关键词： SiC/Al复合材料   SiC   B4C   硬度   抗弯强度   摩擦因数  

摘要： 采用热压烧结法制备了SiCp/B4Cp混杂增强铝基复合材料。研究了复合材料的致密度、力学性能、物相组成、显微结构、摩擦因数及其磨损量。研究结果表明：随着B4C含量的增加，密度逐渐降低；当B4C含量为10%时，致密度可达99.89%；当B4C含量为25%时，硬度达79HRB；抗弯强度先增大后降低，当B4C含量为10%时达559.47 MPa;B4C含量为20%时试样的摩擦因数与磨损量最小，分别为0.17与3.61×10-6g/m。

关键词： MnxCd1-xS基异质结   复合材料   光催化析氢  

摘要： 随着全球对清洁能源需求的增加,光催化析氢技术实现了从太阳能到化学能的转变,因此备受广泛的关注。在众多光催化剂中,由n型Cd S与p型Mn S结合形成MnxCd1-xS固溶体的光催化剂,因其具有合适的带隙宽度和光吸收范围在光催化析氢领域中展现出独特的优势。然而,MnxCd1-xS由于电子-空穴对的快速复合、使其应用受到了限制。为了解决此类问题,本文通过不同的方法合成MnxCd1-xS固溶体,研究MnxCd1-xS的性质及结构,并构建不同的异质结用以提高MnxCd1-xS固溶体的光催化活性。具体工作如下: （1）由助催化剂NiS修饰的具有p-n结的MnxCd1-xS（MCS）。在碱性条件下合成由n型T-Cd S基MnxCd1-xS与p型α-Mn S基MnxCd1-xS组成的p-n结,通过简单的微波法将Ni S负载在MnxCd1-xS表面。在模拟可见光的条件下,1.0 wt%Ni S/0.5MCS复合材料的光催化析氢速率在3 h内达到了53.4 mmol·g-1·h-1,是0.5MCS的4倍,同时也是T-Cd S的17.6倍。并解释了MnxCd1-xS中形成的p-n结以及助催化剂Ni S的修饰,促进了光催化析氢活性的提高。 （2）通过水热法将Cd0.2Zn0.8S纳米颗粒负载在Mn0.4Cd0.6S表面,Cd0.2Zn0.8S与Mn0.4Cd0.6S形成的Z型异质结,促进了光生电子-空穴对的分离,从而提高光催化析氢性能。实验表明,在模拟可见光照射下,35%Cd0.2Zn0.8S/Mn0.4Cd0.6S复合材料光催化析氢速率达到27.564 mmol·g-1·h-1,是Mn0.4Cd0.6S的2.38倍。 （3）使用溶剂热法合成分布均匀的Mn0.4Cd0.6S纳米颗粒,再使用水热法合成具有球状的ZnS/Co S1.097,并将Mn0.4Cd0.6S纳米颗粒负载在ZnS/Co S1.097表面。通过一系列的表征手段对Mn0.4Cd0.6S/ZnS/Co S1.097复合材料的物相及光催化性能进行研究。在模拟可见光的照射下,45%Mn0.4Cd0.6S/ZnS/Co S1.097复合材料的光催化析氢速率在2 h内达到了21.57 mmol·g-1·h-1,是Mn0.4Cd0.6S的1.63倍,几乎是ZnS/Co S1.097的829.6倍。并提出了以Co S1.097作为助催化剂,Mn0.4Cd0.6S与ZnS形成的Ⅱ型异质结。

