关键词： 环氧树脂   可回收树脂   动态共价键   导热系数  

摘要： 环氧树脂作为一类通用的热固性高分子材料,具有工艺性好、固化收缩率低、力学强度高、粘结性优良等优点,被广泛应用于建筑、风电、微电子产品、汽车、轨道交通、航空航天等领域。但传统环氧树脂由于具有永久交联的网络结构,表现出不溶、不熔的特性。这导致其在废弃或老化后难以被回收利用,从而引发资源浪费和环境污染等问题。动态共价键在外界刺激条件下,可以在交联网络中发生动态反应,因此将动态共价键引入到环氧树脂中是解决其回收问题的一种有效的办法。此外,传统环氧树脂作为常用的电子封装材料,其热导率较低,约为0.2 W m-1 K-1,这难以满足电气设备和电子元件对热传导与散热性能日益增长的需求。因此,本文通过分子结构设计,将动态亚胺键和有序的分子结构引入环氧树脂网络中,成功制备出兼具本征导热性能和可回收特性的环氧树脂。主要研究结果如下: （1）为了促进分子链在环氧网络中有序排列,制备了三种含芳香亚胺共轭结构的环氧固化剂,并将其分别与含柔性分子链的丁二醇二缩水甘油醚环氧单体混合固化。通过偏光显微镜（POM）和X射线衍射（XRD）的表征,证实了所制备的固化剂具有有序的介晶结构。动态亚胺键赋予了这三种环氧树脂重塑成型的能力,在重塑后保持了81%以上的拉伸强度保有率。在导热性能方面,与商用的4,4'-二氨基二苯甲烷（DDM）固化的环氧树脂(导热系数为0.23 W m-1 K-1)相比,基于介晶固化剂的环氧树脂的热导率最高可提升至0.30 W m-1 K-1。环氧树脂的分子结构有序性随着固化剂中共轭苯基数量的增加而提高。以结构优化后的环氧树脂为基体制备的碳纤维增强复合材料表现出优良的力学性能,同时还具备焊接以及形状记忆等功能。 （2）具有对称结构的介晶单体更有利于形成有序的分子结构,从而改善环氧树脂的本征导热性能。以生物基香草醛为原料合成了一种具有芳香亚胺和联苯共轭介晶结构的二酚类固化剂（BED-VANH）以及一种三官能团酚胺环氧交联固化剂（ICPA）。通过傅里叶变换红外光谱（FTIR）和核磁共振波谱（NMR）对两种环氧树脂固化剂的化学结构进行了表征。采用Kissinger法和Ozawa法对环氧树脂的固化动力学进行了研究。当引入95 mol%的BED-VANH时（BDE-95）,其热导率由0.25 W m-1 K-1(含5 mol%BED-VANH的环氧树脂（BED-5）)提升至0.29 W m-1 K-1。同时,其拉伸强度显著提高,达到93.9 MPa,较BED-5的54.0 MPa提升了74%。环氧树脂表现出可重塑成型和可降解的特性。以BDE-95树脂为基体制备的碳纤维增强复合材料可以实现在酸溶液中的再次回收,回收后的复合材料强力保有率达到了96%。 （3）使用香草醛为原料,合成了三种具有不同芳香亚胺共轭结构长度的双酚类固化剂,以及一种三官能团的酚胺固化剂。通过Kissinger和Ozawa方法研究了基于这些固化剂的树脂体系的固化动力学。实验结果表明,这三种环氧树脂表现出较高的玻璃化转变温度（136°C-144°C）、优异的力学强度（76.2 MPa-119.3 MPa）以及本征导热性(0.26 W m-1 K-1-0.32 W m-1 K-1)。XRD分析表明,固化环氧树脂的分子结构的有序性随着固化剂中苯基数量的增加而显著增强。此外,亚胺键使材料可以被重塑成型和化学回收。利用优化后的环氧树脂体系制备的碳纤维复合材料表现出优异的力学性能（拉伸强力为642.5 MPa）,并且可以在酸溶液中实现碳纤维的无损回收。 （4）为了进一步提高生物基原料的含量和环氧树脂结构的有序性,利用香草醛制备了含芳香亚共轭结构的环氧单体（VAEP）,将其与含三联苯结构的二酚固化剂（ICP）固化,将DDM固化VAEP得到的环氧树脂作对比样进行研究。结果表明,采用DDM固化的环氧树脂表现出优异的力学性能,其拉伸强度达到116MPa,玻璃化转变温度高达179°C,显著优于二酚固化剂固化的环氧树脂。由于动态亚胺键的动态特性,所有的环氧树脂均表现出重塑成型的性能。值得注意的是,二酚固化剂固化的环氧树脂的热导率达到了0.34 W m-1 K-1,与DDM固化的环氧树脂(0.28 W m-1 K-1)相比提高了21%,展现出优异的本征导热性能。使用二酚固化体系制备的碳纤维复合材料的拉伸强力达到了603.0 MPa,并且树脂基体可以在有机酸溶液中降解,从而回收碳纤维。

