关键词： 复合材料   内部应力   高低温循环影响   尺寸形位稳定性  

摘要： 为了研究复合材料组件经过高低温循环后宏观尺寸形位精度变化，分别对5批次两种碳纤维（M40JB、T700SC）进行材料级测试，对复合材料零部件级矩形管件进行弯曲刚度测试，对装配组件臂杆进行高低温循环前后尺寸形位精度测试。结果表明，5个批次M40JB碳纤维束丝拉伸强度最大变异系数为0.034，弹性模量最大变异系数为0.012,5个批次T700SC拉伸强度最大变异系数为0.043，弹性模量最大变异系数为0.034，可知纤维自身稳定性较好，不因批次不同产生明显差异。5个批次的M40JB级碳纤维复合材料矩形管件X方向弯曲刚度平均值为4849.4 N·m2,Y方向弯曲刚度平均值为7266.6 N·m2，两方向刚度趋势一致，离散度较小。对比5个批次10件组件臂杆高低温循环试验前后关键尺寸数据，经过12.5个循环，与XOY面相关距离尺寸变化相对明显，与YOZ面相关形位精度基本无变化，整体尺寸形位精度变量均不超过0.15 mm。

关键词： 气相二氧化硅   硅烷偶联剂   表面处理   聚氯乙烯发泡   孔泡结构  

摘要： 为提升聚氯乙烯(PVC)材料发泡均匀性和力学性能，采用硅烷偶联剂γ-氨丙基三乙氧基硅烷(KH550)与γ-甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷(KH570)作为表面处理剂，对PVC中填料气相二氧化硅进行表面改性。通过多种表征手段分析改性前后气相二氧化硅的结构与性能变化，并将改性后的气相二氧化硅应用于PVC发泡材料。粒径分析结果显示，未处理气相二氧化硅平均粒径为524.34 nm，在最优反应温度(70℃)下经KH570改性后平均粒径降至118.68 nm，经KH550改性后降至175.26 nm，分散性显著改善。水接触角测试与扫描电子显微镜观察表明，改性后的气相二氧化硅疏水性明显增强，团聚现象减少。傅里叶变换红外光谱分析显示，与未处理样品相比，改性后的气相二氧化硅羟基吸收峰强度减弱，表明硅烷偶联剂中的有机基团成功接枝于气相二氧化硅表面。热重分析结果表明，未处理的气相二氧化硅在30～800℃范围内无明显失重；加热至800℃时，经KH570处理的样品失重率为17.10%，经KH550处理的样品失重率为17.90%，证实有机改性层的有效接枝。将质量分数1%的改性气相二氧化硅掺入PVC发泡体系后，PVC发泡均匀性得到显著改善；与未添加气相二氧化硅的样品相比，添加经KH570和KH550改性的气相二氧化硅后，样品的拉伸强度分别提升88.06%和37.31%，断裂标称应变分别提高30.55%和25.00%,PVC材料的力学性能得到有效强化。研究结果可为硅烷偶联剂改性气相二氧化硅在PVC发泡体系中的应用提供参考。

关键词： Ni/Fe含量比   复合材料   摩擦磨损   摩擦诱导磁化  

摘要： 铁磁性材料在摩擦的过程中能够自激发产生磁场，而且该磁场会对复合材料的摩擦学特性产生明显的影响，如何实现对自激发磁场的调控是实现摩擦性能调控的关键.为了弄清二元铁磁性填料复合添加对聚四氟乙烯基（PTFE）复合材料摩擦诱导磁化的影响规律，以铁磁性填料镍、铁复合添加的模式，通过改变Ni/Fe含量比来调控PTFE基复合材料摩擦磁化的强度，并考察其对PTFE基复合材料摩擦学性能的影响.结果表明：随着Ni/Fe含量比的增大，复合材料在摩擦过程中产生的摩擦诱导磁感应强度ΔB逐渐增强；复合材料的摩擦系数和磨损量都随着摩擦诱导磁感应强度ΔB的增大而减小，摩擦诱导磁化产生的磁场有助于提高复合材料的摩擦学性能.