关键词： BiVO4光催化   缺陷工程   异质结构   载流子分离与迁移   分解水反应  

摘要： 随着全球工业化进程的加速和化石能源的过度消耗,能源短缺与环境污染等问题已对人类社会可持续发展构成严峻挑战。如何发展以清洁能源为主导的绿色经济体系,特别是实现氢能等可再生能源的高效利用,已成为学术界的热点研究方向。在众多制氢技术中,基于光催化分解水的太阳能-氢能转化技术因其环境友好性和可持续性而备受关注。钒酸铋（BiVO4）作为一种n型半导体光催化剂,因其较窄的带隙（～2.4 eV）、优异的化学稳定性以及较强的氧化能力,在光催化分解水领域展现出巨大的应用潜力。然而,其实际应用仍面临两个关键挑战。其一,导带位置显著低于水还原电位,热力学上无法驱动水分解产氢反应;其二,受限于载流子迁移率低和体相复合严重的难题,BiVO4量子效率普遍低于5%。为了促进BiVO4光生载流子的分离与迁移并提高其氧化还原能力,本论文通过形貌调控、引入缺陷态和构建具有Z机制异质结构等方法,改善BiVO4的光生载流子分离效果,使其实现了光催化分解水活性的大幅提升。 （1）为了提高BiVO4的光氧化能力,本实验通过十六烷基三甲基氯化铵诱导法,在BiVO4内部产生钒缺陷,解决了BiVO4半导体材料光生载流子不易分离的难题。构建的具有二维形貌结构（2D）的BiVO4增加了光生电子迁移材料表面参与反应的几率。与此同时,BiVO4内的钒缺陷能够作为新的反应活性位点,捕获迁移过程中的光生载流子,大大降低了光生载流子在迁移过程中的复合几率。引入钒缺陷后,BiVO4内部光生电子与空穴的分离与迁移能力得到大幅改善BiVO4的氧化能力显著增强。相较于原始BiVO4,含有钒空位的BiVO4表现出了更优异的光催化分解水产氧活性。 （2）为了提高BiVO4的光还原能力,我们选取具有强还原能力的Bi基光催化材料（Bi5O7I）与BiVO4结合,通过溶剂热法制备了一种新型的Bi5O7I/BiVO4异质结构。借助匹配的能带结构与独特的形貌设计,我们成功地在异质结构内部搭建了Z型载流子迁移通道。3D花簇状Bi5O7I和2D BiVO4基元相间形成了紧密的界面接触,加速了光生载流子的传输效率。此外,构建的Z型载流子迁移机制使Bi5O7I导带上具有强还原能力的电子和BiVO4价带上具有强氧化能力的空穴有效参与了光催化分解水反应。相较于单体Bi5O7I和BiVO4,光催化分解水测试中,Bi5O7I/BiVO4异质结构展现出了明显提升的光催化分解水制氢与产氧活性。 （3）为了改善BiVO4的光生载流子迁移效率低下和光氧化还原能力不足,实现光催化分解水活性的进一步提升。本研究针对BiVO4的光生载流子迁移效率低而导致的光氧化还原能力弱的问题,构建了新颖的Z机制BiVO4/C3N5光催化复合体系。发展原位油浴法制备了BiVO4/C3N5光催化剂,利用C3N5表面丰富的官能团,在复合体系内部形成了良好的基元界面融合结构,有效缩短了光生载流子的界面迁距离。Z型载流子迁移机制使光生载流子的复合率降低,提升了强氧化还原能力电子与空穴的寿命,有利于增强异质结构的氧化还原能力。水分解性能测试显示,该异质结构在模拟太阳光条件下展现出了明显提升的制氢和产氧活性。

关键词： 动态力场成型   导热复合材料   形性调控   防除冰  

摘要： 在极端低温环境下,飞机机翼表面的快速结冰严重威胁飞行安全,而现有的防除冰材料体系面临“高导热需求与力学性能劣化”的突出矛盾。目前针对聚合物基复合材料导热增强的主流加工技术主要依赖高导热填料填充与稳态力场成型工艺优化,高导热填料改性方案虽能提高热导率,但使弯曲模量大幅下降,其根本问题在于传统稳态力场成型工艺难以突破填料团聚效应与取向无序化限制。超声辅助技术虽能通过空化效应实现微米级团聚体解离,但受限于单一场作用时间难以完成纳米填料的多尺度有序组装。这种“三维填料网络-基体/界面结构-制品宏观性能”协同调控失配最终导致材料垂直热导率低,严重制约其快速热响应能力。因此,开发兼具高导热、快速热响应、力学性能稳定的新一代防除冰复合材料是当前亟需解决的问题。 基于此,本研究提出动态力场成型技术,通过耦合低频循环力场与高频超声力场,强化聚合物基复合材料制备过程中的形性调控效果,主要的研究内容如下: (1)为实现复合材料的宏观/微观形态调控,确保低填料用量下复合材料性能的大幅提升,基于前期课题组提出的强制组装和“沙渠-石渠”转换方法,本文搭建了一种动态力场成型装置,通过低频循环力场(1 Hz,5-8MPa)和高频超声力场(20 k Hz,500 J)的协同作用,强化聚合物基导热复合材料制备过程中的形性调控效果,在低填料用量下高效构建导热通路并改善两相界面状态。 (2)基于动态力场成型方法开展高导热纤维增强复合材料制备及超声强化技术研究,突破功能填料在树脂基体中的高分散性和与纤维织物强浸润性关键技术,研究结果显示,制备的25层(厚度6 mm)石英纤维增强氰酸酯树脂复合材料在30 wt%氮化硼(BN)填充量时,垂直热导率达1.45 W/m·K(较稳压力场提升42.16%),同时保持411.69 MPa的抗弯强度,层间剪切强度达65.05 MPa(较稳压力场提升33.79%),保证了在低填料用量下高效构建导热通路并改善两相界面状态,实现低填料用量下复合材料导热性能的大幅提升,从而兼顾制品的高导热和优良力学性能。 (3)开展基于动态力场成型的防除冰复合材料制备与性能验证,设计了一种“发热功能层-柔性电路层-纤维增强层”三层一体化结构。采用真空抽滤结合强制组装技术完成碳纳米管图案化电加热元件的制备,并利用动态力场成型方法制备了添加了氮化硼导热填料的纤维增强氰酸酯树脂复合材料,以确保整体制品的均热性。实验结果显示,CNTs-CNFs(10:1)薄膜展现出卓越性能,在25 V电压下可快速升温至450.35°C,较CNTs-CNFs(1:1)薄膜生热性能提升89.3%。图案化阵列测试中,在-20°C的环境温度中,1/CNTs-CNFs(10:1)元件在0.2 W/cm2功率密度下,60 s内样件中心温度达63°C。实现电加热效率的有效提升,从而实现对飞机机翼快速且均匀的防除冰效果。

