn掺杂对In2O3形貌和气体传感性能的影响。气敏测试表明,7.5%Zn-In2O3多孔纳米带在140℃下对50 ppm丙酮的响应灵敏度（S=Ra/Rg=127）达到纯In2O3的21倍。此外,这种传感器还具有响应/恢复时间快、检测限低（40 ppb）、选择性好、重复性好以及对丙酮的长期稳定性等特点。通过原位漫反射红外傅立叶变换（DRIFT）光谱和密度泛函理论（DFT）计算,阐明了多孔Zn-In2O3纳米带气敏性能增强的机理。优异的气体传感特性归因于独特的多孔纳米带结构、丰富的氧空位、大比表面积以及Zn掺杂。 2、采用一步水热法分别制备了非金属元素S、N及不同浓度N掺杂对In2O3形貌和气敏性能的影响。从SEM发现,In2O3经过S掺杂后表现为颗粒组装的块状结构,而经过N掺杂后形貌并没有太大变化,为多孔纳米带结构。气敏性能测试表明,0.04 g三聚氰胺掺杂In2O3多孔纳米带的传感性能最佳,在120℃低工作温度下,对10 ppm二甲胺有着优异的选择性且灵敏度高达75,其对DMA检测线低至0.1 ppm。优越的气体传感特性归因于孔状结构、大比表面积以及N掺杂。 3、通过两步水热法制备了由纳米片覆盖的S掺杂In2O3（S-In2O3）亚微米球状材料。实验发现煅烧温度对材料形貌有显著调控作用,煅烧温度越高,球状结构尺寸越小,同时表面纳米片结构逐渐向纳米颗粒和纳米棒状形貌转变。在气敏性能测试中,经600℃煅烧的S-In2O3亚微米球材料展现出优异的乙醇传感特性。该材料在180℃工作温度下对25 ppm乙醇表现出21的响应值。且该亚微米球结构材料对乙醇气体具有显著的选择性优势,以及在长期测试中保持良好的稳定性。实验结果表明,S掺杂协同三维亚微米球结构的设计策略有效增强了材料的气敏性能,证实了S-In2O3亚微米球状材料在乙醇气体检测领域具有重要的应用前景。

关键词： 高性能纤维增强复合材料   抗震结构   延性设计   水电工程   塑性铰  

摘要： 高性能纤维增强复合材料(ECC)在抗震建筑中的应用日益广泛，其优异的力学性能为提升结构抗震性能提供了新的技术路径。本文以巴塘水电站工程为例，探讨了ECC材料在水电工程抗震结构中的创新应用。水电站廊道塑性铰接段采用ECC材料后，其结构的抗震性能得到显著提升，拉伸强度达到50MPa，弹性模量降至25GPa，抗侧力承载力提高了40%。工程实践表明，ECC材料在提升结构延性、耗能能力和抗裂性能方面具有显著优势，为大型水利水电工程的抗震设计提供了创新解决方案。

