关键词： 十聚钨酸盐   氮化碳   光催化   氧化   苄醇  

摘要： 为克服氮化碳在光催化过程中光生载流子复合率高、催化活性低的不足，将具有“电子海绵”特性的十聚钨酸盐和二价铜离子与富含N、O元素的氮化碳材料相结合，设计了一种新型复合材料W10/Cu/g-C3N4。通过傅里叶变换红外光谱（FT-IR）、扫描电子显微镜（SEM）等多种表征手段，对W10/Cu/g-C3N4的组成、结构进行了详细分析。同时，在3-甲氧基苄醇氧化制备3-甲氧基苯甲醛的模型反应中，对其光催化性能进行了考察。结果表明：在光照条件下，以乙腈作为溶剂，光催化3-甲氧基苄醇的转化率为91%,3-甲氧基苯甲醛的选择性为92.3%。在优化条件下，该催化剂对7种不同底物进行了拓展实验，产率为64%～88%。此外，循环实验证明了催化剂较好的稳定性。可为制备具有光催化氧化功能的双金属离子复合材料提供有价值的参考数据和思路。

关键词： 纤维增强水泥基复合材料   宏观力学性能   增强增韧机理   试验研究   数值模拟  

摘要： 普通混凝土材料存在延性差、抗压不抗拉、易产生受力裂缝等不足之处。近年来，众多学者在水泥基体中掺入不同种类的纤维，提出了纤维增强水泥基复合材料，该种复合材料具有高韧性、高延性以及多裂缝开裂等一系列优越的力学性能，在实际工程领域拥有广阔的应用前景。目前，国内外学者针对纤维增强水泥基复合材料力学性能进行了多方面研究，从研究手段上，大体可分为纤维增强水泥基复合材料力学性能的试验研究和数值模拟研究。本文基于试验研究和数值模拟研究两个角度对纤维增强水泥基复合材料力学性能的研究现状进行综述，主要包括纤维增强水泥基复合材料的抗拉性能、抗压性能及抗弯性能试验研究现状，纤维增强水泥基复合材料的宏观力学性能、细观增强增韧机理数值模拟研究现状。最后，本文指出关于纤维增强水泥基复合材料有待深入研究的方向以及目前所面临亟待解决的问题，以加快纤维增强水泥基复合材料在实际工程中的推广应用。

关键词： 大修渣基   复合材料   POPs类   有机污染物   固化  

摘要： 随着工业化进程的加速，持久性有机污染物(POPs)因其长期稳定性和生物累积性而成为全球关注的环境问题之一。大修渣是石油化工大修过程中产生的一种固体废物，其利用价值和环保处理需求促使研究者探索其在环境治理中的潜在应用。通过系统的实验研究，分析大修渣基复合材料在POPs类有机污染物固化中的应用，探讨了的配比设计和制备工艺流程对POPs固化效率的影响，以及不同环境因素对固化效果的作用，为实际应用提供了科学依据和技术支持。