关键词： 磷酸镁水泥基复合材料   低维碳材料   裂缝增强   多尺度建模   协同增强  

摘要： 磷酸镁水泥(MPC)基复合材料在基础设施快速修复、应急抢修、核废料固化以及3D打印等领域具有广阔的应用前景,但其凝结速度过快、早期强度与工作性能难以兼顾等问题限制了工程应用。为解决这些问题,本论文提出了一种将低维碳材料(碳纳米管CNT和氧化石墨烯GO)与传统缓凝剂协同使用的新型改性方式,并在此基础上探索了低维碳材料与钢纤维在不同尺度上的互补裂缝增强作用。通过凝结时间测试、流动度测定、力学性能表征、微观结构分析以及数值模拟等多种手段,力图在材料内部机制层面和宏观性能层面对这一协同改性策略给予系统验证。主要工作和结果如下: (1)凝结时间测试结果显示,CNT和GO均可使磷酸镁水泥产生明显加速凝结的效应。其中GO的加速凝结作用更为突出,缩短了终凝时间约45.3%。相较而言,CNT对流动度的影响更小,而GO会造成流动度的显著降低。力学性能测试揭示了不同低维碳材料在强化功能上的差异:CNT更偏向于提升早期抗压强度,1天龄期时能够使抗压强度提高约20.8%;GO则在早期抗折强度方面具有更强的贡献,3天龄期时抗折强度提升约8.3%。通过XRD和SEM观察可知,鸟粪石-K依然是MPC的主要水化产物,CNT和GO不会改变水化产物的种类,而是通过多重物理调控方式影响水化与结晶过程。MIP测试结果显示,CNT可通过微裂纹桥接、孔隙填充与诱导结晶等方式降低孔隙率(相较对照组降低2.2%);GO则更注重促进水化产物的均匀分散及填充微孔(平均孔径从129.04 nm缩小到103.24 nm),并在界面结合处提供附加增强,使材料更为密实并提升抗裂性能。纳米压痕分析结果进一步佐证了CNT和GO对微观结构和力学性能的调控作用,表明其在纳米尺度范围内具有裂缝增强的潜力。 (2)采用五种均匀化模型(稀疏法、Mori-Tanaka方法、自洽方法、IDD模型和多层次均匀化方法)对弹性模量进行宏观预测。将预测结果与实测数据对比后发现,多层次均匀化方法与Mori-Tanaka方法的误差相对最小,与实际检测值的平均偏差控制在5%以内。稀疏法、自洽方法以及IDD模型则由于难以准确处理高孔隙率材料内部复杂的多相结构和裂缝特征,产生了较大偏差。同时,预测分别用到了基于纳米压痕测试与Rietveld分析XRD数据得出的微观结构信息。与宏观试验结果比对后发现,纳米压痕数据能够更好地反映材料的真实力学分布特点,使相应的均匀化模型预测更接近实测值。 (3)钢纤维的引入则在宏观力学性能尤其是韧性与断裂阻抗方面发挥了主导性作用。随着钢纤维含量由3%逐步增加至12%,抗压强度呈单调上升趋势,抗折强度则在初期略有上涨后趋于平稳。进一步观察了低维碳材料与钢纤维协同组合的裂缝增强效果:在12%钢纤维含量下,CNT的加入使抗压强度与抗折强度额外获得4.57%和0.69%的增幅;GO的加入分别让两者额外提升7.34%与11.1%,展现出更加强烈的协同裂缝增强现象。多尺度下的互补裂缝增强机理表现在钢纤维对宏观裂缝进行有效桥接与应力分散,CNT填补纳米尺度孔隙与微裂纹,GO则在微米与纳米双重尺度上阻挡裂纹延展,形成多维度的裂纹钉扎与缺陷填补,从而赋予材料更高的整体强度与韧性。基于近场动力学(PD)理论的数值模拟结果验证了该方法的有效性,并揭示了钢纤维含量和分布对MPC基复合材裂缝扩展和料断裂行为的影响,为优化材料设计和预测工程结构的断裂行为提供了参考。