摘要： 1征稿范围本刊主要刊载复合材料基础研究和应用研究方面具有创新性和重要意义的原始性高水平研究学术论文,以及由该领域专家亲自撰写的反映本学科最新发展状况的综述性研究论文。刊载范围:先进功能(光热电磁等)、仿生、新能源、轻质、光催化、生物、(纳米)纤维、颗粒等改性或增强聚合物基、金属基、陶瓷基等复合材料的制备、性能及应用。

关键词： 非晶软磁复合材料   制备工艺   微观结构   软磁性能   纳米非晶粉末  

摘要： 随着第三代半导体、新能源、新一代通信技术等领域的迅速更新迭代,电力电子器件高频化发展需求日益增加,高频下器件将面临更大的损耗考验,绿色节能已成为相关新材料发展的核心驱动力.非晶软磁复合材料是基于传统粉末冶金技术,将绝缘包覆后的非晶粉末压制成型得到的一类新型软磁材料.相比传统软磁材料,非晶软磁复合材料具有以下优点:三维磁各向同性、极低涡流损耗、中高频下相对较低的磁芯损耗、良好抗直流偏置能力和综合软磁性能,以及优异可加工性,适用于复杂和微型器件成型.本文从非晶粉末制备、绝缘包覆和成型、热处理、微观结构和软磁性能调控,以及纳米非晶磁粉芯等方面综述了非晶软磁复合材料近年来取得的研究成果,同时对未来非晶软磁复合材料的研究热点和趋势、关键问题、发展前景和应用进行了展望.

关键词： 修理尺寸边界   湿热环境   振动特性   合并修理   分别修理   复合材料  

摘要： 针对复合材料结构小范围内的多处损伤，如何确定湿热环境下合理的修理尺寸边界对超手册修理方案设计和民机复合材料修理标准制定具有重要的工程应用价值。通过ABAQUS软件仿真和试验验证，研究湿热效应下双孔损伤碳纤维/环氧树脂层合板的修理尺寸边界对振动特性的影响。基于一阶剪切变形理论(FSDT)和Hamilton原理推导了层合板在湿热效应下的本构方程和自由振动控制方程。利用ABAQUS建立了双面合并/分别挖补修理层合板模型，分析在不同环境条件下，不同损伤孔距的双面挖补修理层合板与完整板的振动特性。结果表明：合并修理的固有频率随孔距增大而减小、分别修理的固有频率随孔距增大而增大，且此变化趋势不随温湿度的改变而改变。当损伤孔距小于20 mm时，即损伤孔距小于5倍损伤孔径时，选用合并修理效果更好；当损伤孔距为20 mm和22 mm时，选用合并修理或分别修理对层合板性能恢复效果影响不大；当损伤孔距大于22 mm时，即损伤孔距大于5.5倍损伤孔径时，选用分别修理效果更好。

关键词： 复合材料   共胶接   二次胶接   胶接技术   连接强度  

摘要： 以共胶接、中间不加垫片的二次胶接和中间加垫片的二次胶接为研究对象，为了研究3种不同胶接技术连接而成的试验件强度特性的差异及其原因，通过对试验件的拉伸剪切性能试验及计算拉伸剪切应力值、异常数据处理、统计分析与差异原因分析，得到各个试验件载荷与位移的变化关系曲线及极限载荷、拉伸剪切应力值、统计结果和差异原因。得出结论：共胶接的极限载荷与拉伸剪切应力值均大于未加垫片的二次胶接，未加垫片的二次胶接的极限载荷与拉伸剪切应力值均大于加垫片的二次胶接，即共胶接具有最优的连接强度；气泡等一些微观机理的存在及胶缝和中间垫片的差异是导致3种胶接技术连接强度差异的重要原因。