关键词： 十三香   Pickering乳液   低脂乳化肠   消化特性  

摘要： 十三香作为一种传统复合调味料,其成分中富含具有生物活性的多酚类物质,在功能食品开发、天然抗氧化剂应用等领域展现出巨大潜力。然而,当前研究主要关注十三香精油的提取工艺优化,对于其自身成分的研究仍处于起步阶段,尤其是其作为天然食品乳化剂的应用潜力尚未得到充分挖掘与系统研究。基于此,本研究以十三香粉为乳化剂,通过测定粒径分布、微观结构形态、流变学特性等多维度指标,系统探究其构建Pickering乳液的可行性与稳定性机制;进一步将该乳液作为脂肪替代物应用于乳化肠的加工,系统考察不同替代比例对乳化肠质构特性、蒸煮损失率、微观结构、脂质氧化及流变学性能的影响规律;为探究不同比例下十三香Pickering乳液制备乳化肠的消化特性,从蛋白质消化率、消化产物粒径变化、氨基酸组成等多维度展开研究,系统评估其对乳化肠在人体消化过程中营养释放与吸收的影响,为十三香的深度开发和食品应用提供理论依据。 (1)以十三香为稳定剂,玉米油为油相,构建Pickering乳液。通过调控油相体积分数(φ)和十三香添加量(c),研究了其对乳液形成、微观结构和力学性质(凝胶强度、流变学)的影响。结果表明,当十三香添加量为2%～5%时,能够有效稳定油相体积分数为70%的Pickering乳液。随着十三香浓度递增和油相体积分数的增加,乳液的凝胶强度和储能模量(G')呈现增长趋势,体系稳定性得到改善,展现出十三香作为天然乳化剂制备乳液的可行性。 (2)将构建的Pickering乳液按不同比例替代动物脂肪,制备低脂乳化肠,并以蒸煮损失、色差、质构特性(硬度、弹性、咀嚼性、内聚性、回复性)、微观结构、脂质氧化(TBARS值)和感官评价为指标,综合评估其对乳化肠品质的影响。结果显示,随着Pickering乳液替代比例的增加,乳化肠的蒸煮损失显著降低(P<0.05),G'和质构特性逐渐上升,内部结构趋于致密。当Pickering乳液替代比例为75%时,乳化肠的G'值最大,肉糜体系的粘弹性最佳,感官评价可接受度最高。此外,经过15天4℃冷藏后,75%和100%替代组乳化肠的TBARS值仍低于1 mg/kg,显著优于对照组(P<0.05),表明Pickering乳液的应用可有效抑制脂肪氧化,提高产品货架期稳定性。虽然完全替代动物脂肪存在一定挑战,但75%的替代比例在各方面表现出良好的综合性能。 (3)借助模拟体外消化实验,对纯猪肉香肠以及基于Pickering乳液构建的乳化肠在消化过程中的蛋白质消化率、水解度、氨基酸组成等关键指标展开了系统比较。结果表明,对照组构建的乳化肠在消化后展现出更高的蛋白质消化率76.81%与水解程度11.80%,同时其粒径尺寸最小为304.83 nm。这一结果说明,添加基于十三香Pickering乳液的成分可能会干扰蛋白质的释放过程,进而导致蛋白质消化率降低。鉴于蛋白质生物利用效率对食品营养价值的重要影响,后续仍需开展更为深入的研究,探索提升蛋白质生物利用度的有效策略,以增强运用十三香Pickering乳液替代脂肪制备乳化肠时,改善其消化特性的可行性。

关键词： 聚醚醚酮   3D打印   纳米颗粒   摩擦磨损   自润滑   转移膜  