关键词： 复合材料   垂直起降   倾转旋翼   固定翼   无人机  

摘要： 本文设计了一款多用途、长航时、垂直起降倾转旋翼复合材料固定翼无人机，最大起飞重量为30 kg,增程续航时间大于24 h。同时完成了全机总体设计、气动分析和结构设计，开展了中翼段静力加载验证试验，并与计算数据进行了对比。基于有限元分析，对机体进行了强度、刚度、稳定性校核：采用了Hashin失效准则，对夹芯结构碳纤维面板、轻木芯材和碳纤维蒙皮进行了强度校核；对机翼蒙皮铺层方案进行了优化设计，评估了结构承载性能。分析表明，机身挂载任务载荷以2.5g过载爬升为最严酷工况，高应力区位于中翼中部，上蒙皮易发生屈曲，结构初始损伤为轻木夹芯的压缩损伤。初始铺层方案的结构满足性能要求，载荷裕度过大。机翼蒙皮进行分区准等强度优化设计后，减重1.51 kg,占初始重量的17%。载荷裕度降为0.13,结构承载效率大幅提升，最后根据能耗关系评估了无人机续航能力。

关键词： 水滑石   多金属氧酸盐   单原子   导电金属有机框架   光催化CO2还原  

摘要： 光催化二氧化碳还原反应（Photocatalytic CO2reduction reaction,CO2RR）可以利用太阳能将大气中的CO2转化为燃料和高附加值化学品,已经成为缓解能源紧缺问题的有效方案。水滑石（Layered double hydroxides,LDHs）是一类二维层状金属黏土材料。其中镍基水滑石由于具有优异的光催化活性、可调的带隙和电子结构,被广泛用作光催化CO2RR的高效光催化剂。但是,在镍基水滑石光催化CO2RR为甲烷（CH4）的过程中,多电子转移步骤和缓慢的质子耦合电子转移（PCET）过程严重影响其催化性能。此外,如何促进光催化反应过程中的C-C偶联,用以提升C2+产物的选择性已成为全新的难点。为了解决上述问题,本文采用原位复合策略构筑了两种水滑石基复合催化剂,并探究了其在光催化CO2RR中的应用,具体研究工作如下: 1.基于单原子Pt锚定的多金属氧酸盐(Pt1-PMo12)具有质子/电子传输体的性质,采用原位封装-重组策略将Pt1-PMo12与NiCo-LDH复合制备了Pt1-PMo12@NiCo-LDH光催化剂。Pt1-PMo12@NiCo-LDH具有优异的CH4产率和选择性(723μmol·g-1·h-1,82.3%)。原位红外和光电测试表明,单原子Pt1位点促进Pt1-PMo12解离水产生活性氢（H*）,为光催化CO2还原提供了充足的质子源。同时,设计的强Mo-O-Ni/Co键作为高效的PCET通道,使H*定向转移到NiCo-LDH的活性位点,从而提高光催化活性。此外,理论计算表明,Pt1-PMo12的引入降低了*CO质子化到*CHO的能垒（从0.38 eV降至0.18 eV）,具有最低的决速步反应能垒（0.64 eV）,从而促进了高活性和高选择性的CH4生成。 2.基于导电金属有机框架（Conductive Metal-Organic Frameworks,c-MOFs）优良的导电性和近红外光吸收特性,采用原位生长-配体交换成核策略将c-MOFs（Co-HHTP）与NiCo-LDH复合构筑了c-MOF@LDH异质结构催化剂。在无光敏剂、近红外光（λ>800 nm）照射下,乙烯（C2H4）选择性达到74.2%,产率高达77.5μmol·g-1·h-1。机理研究表明Co-HHTP@LDH上的Ni、Co金属活性中心在光催化过程中具有不对称的电荷密度分布,有效抑制了相邻的*CO中间体的静电排斥,降低C-C偶联过程的能垒。此外,稳态光致发光（PL）光谱表明材料的Z-scheme异质结显著提升了光生载流子的分离和传输效率。 综上,本研究利用多酸单原子与导电金属有机框架的独特优势,与镍基水滑石原位复合构筑高效光催化剂,分别实现了CH4和C2H4选择性和产率的同时提升,深入研究了催化活性提升的内在机制。在研究中,我们提出了通过调制活性氢的生成与传输来优化PCET过程以及构筑双金属活性位点促进不对称电荷分布,降低C-C耦合斥力以促进C2H4的生成两个创新点,为进一步开发水滑石基高效光催化剂提供了新的思路。