关键词： MoSe2   MoSe2/MoS2   MoSe2/CoSe2/rGO   电磁波损耗   阻抗匹配   界面极化  

摘要： 随着隐身技术和电磁干扰屏蔽领域的快速发展,开发“薄、轻、宽、强”的电磁波吸收材料成为迫切需求。在众多微波吸收材料中,二维材料由于其感应电子能够沿二维分子网络转移,在交变电磁场下形成耗散电流,有利于电磁波损耗。其中,MoSe2因其特殊的二维分子结构和优异的本征电导率引起了科研人员的兴趣,但单一相结构MoSe2存在阻抗匹配差、损耗机制单一等问题。因此本研究聚焦MoSe2基材料,通过相结构调控、构建异质结及多组分协同设计策略,优化其微波吸收性能并揭示其损耗机理。 首先,通过低温热处理调控MoSe2中1T/2H两相的比例。采用水热法和后续热处理,成功合成了不同1T/2H比例的混合相MoSe2材料。30℃热处理样品在3.363 mm厚度下最小反射损耗(RLmin)为-77.27 dB,有效吸收带宽（EAB）达3.6 GHz（覆盖X波段）,表现出优异的微波吸收性能,RCS电磁仿真结果证实了其远场电磁响应优势,RCS衰减值高达-12.07 dB·m2,1T/2H比例显著影响材料的电磁损耗能力与阻抗匹配性能,异构相界面改善了材料的阻抗匹配并且界面交界处产生的界面极化效应增强了材料的介电损耗能力。 其次,采用水热法构建了MoSe2/MoS2异质结构,获得了空心球壳结构MoSe2/MoS2复合材料,通过MoSe2/MoS2比例实现了吸波频段的调控。随着MoSe2占比增加,RLmin对应频率向低频移动,MoS2占比增加则使吸收频率向高频移动。当Mo:Se:S=4:4:4时,在1.798 mm超薄厚度下RLmin达-76.07 dB,EAB为3.54 GHz,表现出优异的微波吸收性能,异质界面优化阻抗匹配并产生了显著的界面极化效应,从而提高了样品对电磁波吸收能力。 最后,构建了MoSe2/CoSe2/rGO（还原氧化石墨烯）多组分复合样品,获得了多种异质界面,增强了电磁波的多重反射损耗和界面极化损耗,样品在2.184 mm厚度下EAB达4.52 GHz,RLmin为-63.02 dB,表现出优异的微波吸收性能。rGO的引入优化了样品的的阻抗匹配并增强其电导损耗,协同异质界面的界面极化效应实现了对电磁波的宽频吸收。 本研究的研究成果为开发高效、轻薄、宽频的电磁波吸收材料提供了理论依据与实验支撑,展现出MoSe2基材料在电磁波吸收领域的应用潜力。

关键词： 复合材料   层板   分层   有限元   数值模拟  

摘要： 建立复合材料分层扩展数值模拟方法并掌握其特性对结构剩余强度预测具有重要意义，可为复合材料结构损伤容限设计与分析提供技术支撑。虚拟裂纹闭合技术、内聚力模型和扩展有限元方法是三种常见的分层数值模拟方法，但是针对这三种方法在复合材料层合板分层建模方面的特性仍缺乏深入的对比研究，这给数值方法的使用者带来极大困惑。本文以Ⅰ型分层为研究对象，采用三种方法分别建立了二维或三维有限元模型，对三种模拟方法进行全面的比较，并最终分析每种方法的优点和局限性。研究结果可为分层扩展数值模拟方法的运用提供理论支撑。

关键词： 钛基复合材料   模拟体液环境   微观结构   摩擦磨损  

摘要： 采用粉末冶金模压烧结制备了Ti-15Mo/HA生物复合材料，研究了羟基磷灰石（HA）对复合材料的微观结构、显微硬度及摩擦磨损性能的影响。结果表明，随着HA含量的增加，Ti-15Mo/HA复合材料中的α-Ti增加、β-Ti减少，同时有多种陶瓷相(CaTiO3、Ca3（PO4）2、CaO等)生成。加入HA生成的多种硬质陶瓷相使得Ti-15Mo/HA复合材料的维氏硬度提高。由于Mo在Ti中的固溶强化和陶瓷相的弥散强化，以及液体的润滑作用，Ti-15Mo/HA复合材料在模拟体液（simulated body fluid,SBF）环境下的摩擦因数和磨损率较低。Ti-15Mo/5HA比其他复合材料具有更好的耐磨性能，其平均摩擦因数为0.42，磨损率约为2.51×10-4mm3/（N·m）。Ti-15Mo合金是黏着磨损和磨粒磨损共同作用，而Ti-15Mo/HA复合材料以磨粒磨损为主，黏着磨损为辅。粉末冶金制备的Ti-15Mo/5HA复合材料显示了良好的耐磨性能，在硬组织替代和修复材料领域具有潜在的应用前景。