摘要： 聚醚醚酮（以下简称PEEK）因质量轻、机械强度高、热稳定性和抗磨性能优异等优点,被广泛用于制造机械传动和润滑密封部件,在摩擦学领域发挥着日益重要的作用。当前,PEEK摩擦部件的制备主要依靠注塑、模压等传统加工技术。然而,传统工艺涉及原材料浪费、模具开发周期长、设备昂贵、异形件和梯度功能件难以加工等问题。此外,新型高性能自润滑聚合物复合材料正向着结构复杂化、功能一体化、梯度化等方向发展,因此传统工艺不能满足新型聚合物复合材料的发展趋势。熔融沉积成型（以下简称FDM）3D打印技术因设计自由度高,备受众多行业青睐,这为结构复杂并具有特定功能的高性能聚合物材料的设计制造提供了技术支撑。因此,本文开展了3D打印高性能减摩抗磨PEEK复合材料的制备及摩擦学性能研究工作,主要内容如下: （1）研究了打印工艺参数对碳纤维增强PEEK复合材料（CF/PEEK）的性能影响。研究结果表明,工艺参数对CF/PEEK表面质量、界面结合强度和力学性能的影响取决于相邻丝材熔融扩散结合所需热量、时间和机械挤压效应。碳纤维取向对CF/PEEK摩擦学性能的影响依赖于施加的载荷,且摩擦磨损行为与应力分布、磨屑的滞留和转移膜的形成有关。在宏观滑动和微观划擦过程中,碳纤维损伤模式表现出相似性,主要为轻微磨损（纤维减薄）、纤维断裂和纤维去除。 （2）对比研究了环境温度（原位退火）和后处理退火对CF/PEEK性能影响。结果表明,高温打印CF/PEEK力学强度优于后处理退火,并且孔隙、纤维/基质界面、纤维排布和结晶度直接决定了其延展性、机械强度和摩擦学性能。此外,不同环境温度下打印的CF/PEEK的摩擦磨损行为差异主要体现在磨合期、摩擦系数大小和波动程度、磨损率以及转移膜质量方面,并且CF/PEEK的多孔特性可以有效捕捉摩擦界面的磨屑,从而减轻磨粒磨损。 （3）研究了纤维含量对CF/PEEK机械、摩擦磨损行为和耐刮擦性能影响。结果表明,CF/PEEK内部孔隙、界面结合、纤维取向和结晶行为决定了拉伸和弯曲强度,并发现纤维的增强和结晶成核作用与含量密切相关。CF/PEEK减摩抗磨行为取决于纤维含量和滑动条件,且材料微观结构导致摩擦学差异。在单向划擦过程中,发现了纤维减薄、开裂、剥离、多重断裂损伤。此外,交替打印技术极大提高了CF/PEEK的延展性,为定制高强度且适度延展性的结构部件提供了新思路。 （4）探究了二氧化硅（SiO2）颗粒对交替层状SiO2+PEEK/CF+PEEK复合材料的摩擦磨损性能调控。结果表明,SiO2提高了交替层状复合材料的承载力,且摩擦学行为强烈依赖于滑动条件、填料含量和粒径。纳米颗粒团聚加剧材料磨损,而粒径主要影响转移膜的形成。SiO2作用机制主要为保护纤维、刮擦/抛光、三体磨粒和界面滚动效应。此外,具有长寿命、低摩擦和高抗磨特性的碳基摩擦膜主要含有PEEK、铁氧化物和SiO2。 （5）评价了交替层状SiO2+PEEK/CF+PEEK和SiO2+CF+PEEK杂化复合材料的摩擦学行为,并研究了软颗粒硫化锌（ZnS）的摩擦学特性。结果表明,摩擦磨损性能差异主要与材料组分、填料分布、成膜速率和转移膜的石墨化程度有关,交替层状复合材料更易成膜,且摩擦膜的石墨晶体结构缺陷少、抗磨稳定性好。发现单独添加ZnS填料,交替层状复合材料表现出抗磨性能,但不具有减摩作用,且承载能力差。然而,软质ZnS填料与硬质SiO2颗粒在减摩抗磨方面具有协同效应,并且ZnS粒子起到成膜助剂的作用,而SiO2赋予转移膜高承载力。