关键词： 细胞区室化   Pickering乳液   多肽自组装   液-液相分离   分子聚集  

摘要： 细胞区室化是生命活动的核心特征之一,它通过精细的物理分隔,赋予细胞内不同区域独特的微环境,从而实现复杂而有序的生理功能,以维持生命活动的正常进行。真核细胞通过膜系统分隔形成线粒体、内质网、高尔基体等区室化结构,这些动态分隔的微环境既保持功能独立性又实现代谢协同。各细胞器通过建立特异的离子梯度、p H稳态及酶催化系统,对生化反应进行空间特异性与底物选择性调控,从物理空间维度规避了代谢中间体的非特异性扩散及信号通路的交叉干扰。细胞区室化的重要性不仅体现在对生化反应的优化上,还在于为细胞提供了应对复杂环境变化的能力。细胞区室化通过将特定生物分子富集于限界微环境,其形成的局部浓度梯度增强了热力学驱动力,提升酶促反应动力学参数。从生命体进化的角度来看,细胞区室化的出现是生命复杂性增加的关键一步。细胞区室化不仅提高了生命活动的效率和精确性,还为生命体的适应性和进化提供了更多的可能性。 在这种背景下,本论文研究内容和成果主要分为两部分: (一)本研究通过仿生设计策略,合成了一种脂肪酶衍生的淀粉样多肽,该多肽通过自组装形成β-折叠结构的纳米纤维。多肽纳米纤维在油水界面表现出双重功能:一方面作为乳液稳定剂,降低界面张力并形成稳定的水包油型Pickering乳液体系;另一方面,纳米纤维赋予乳液界面催化活性,驱动酯类底物的水解反应并生成脂肪酸,通过静电作用在界面形成自组装表面活性剂层,有效抑制Ostwald熟化现象。该体系在持续催化反应驱动下,水包油型Pickering乳液可转变为具有粘弹性的油包水型高内相Pickering乳液凝胶,其流变特性使其可直接作为3D打印墨水使用。受Silicateinα启发在乳液界面催化硅源形成二氧化硅保护壳层,同时通过共价交联构建具有可控渗透性的微胶囊结构,提升机械强度和热稳定性。该多层级自强化系统实现了从分子自组装、界面催化自强化、宏观结构演化的完整路径,为开发模拟细胞区室化行为的软材料提供了新思路。 (二)本研究通过多肽序列的三级调控体系(疏水残基类型、排列顺序及电荷种类),揭示了多肽设计对生物分子凝聚液滴理化性质与功能的动态调控机制。利用荧光漂白恢复技术、流式细胞术和荧光光谱技术等手段证明,芳香族残基通过π-π堆积与疏水协同效应形成致密疏水核心,提升液滴稳定性;精氨酸的阳离子-π作用增强生物大分子富集效率。连续疏水排列则通过静电-疏水协同作用赋予液滴高抗盐性与有序微区结构。动态分析显示,疏水相互作用主导液滴微粘度调控,其强度与多肽链疏水性和电荷密度呈正相关,而微粘度的降低可提升酶促反应速率。本研究建立了“多肽设计-液滴特性-功能应用”内在联系,阐明疏水区域、电荷种类及密度对凝聚液滴内部微环境的协同机制。

关键词： Ti3SiC2/SiC复合材料   机械性能   高温氧化   摩擦磨损  

摘要： 随着现代工业的发展,优化材料的制备工艺,降低材料的制备成本是目前材料研发的重要目标。目前关于金属陶瓷的研究愈发浓烈,提高其在极端工况下的服役性能,延长服役寿命为设备在使用中的稳定性和安全性提供重要保障。本文以Ti3SiC2/SiC复合材料的制备和防腐耐磨为研究目标,研究了SiC含量对Ti3SiC2/SiC复合材料性能的影响。制备了具有良好机械性能、优异的高温氧化和耐磨性的Ti3SiC2/SiC复合材料,对高温结构材料的研究具有重要的应用价值。 本研究采用粉末冶金技术制备了定量SiC增强的含Al复合材料Ti3SiC2/SiC。采用放电等离子烧结技术（SPS）在较低的温度和压强下制备了SiC体积分数含量为0-40%的Ti3SiC2/SiC复合材料。对比分析了样品的烧结行为、微观结构以及力学性能。结果表明,SiC的加入降低了复合材料的密度（烧结温度为1300℃时Ti3SiC2实际密度为4.44g/cm3,而SiC体积分数含量为30%的样品实际密度为3.82 g/cm3）,提高了晶界强度。细晶粒的SiC使得复合材料内部形成大量晶界,有效阻止了位错扩展产生的位错滑移,从而抑制裂纹扩展提高机械性能。 研究了Ti3SiC2/SiC复合材料在900-1300℃环境下的高温抗氧化行为。结果表明,SiC含量的增加会提高氧化时的活化能,抑制氧化行为的进行,降低材料的氧化增重。特别是氧化温度为1300℃时,氧化增重从Ti3SiC2的0.52753 kg·m-2降低到SiC体积分是为40%的0.19443 kg·m-2。不仅如此,通过观察氧化表面微观形貌和界面氧化层的分布,分析了氧化层的形成及原子扩散。发现SiC的加入调控了材料氧化层结构,主要由外层的TiO2与Al2O3混合氧化层、逐渐向内过渡为TiO2和夹杂少量SiO2的中间氧化层,最后为内层的TiO2和SiO2均匀混合氧化层。 研究了Ti3SiC2/SiC复合材料在宽温域条件下的摩擦磨损行为。通过磨损微观形貌、成分和结构等分析,考虑温度和SiC变量在摩擦磨损过程中的协同作用。研究发现,温度和SiC含量的提升均能改善Ti3SiC2/SiC复合材料的摩擦学性能。SiC体积分数含量为30%的样品在摩擦温度为800℃时,其摩擦系数低至0.381,磨损率呈现负磨损,为-0.014×10-3 mm3/（N·m）。氧化、氧化层与基体力学性能的协同作用共同决定了Ti3SiC2/SiC复合陶瓷的高耐磨性,使其能作为更优异的固体润滑材料。