关键词： 锂离子电池   负极材料   复合材料   电化学性能   锡/钛基氧化物  

摘要： 随着便携式电子设备和电动汽车市场的迅速扩张,市场对具有高能量密度、长寿命以及快速充放电能力的锂离子电池需求不断上升。锡/钛基氧化物因其出色的理论容量而被视为具有潜力的锂离子电池负极材料。然而,在实际应用中,这些材料仍面临诸多挑战,包括导电性不足、明显的体积变化、首次库仑效率较低以及安全性问题,这些因素都制约了其循环稳定性和性能的进一步提升。为了解决这些问题,本文通过精心设计锡/钛基氧化物与碳材料的复合结构,显著提升了其导电性,缓解了体积变化,并提高了首次库仑效率,同时通过引入稳定的电解质体系进一步提升了其安全性。此外,本文深入探讨了复合负极材料的内在机理,揭示了材料设计、结构与性能之间的关系,为开发高性能的负极材料提供了理论基础。本文具体的研究内容如下: 首先,采用水热法结合退火处理,在不添加粘结剂和导电剂的条件下,在泡沫铜上合成了多层级C@SnO2/Cu2O作为锂离子电池的负极材料。该负极材料中的SnO2/Cu2O纳米片簇被固定在泡沫铜骨架上,抑制了SnO2纳米材料的自聚集现象,且被非晶态碳层包裹,有效提高了电荷转移效率,缩短了锂离子和电子的传输路径,同时增加了电解质与电极之间的接触面积。碳层的存在不仅为电子传输和活性反应位点提供了快速的通道,还有效缓解了锂化/脱锂过程中的体积变化,从而增强了复合材料的导电性和结构稳定性。这种分层结构的负极材料展现出优异的电化学性能,且从理论层面对其影响机制进行了探讨。泡沫铜上合成的分层C@SnO2/Cu2O负极材料的初始放电比容量大约为1726 mAh g-1,在0.5 C的倍率下进行300次循环后,比容量仍保持在814 mAh g-1。这表明,与纯SnO2纳米颗粒相比,C@SnO2/Cu2O负极的锂储存性能显著提高。 其次,在泡沫铜基底上原位合成了分层C@Sn-SnO2/CNT作为锂离子电池的高性能负极材料。在该负极材料中,Sn-SnO2纳米颗粒均匀分布于碳纳米管网络之间,且被碳层包裹。碳层和碳纳米管的引入不仅增强了导电性,还提供了缓冲区和空间,以减轻Sn-SnO2纳米颗粒在锂化/脱锂过程中的体积变化,从而提高了电极材料的结构稳定性。与泡沫铜基纯SnO2纳米颗粒相比,泡沫铜基C@Sn-SnO2/CNT展现出了更高的锂储存容量、循环稳定性和倍率性能。在经过300次循环后,泡沫铜基C@Sn-SnO2/CNT在0.2和1 Ag-1的电流密度下,分别提供了高达850和480 mAh g-1的放电比容量。在不同的电流密度(0.1、0.2、0.5、1、2、5 Ag-1)下,泡沫铜基C@Sn-SnO2/CNT的放电容量分别约为1156、985、718、480、308和191 mAh g-1。当电流密度降低至0.1 Ag-1时,放电比容量恢复至1103 mAh g-1,与第一圈相比,保持率为95.4%,显示出优异的倍率性能。泡沫铜基C@Sn-SnO2/CNT的高锂储存效率和优秀的倍率性能可归因于Sn和SnO2纳米颗粒的协同效应及高度可逆的转化反应。 进一步,为了降低负极材料的成本并提升安全性,采用氢氧化锂作为锂源和葡萄糖作为廉价碳源,通过阳极氧化与水热反应相结合的方法合成了具有核-壳结构的Li4Ti5O12@C（LTO@C）负极材料。该结构由复合纳米管阵列构成,并覆盖碳层。所制备的LTO@C保留了Ti O2的特殊纳米管结构,尺寸约为80-100 nm,LTO表面的碳层厚度约为3-5 nm。与未涂覆碳层的LTO相比,LTO@C展示了更优越的比容量和倍率性能。在20 C的放电倍率下,LTO@C的容量接近于其在1 C时的容量,分别为206 mAh g-1和224 mAh g-1。在1 C的电流密度下,LTO@C在首次充放电循环中在约1.43 V处出现明显的电压平台,首次循环效率达到97.9%。经过200次循环后,LTO@C在1 C下仍保持着260 mAh g-1的高比容量。在10 C的高倍率放电条件下进行1000次循环后,LTO@C的放电比容量仍然保持在164mAh g-1,容量保持率为71.7%。在不同的放电倍率（1 C、5 C、10 C和20 C）下,LTO@C的放电容量分别为290、251.9、228.8和208.7 mAh g-1,表现出比未涂覆碳层的LTO更优异的放电性能。即使在20 C的高倍率放电下,LTO@C的容量(206 mAh g-1)仍然接近于LTO在1 C时的容量(224 mAh g-1)。 最后,为克服钛基负极材料在电导率不足和循环过程中体积变化方面带来的问题,采用化学气相沉积法成功合成了包裹碳层的金红石相Ti O2负极材料（Ti O2@C）。通过退火处理,精确控制了碳层的厚度,并从理论层面深入研究了碳层厚度对电池性能的影响。优化过后的Ti O2@TC负极材料不仅展现了出色的可