关键词： 三维机织复合材料   热氧老化   冲击压缩   损伤演化   失效机理  

摘要： 三维机织碳纤维增强环氧树脂复合材料凭借其优异的机械性能和较长的使用寿命,广泛应用于航空航天、交通运输及其他工业领域。面对日益增长的应用需求,深入研究复合材料在苛刻环境(如热氧环境)下的力学性能及其长期稳定性,对确保其在复杂环境中的长期服役能力和结构稳定性具有重要的学术价值和工程意义。本文旨在发现三维机织复合材料热氧老化微观应力变化致老化裂纹机理,探讨热氧老化过程中热-化学-力学多场耦合作用下界面损伤演化,揭示热氧老化后压缩失效机理和应变率效应,为提升复合材料构件在复杂环境下的服役安全性提供理论支撑。 主要研究内容如下: (1)通过有梭织机织造三维角联锁机织物,并采用真空辅助树脂传递模塑成型工艺制备三维机织复合材料。复合材料和环氧树脂在180℃循环空气环境中等温加速老化,老化时间分别设定为4天、8天、16天和32天。使用拉曼光谱技术结合碳纤维拉曼峰位应力敏感性定量表征热氧老化过程中碳纤维以及纤维/树脂界面处的微观应力分布演化,同时通过光学显微镜观察复合材料表面损伤裂纹形貌,揭示老化应力所致老化裂纹演化机制及其时间效应。 (2)三维机织复合材料热氧老化后压缩力学性能测试和损伤形貌表征。采用分离式霍普金森压杆装置和MTS 810材料试验机,测试热氧老化前后环氧树脂及三维机织复合材料在不同应变率下的压缩行为。利用高速摄像机记录试样在压缩过程中的变形历史和渐进损伤演化过程,采用数字图像相关技术分析试样表面应变场的变化,并通过计算机断层扫描进一步观测试样内部损伤形态,比较不同老化时间下的冲击压缩性能和渐进损伤演化,分析热氧老化对冲击压缩性能和应变率效应的影响。 (3)结合有限元数值分析和实验结果,揭示三维机织复合材料热氧老化过程中的损伤机制及其在压缩加载下的失效行为。根据复合材料真实结构和几何尺寸,构建全尺寸细观几何模型。建立热-化学-力学多场耦合模型,采用多步并行数值算法计算热氧老化过程中复合材料在不同阶段的应力分布和界面损伤,分析热氧老化过程中界面损伤的演化规律,探讨界面损伤的老化时间效应;通过基体和界面性能参数弱化方法对复合材料在热氧老化过程中的力学性能退化进行简化模拟,揭示复合材料在不同老化时间下的冲击压缩渐进损伤机理;利用等效温差法建立基体收缩二步法模型,揭示热氧老化前后复合材料压缩行为的应变率效应。 研究发现: (1)三维机织复合材料在不同热氧老化时间后的微观应力分布规律。复合材料中经纱和纬纱的老化应力分布均与纱线路径相似,且在富脂区附近应力值较大。多元回归分析结果显示,老化应力与老化时间存在显著相关性,且经纱老化应力与老化时间的相关性大于纬纱,这与纱线的几何排列及其结构效应密切相关。复杂的交织结构与老化时间协同作用,导致老化过程中应力分布不均匀,尤其是在高应力区域,比如富脂区的纤维树脂界面更容易发生界面损伤。老化时间延长导致界面损伤加剧,显著降低复合材料的综合性能。 (2)热氧老化过程中氧化层分布、界面应力变化及界面损伤演化规律。老化时间延长导致复合材料氧化层和树脂的压痕模量在深度方向呈现明显的梯度分布。进一步分析表明,树脂的压痕模量与氧化物浓度之间存在显著线性相关性。在氧化层中,由于纱线与树脂基体的热膨胀系数、化学收缩应变以及弹性模量差异叠加效应,界面应力快速增大,导致界面应力集中在表面氧化层的树脂/纱线界面,易引发局部界面损伤。随着老化时间的增加,初始界面脱粘逐渐扩展,并伴有新裂纹的生成,界面损伤逐步演化。 (3)复合材料热氧老化后的冲击压缩响应。热氧老化显著降低了三维机织复合材料的压缩强度和模量,并表现出明显的时间依赖性。老化32天后,环氧树脂的压缩模量和强度保留率分别为84.4%和89.8%,而复合材料的压缩模量和强度保留率则分别为83%和91%。复合材料压缩性能下降主要受树脂基体氧化降解和界面脱粘共同作用影响。热氧老化对渐进损伤过程产生显著影响,导致经纱的断裂和局部纱线失效提前发生,同时剪切带宽度随老化时间的增加而增大。尽管裂纹扩展路径受到老化的影响,最终损伤模式仍以经纱断裂失效为主,形成约45°倾斜的剪切带。在经向和纬向截面,界面损伤呈现出相似的趋势,主要损伤类型包括纱线劈裂、纤维碎裂及界面开裂。 (4)热氧老化对复合材料应变率敏感性的影响。复合材料的应变率敏感性主要由树脂的应变率特性和交织结构决定。然而,复合材料热氧老化后,由于树脂氧化降解和界面脱粘的共同作用,应变率敏感性显著降低。随着应变率的增加,局部应变效应显著增强,而老化裂纹导致材料内部不均匀进一步加剧了这种局部应变效应。老化过程中形成的老化裂纹在压缩载荷作用下改变了复合材料表面剪切裂纹的扩展路径,进一步加重了压缩损伤程度,但未影响其最终倾斜剪切失效模式。 本论文研究三维机织复合材料在热氧老化过程中应力分布演化、界面损伤变化及其对压缩