关键词： Janus颗粒   超重力技术   Pickering乳液   双连续结构   载药颗粒  

摘要： 具有多样化结构和各向异性功能的Janus纳米颗粒因其广泛的应用而成为研究的焦点。与材料科学领域的常规单质微粒相比,Janus颗粒拥有两个或多个具有不同组分、结构或物化特性的物理分区。这些颗粒的表面各向异性在空间上赋予它们均匀成分的颗粒无法实现的功能特性,具体来说,其独特表面易于进行功能化修饰,可让Janus纳米颗粒成为真正的多功能实体。然而,现有的制备技术存在制备效率低、粒径不均匀、工序复杂及批量生产受限等问题,这些问题直接制约了Janus材料的产业化进程,使其难以向工业生产转化。针对上述问题,本论文使用超重力法制备聚合物Janus纳米颗粒,并制备Pickering乳液和双载药颗粒来评估其多领域应用性能。全文的主要研究内容如下: 1.基于超重力环境下的共沉淀-相分离联用工艺,成功构建出具有异质结构的聚合物基Janus纳米颗粒,其两端分别呈现虫胶半球体与聚乳酸半球体的特征构型。采用旋转填充床反应器实现了聚乳酸/虫胶Janus颗粒的高效连续制备,显著提升了制备效率。并通过研究解释了颗粒的组装机制:混合动力学参数主导粒径分布特征,而热力学平衡状态决定最终形貌特征,实验验证了三相界面张力与二元体系Janus构型间的理论关联。通过调控聚合物浓度梯度、组分比例、表面活性剂参数以及反应器转速与进料比等关键变量,可实现颗粒尺寸分布与形貌特征的精确定制。 2.开发了基于Janus纳米颗粒的香芹酚Pickering乳液体系,其兼具液滴分散态与双连续相态的乳液结构。研究证实,当油相占比处于10%-90%区间时,纳米颗粒可稳定形成O/W型、双连续相及W/O型的典型乳液体系。PLA/shellac-COS纳米颗粒稳定的Pickering乳液储存1个月后仍具有较高的电位,且粒径变化在1%以内,长期储存性能稳定;抗菌测试表明PLA/shellac-COS纳米颗粒稳定的香芹酚Pickering乳液具有较好的抗菌性。 3.使用超重力共沉淀法制备了负载姜黄素和胡椒碱的双重载药Janus纳米颗粒。药物负载进PLA/shellac-CP纳米颗粒后具有更好的光稳定性、热稳定性和储存稳定性。体外释放实验表明PLA/shellac-CP纳米颗粒具有典型的缓释特征,动力学模型拟合结果显示,载药颗粒中姜黄素和胡椒碱的释放都可以用Higuchi或者Korsmeyer-Peppas拟合模型来描述。

关键词： g-C3N5   ZnO   Bi2O3   盐酸四环素   光催化  

摘要： 本研究基于石墨相氮化碳（g-C3N5）材料的优异性能,探索其在光催化降解盐酸四环素（TC-HCl）方面的应用,以3-氨基-1,2,4-三唑为前驱体,采用一步热聚合法制备富氮化的g-C3N5。作为一种新型的光催化材料,g-C3N5具有较窄的禁带宽度和较强的电子传输能力,在可见光区域内具有较强的光响应能力,然而其光催化性能仍受到光生载流子复合速率较高、比表面积较小等因素的限制,通过g-C3N5与金属氧化物构建异质结被认为是提升g-C3N5光催化性能的有效途径。 通过原位煅烧法制备ZnO/g-C3N5复合材料,水热法结合煅烧法制备Bi2O3/g-C3N5复合材料。通过XRD、XPS、SEM、TEM、FT-IR、BET表征分析复合材料的物相结构、微观形貌;通过UV-vis DRS、PL、EIS表征分析光催化材料的光学特性及电子传输特性;结合g-C3N5与ZnO、Bi2O3的能带结构,通过Mott-Schottky测试g-C3N5与ZnO、Bi2O3的能带位置,最终确认复合材料的异质结类型。表征分析得出g-C3N5分别与ZnO、Bi2O3成功复合并形成Z型异质结,复合材料具有理想的形貌特征以及优异的光生载流子分离效率和光响应范围。 在光催化实验中通过调整ZnO与Bi2O3的质量探究最佳复合比例、调节催化剂用量探究最佳催化剂投加量、调节污染物p H探究p H适用范围、通过光催化循环实验与有机染料降解实验探究材料的稳定性与底物普适性。以500 W氙灯模拟可见光照射3 h后Zn CN-5（g-C3N5与ZnO的质量比为3:5）表现出最佳光催化活性,对50ml 20 mg/L TC-HCl的降解率达76.7%,分别是g-C3N5和ZnO的1.71倍和3.85倍。通过自由基捕获实验揭示ZnO/g-C3N5光催化反应体系中的主要活性物种为超氧自由基（·O2-）和羟基自由基（·OH）,引入EPR分析确认超氧自由基（·O2-）和羟基自由基（·OH）的生成,并验证Z型异质结的光催化反应机理;相同条件下45%BOCN（Bi2O3的质量分数为45%）表现出最佳光催化活性,对50ml 10 mg/L TC-HCl的降解率达90.5%,分别是g-C3N5和Bi2O 3的1.91倍和1.37倍。通过自由基捕获实验揭示Bi2O3/g-C3N5光催化反应体系中的主要活性物种为空穴（h+）和羟基自由基（·OH）,并验证Z型异质结的光催化反应机理。 本研究通过构建Z型异质结提升g-C3N5的光催化性能,为g-C3N5基复合材料的优化提供新思路,同时为抗生素类污染物的治理提供新的技术路径,为未来水处理技术的应用提供理论支持和实验依据。