关键词： 坡缕石   罗丹明B   芬顿氧化   氧化铁  

摘要： 有毒有机污染物如罗丹明B染料的大量排放,严重威胁着环境和公共健康。与其他处理方法相比,降解具有成本低、操作简单和环境友好的优点。降解的效果主要取决于降解材料的化学组成、表面特性和孔隙结构。较高的比表面积有助于提升降解效率,而优化的孔结构则能加快反应速率并提高选择性。因此,开发低成本且高效的罗丹明B降解材料具有重要的理论意义和实际应用价值。 由于表面带负电荷,坡缕石黏土在降解阳离子染料如罗丹明B方面展现出较强潜力。然而,其整体降解效率仍需进一步提高。本研究提出通过调控关键因素（如表面改性的提纯方法）及其与金属氧化物的复合,以增强多孔坡缕石催化剂的孔隙结构和表面特性。为了探究这些改性措施对性能的影响,对改性的坡缕石材料在降解罗丹明B方面的能力进行了系统测试。研究目标是理解材料结构与其催化活性之间的关系,并为开发更高效的降解材料提供创新策略。。 本研究的主要内容如下: 1.本研究致力于探索基于坡缕石（ATP）的金属氧化物复合材料作为双功能材料的应用,分析其在罗丹明B的吸附与催化降解中的复合作用机制。研究采用了一种新颖的多步改性策略,涉及两种形式的坡缕石:原始坡缕石（R/ATP）与提纯坡缕石（P/ATP）。这些改性旨在显著提升材料的比表面积、孔隙率以及催化性能。性能分析及降解动力学研究显示,原始坡缕石（R/ATP）在吸附和降解方面能力有限,而提纯后的坡缕石（P/ATP）在比表面积和染料去除能力方面表现更优。通过H2O2提纯处理,坡缕石比表面积提高了5.7倍;通过Fe2O3改性则提高了4.7倍。高比表面积（163.66 m2/g）和小孔径（10.55 nm）共同提升了其吸附与催化效率,优于原始材料。 2.本研究还合成并表征了酸活化坡缕石（AC-ATP）与碱活化坡缕石（B-ATP）,随后与氧化铁（Fe2O3）复合,以构建高效催化剂。通过两步合成工艺制得了负载氧化铁的活化坡缕石复合材料（AC-ATP@Fe2O3）,其中坡缕石作为富集基体,Fe2O3为主要的降解活性组分。研究考察了温度、pH值、H2O2浓度和吸附剂用量对最大降解能力的影响。在最佳条件下（25℃,pH=3,H2O2浓度为35 mM,催化剂用量为0.50 g）,AC-ATP@Fe2O3的最大降解率达到了99.6%。在120分钟和30分钟内分别实现降解平衡,其降解机制与高级氧化技术一致。催化活性、反应动力学以及特定表面性质的分析表明,AC-ATP@Fe2O3是类芬顿氧化法中一个优良的有机染料去除催化剂。 3.废水中的罗丹明B（RhB）由于其持久性和致癌性,对环境和人体健康构成严重威胁。在本研究中,筛选氧化铜（CuO）作为Fe2O3/坡缕石（ATP）催化剂的组分,并制备了三种新型催化剂（R/ATP-CuO@Fe2O3、P/ATP-CuO@Fe2O3和AC/ATP-CuO@Fe2O3）用于罗丹明B的降解。利用BET、XRD、FT-IR和SEM对三种催化剂进行了表征,并研究了在不同pH条件下以及不同系统中的RB降解行为。在以下条件下:H2O2浓度为4.9 mmol/L,催化剂用量为5 g/L,pH=5,反应温度为25℃,初始RB浓度为100mg/L,所合成的三种催化剂的反应速率和RB降解效率均远高于传统的Fe2O3/ATP催化剂。