关键词： 耐高温   氰酸酯   改性   复合材料  

摘要： 氰酸酯树脂具有优异的耐热性、介电性能、阻燃特性及低吸湿性，在航空航天、电子工业和胶粘剂等领域应用广泛。氰酸酯树脂自身大量的苯环结构，及聚合生成三嗪环结构，交联密度大，导致树脂脆性大，在使用时需对氰酸酯进行改性。本文系统总结了热固性树脂、热塑性树脂、橡胶弹性体等氰酸酯树脂改性方法，通过共混或共聚方式，明显改善氰酸酯树脂的韧性，探讨了酚醛型氰酸酯树脂、双马改性氰酸酯、添加纳米离子或石墨烯耐高温氰酸酯在提升氰酸酯树脂耐高温性能领域的研究进展，并对氰酸酯树脂的发展方向进行了展望。

关键词： Lamb波   CFRP   结构健康监测   损伤成像  

摘要： Lamb波具有较强的抗干扰能力，被广泛应用于碳纤维增强树脂(Carbon Fiber Reinforced Polymer,CFRP)结构健康监测中。采用汉宁窗形式的窄带Lamb波激励完整CFRP板与含内置损伤的损伤CFRP板，通过比较PZT压电片采集到的健康信号与损伤信号之间的信号差异系数，根据改进的损伤概率重建算法（Reconstruction Algorithm for the Probabilistic Inspection of Damage,RAPID）实现CFRP结构的内部损伤成像。得到以下结论：建立CFRP板Lamb波有限元模型对内置损伤的大小和区域进行定位，并根据CFRP板Lamb波结构健康监测试验平台验证有限元模型的正确性；提出一种阈值化改进RAPID算法，对损伤板的内置损伤大小和轮廓进行准确预测，预测结果最大误差仅为6.56%；随着结构内置损伤孔厚度的增加，结构损伤信号与健康信号的差异越发明显，预测损伤参数与实际损伤参数的最小误差仅为5.20 mm。