关键词： 环氧树脂   聚氨酯   刚柔结构   阻燃性能   机械性能  

摘要： 本篇文章旨在研究端NCO聚氨酯预聚体和线性聚氨酯对环氧树脂（EP）复合材料性能的影响。通过合成新型的端NCO聚氨酯预聚体和新型的线性聚氨酯,并分别与EP制备成环氧复合材料,探究这两种反应型填料在EP中的相容性、热稳定性、阻燃性和力学性能增强效果。 （1）本研究通过亲核取代与亲核加成的两步法,成功制备了一种兼具刚性与柔性结构的小分子聚氨酯阻燃增韧剂（PPI）。随后,将该合成材料添加到EP及4,4’-二氨基二苯甲烷（DDM）体系中。本研究探讨了PPI对改性EP复合材料固化行为、热稳定性、阻燃性能及力学性能的影响。研究结果显示,PPI的引入显著促进了EP的固化过程,有效降低了复合材料的活化能,同时提升了复合材料的热稳定性和力学性能。当PPI含量为15 wt%时,环氧复合材料的弯曲强度和弯曲模量分别达到144 MPa和3948 MPa,断裂伸长率和拉伸应力分别达到13.4%和117 MPa,缺口冲击强度达到11.99 kJ/m2。当PPI含量增至20 wt%时,复合材料的极限氧指数（LOI）提高至38.0%,UL-94测试结果达到V-0等级。 （2）基于先前实验的研究成果,为了进一步提升环氧复合材料的玻璃化转变温度（Tg）,本研究通过二元共聚技术成功制备了线性聚氨酯（PPIT）,然后将所制材料与EP-DDM体系相结合。本研究进一步探讨了PPIT对环氧复合材料固化行为、热稳定性、阻燃性能及力学性能的影响。实验结果表明,PPIT对EP的固化过程具有促进作用。当PPIT含量为15 wt%时,复合材料的Tg显著提高至171℃,弯曲强度和弯曲模量分别提升至147 MPa和4039 MPa,拉伸断裂伸长率增加至10.2%,无缺口冲击强度达到55.62 kJ/m2。当PPIT含量为20 wt%时,复合材料的LOI值达到36.0%,UL-94测试达到V-0等级。

关键词： 钛基复合材料   SiC纤维   拉伸性能   断裂机理   本构建模   叶环   强度分析  

摘要： 对SiC_f/TC17复合材料开展室/高温纵向拉伸试验，研究不同温度的拉伸性能，通过断口形貌分析阐释断裂机制，建立本构模型描述其拉伸行为。结果表明：SiC_f/TC17的断裂强度随着温度升高而降低，同时应力应变曲线的非线性段增加；室温（25℃）的断裂机制主要是反应层断裂和纤维随机断裂，而高温下出现大规模的纤维拔出与界面脱黏、基体韧性断裂和多纤维断裂；不同强度预测模型的结果表明：25℃下材料的断裂模式以局部承担载荷为主，而高温更符合全局承担模型；所提出的耦合纤维累积损伤的本构模型很好地模拟了25℃和450℃的应力应变曲线。最后基于试验所得拉伸性能，开展了叶环结构的应力应变分析和静强度校核，在典型服役温度下，叶环结构具有较高的强度储备系数。