关键词： 桥墩危险截面   船舶撞击力   有限元   复合材料  

摘要： 桥墩与船舶碰撞事故时有发生，为评估已建桥梁桥墩的防撞性能，指导桥墩防撞设计方案，该文以长江某桥5～7号桥墩为研究对象，通过MIDAS Civil有限元软件建模，分别模拟不同水位下桥墩在顺桥向及横桥向受到1MN的水平力作用时，在桥墩危险截面处产生的最大内力，根据数值结果，指导桥墩防撞设计。

关键词： 铜基复合材料   陶瓷颗粒   制备方法   弥散强化   机械性能  

摘要： 铜的电学和热学性能十分优异，且具备良好的延展性，因此在航空航天、微电子、轨道交通、通讯等领域有非常广泛的应用。然而，纯铜的机械性能和高温稳定性较差，难以满足日益严苛的应用需求。为改善其机械性能，一种有效方法是将陶瓷颗粒作为增强相添加至铜基体中。本文主要总结了陶瓷颗粒的主要类型，讨论了陶瓷颗粒增强铜基复合材料的制备工艺和研究现状。最后，结合研究现状对未来的研究方向和发展趋势提出了一些见解。

关键词： 高强高模聚酰亚胺纤维   压缩性能   界面性能   单丝压缩   复丝压缩   分子模拟   亚微观结构  

摘要： 纤维增强树脂基复合材料因其轻质高强的力学特性,是理想的结构承载材料之一。其中,高强高模聚酰亚胺（PI）纤维及其复合材料以其低密度、高强度、高模量、耐高低温、耐老化和低介电、高绝缘、高透波等性能优势,在航空航天、安全防护、体育器材等领域展现出广阔的应用前景。但其压缩强度低、压拉比失衡导致其结构承载能力差,很大程度制约了其在先进复合材料中的应用,这也是高性能有机纤维的共性难题。现有研究显示,纤维增强树脂基复合材料的压缩性能受纤维本体、树脂和界面协同影响,但关于有机纤维及其复合材料尚缺乏系统性的优化策略。本文以高强高模PI纤维及其复合材料为研究对象,针对其压缩问题,通过实验和模拟,开展了纤维、树脂和界面多因素跨尺度（纤维本体分子层级-纤维内部缺陷亚微观层级-树脂和界面介观层级）研究工作,具体内容如下: 1.表面无机化提高纤维径向支撑:采用磁控溅射法在纤维表面构筑无机壳层,研究了壳层种类、厚度等因素对纤维表面理化特性、压缩性能和与树脂界面性能的影响,建立了基于热失重分析的纤维表面壳层厚度计算方法,实现了纤维表面模量、表面能、界面剪切强度和压缩强度的显著提升。其中,表面模量最高提升373.5%（从1120 MPa到5303 MPa）,表面能最高提升174.1%（从20.70 m J/m2到56.73 m J/m2）,压缩强度最高提升45.7%（从341 MPa到497 MPa）,界面剪切强度最高提升85.6%（从22.01 MPa到40.84 MPa）。纤维压缩增强机理为刚性无机壳层对纤维的径向支撑作用,抑制屈曲,延缓扭结带生成。 2.上浆修复纤维内部微缺陷:采用多官能度环氧上浆,利用丙酮/环氧的溶胀渗透作用修复纤维内部亚微观结构缺陷,研究了环氧官能度、浓度等条件对纤维表面理化性能、内部修复、拉压性能和复合材料层级压缩性能的影响,建立了纤维上浆模型和纤维/环氧界面模型,揭示了环氧分子对纤维表面和界面性能的强化机理。上浆修复后,纤维内部原纤-孔隙缺陷被环氧浸润“抚平”,纤维循环磨损圈数最大提高63倍（从5.5圈最大提升至352.3圈）,拉伸强度和压缩强度分别最大提升14.9%和58.9%（从3852 MPa和361.7 MPa提升至4427 MPa和574.8 MPa）,界面剪切强度和复丝压缩强度分别提升76.7%和53.5%（从22.01 MPa和181.2 MPa分别提升至38.89 MPa和278.1 MPa）,纤维与树脂间相互作用和界面层厚度提高。其界面增强的核心因素为环氧上浆层的反应性;纤维压缩增强机制为环氧对纤维内部微孔隙缺陷的修复作用,提高了原纤间相互作用与应力传递能力;复丝压缩增强机制为环氧协同增强了纤维和界面抵抗压缩作用的能力。 3.树脂基体刚韧平衡:以苯并噁嗪为刚性树脂基体,以环氧为增韧组分,研究了树脂体系组成对其固化行为、交联密度、热性能和力学性能的影响,以及树脂刚韧特性对纤维界面性能和压缩性能的影响。混入环氧后,体系引发温度升高,固化难度提高,但交联密度最大提升89.6%（从2402mol/m3提升至4554 mol/m3）,树脂固化后内应力显著减小,韧性提升,体系能承受的压缩应变增大,界面剪切强度和复丝压缩强度分别最大提升28.9%和33.2%（从27.18 MPa和208.0 MPa分别提升至35.04 MPa和277.1MPa）。复丝压缩增强机理为树脂刚性支撑纤维,适度韧性延长了压缩塑性段。 4.分子模拟设计高抗压缩PI纤维本征结构:基于氢键网络设计为思路增强PI纤维体系抗压缩性能,讨论了不同层级下各体系结构参数与能量参数,总结了利于制备高抗压缩聚酰亚胺纤维的因素。其中,从20个PI结构的120个取向模型中筛选了出理论压缩模量最大能达23.13 GPa的PI取向结构。有利于PI纤维压缩性能提升的因素为:主链高刚性、高共轭结构,分子链牵伸后取向,形成链间氢键而非链内氢键。 本研究为高强高模聚酰亚胺纤维及其复合材料压缩性能提升提供了全链条解决方案,其方法可拓展至其他有机纤维体系,对结构复合材料的轻量化发展具有重要指导意义。

关键词： 纤维增强复合材料   防弹头盔壳体   力学性能   抗冲击性  

摘要： 随着军事与民用防护需求的增长，防弹头盔的性能提升至关重要。纤维增强复合材料凭借其优异特性，在防弹头盔制造中得到广泛应用。文章综述了玻璃纤维、碳纤维、芳纶纤维、超高分子量聚乙烯纤维等增强复合材料在防弹头盔壳体中的应用现状，探讨了其性能优势、面临的挑战与解决方案，并对其发展趋势进行了展望，旨在为防弹头盔的设计与制造提供理论参考。