关键词： 吸附   抗生素   生物炭   水凝胶   海藻酸钠  

摘要： 针对抗生素污染水体的治理需求,本研究以来源丰富、绿色环保的生物质材料--海藻酸钠（SA）和花生壳为原料,通过ZnCl2调控花生壳生物炭孔隙结构,并利用聚乙二醇（PEG）修饰海藻酸钠表面官能团,成功制备了双重改性的生物炭/水凝胶复合材料,实现水中多种抗生素的高效去除。 主要内容如下: （1）生物炭/海藻酸钠水凝胶去除水中氧氟沙星的研究 以SA为基质,加入花生壳热解制备的生物炭,通过Ca Cl2交联成功合成了生物炭/水凝胶（BCSA）吸附材料。优化制备条件,在海藻酸钠浓度为1.5%、Ca Cl2浓度为0.1 mol/L、生物炭添加量为2.5 g/L条件下,成球效果最佳。静态吸附实验表明,BCSA在pH=3时对OFL的去除效率最高,达到61.91%,且离子强度对吸附过程影响较小,吸附行为符合Langmuir等温模型和准二级动力学模型。结合BET、SEM、FT-IR、XRD及XPS等表征手段,揭示其吸附机理主要为静电吸引、π–π相互作用和孔隙填充。 （2）双重改性生物炭/海藻酸钠水凝胶制备及去除水中多类抗生素的研究 为提升BCSA材料对抗生素污染物的吸附性能,以ZnCl2活化花生壳生物炭,结合聚乙二醇（PEG）表面功能化修饰SA基质,通过多孔结构调控与表面官能团修饰协同策略,采用Ca Cl2交联制备出ZnCl2-PEG双重改性生物炭/水凝胶材料（ZnSA@PEG）。通过静态吸附实验结果显示,ZnSA@PEG在pH=8时对OFL的最大吸附量为68.58 mg/g,其最大吸附容量较BCSA提升近20倍,另外在pH=3时对SMZ的最大吸附量为73.63 mg/g。吸附过程符合准一级动力学模型,Langmuir和Freundlich模型能够较好地描述ZnSA@PEG对OFL的吸附行为,而Freundlich和Temkin模型更适合描述其对SMZ的吸附行为。结合表征分析,推断吸附机理主要包括π–π相互作用、氢键作用、络合作用和孔隙填充。 （3）双重改性生物炭/海藻酸钠水凝胶填料柱对抗生素的动态吸附研究 为评估ZnSA@PEG复合材料在连续流体系中的工程化应用潜力,通过填料柱动态实验系统考察了操作参数（填料高度、进水浓度、流速）对吸附性能的影响。实验结果表明,吸附剂填料高度、进水初始浓度和进水流速对吸附性能有显著影响。另外借助Yoon-Nelson模型和Thomas模型模拟预测了穿透时间和吸附容量,为工艺参数优化提供了理论指导。

关键词： 六角形编织   管状织物   编织工艺   等效角轮   携纱器   复合材料  

摘要： 目前第2代六角形编织机的编织工艺尚无明确的编写规则或方法，为解决上述问题，提出了面向管状织物结构设计的六角形编织工艺方法。首先，通过分析携纱器在角轮上的位置变换原理，提出了等效角轮理论。然后，结合六角形编织机结构及其运动特点，提出了编织机的等效角轮单元，介绍了在六角轮的底盘上构建六角形编织机等效角轮系统时，编织机所包含的底盘单元结构。其次，结合管状织物的结构参数和等效角轮的结构特点，建立携纱器排布方式与织物结构之间的内在联系，阐述管状织物的成形原理。再次，通过分析织物成形过程，定义了底盘工艺单元，然后基于管状织物的成形原理提出了等效角轮单元的选取原则，从而构建六角形编织机等效角轮系统的底盘结构，确定携纱器的排布方式，接着阐述了携纱器的运动准则，得到可循环执行的工艺步骤。最后，开展了具体的管状织物编织实例设计并进行相关实物编织实验。实验结果验证了编织工艺方法的正确性，该成果将有利于第2代六角形编织机管状编织工艺的快速开发。