摘要： 1.会议主办单位中国机械工程学会铸造分会特种铸造及有色合金杂志社(武汉)有限公司中国矿业大学2.会议承办单位特种铸造及有色合金杂志社(武汉)有限公司3.会议日程8月8日:报到、研究生论坛、大会预备会及编委交流会;8月9日:大会学术报告;8月10日:大会学术报告(上午)、专题论坛报告(下午);8月11日:参观交流4.征文内容(1)铸造有色合金(包括铝、镁、钛等轻有色合金,铜、锌等重有色合金,中间合金,高温合金及高熵合金,非晶合金)、复合材料(包括铝、镁、钛、铜、锌、钢等基体)的研究与应用;

关键词： 大比表面积α-Al2O3   二维纳米粉体   冷冻干燥法辅助水热法   高温稳定   TiO2/α-Al2O3催化剂  

摘要： 氧化铝因其固有的物理化学性能优势,在现代工业中广泛应用于功能材料、陶瓷、催化剂和颜料等领域。氧化铝的结构有α、β、θ、γ、η、δ、κ和χ等晶型,其中α-Al2O3相无酸性、性能稳定,是一种有极大应用前景的材料。传统α-Al2O3粉体比表面积小（已报道的文献中,1200℃煅烧后,α-Al2O3的比表面积一般小于10m2/g）,在提高催化剂活性、吸附性能等方面存在局限性问题。本文以冷冻干燥法辅助水热法制备的薄水铝石（γ-Al OOH）纳米粉体为前驱体、AlF3为烧结助剂来研究高温下大比表面积α-Al2O3的合成,并系统的研究了合成条件对产物的物相组成、微观形貌、比表面积、分散机理和烧结机理的影响规律。 首先,以六水氯化铝（AlCl3·6H2O）为原料,氢氧化钠（NaOH）为沉淀剂、十六烷基三甲基溴化铵（CTAB）为表面活性剂,采用不同干燥方式（烘箱干燥、冷冻干燥）辅助水热法成功制备了二维大比表面积γ-Al OOH纳米粉体。结果表明,干燥方式的改变对产物物相的影响并不显著,其只有单一的γ-Al OOH相生成。通过冷冻干燥制备的γ-Al OOH纳米粉体分散稳定性更好、比表面积更大,比表面积和Zeta电位分别达到了198.06 m2/g和45.8 m V,通过烘箱干燥制备的γ-Al OOH纳米粉体比表面积和Zeta电位值仅为152.60 m2/g和25.6m V。 在上一步基础上,以上述制备的γ-Al OOH纳米粉体作为前驱体,以AlF3为烧结助剂、在1000-1200℃温度下煅烧3 h,成功在高温条件下制备出了大比表面积α-Al2O3。结果表明,在1200℃下,添加AlF3有利于α-Al2O3的生成和缩短煅烧时间;在1200℃下煅烧3 h,添加10%的AlF3为烧结助剂,以冷冻干燥制备的α-Al2O3的粒径更小、比表面积更大,该现象的产生可归因于冷冻干燥能够增加煅烧过程中物质的传输距离;以冷冻干燥制备γ-Al OOH纳米粉体为前驱体、添加10%的AlF3,产物的比表面积整体上随着煅烧温度升高而降低。煅烧温度为1050℃、1100℃、1150℃时,比表面积分别为58.47 m2/g、45.24 m2/g、50.48m2/g。煅烧温度为1200℃时,α-Al2O3的比表面积有所下降,但仍然达到了27.72 m2/g。 最后,以上述α-Al2O3为载体,采用溶胶-凝胶法辅助水热法成功制备出了TiO2/α-Al2O3催化剂。结果表明,以300 W汞灯为光源的条件下,600℃煅烧的TiO2/α-Al2O3催化剂在30 min内,对罗丹明B（Rh B,10 mg/L）的光催化降解效率可达到98.23%;600℃煅烧纯TiO2催化剂在30 min内,对罗丹明B（Rh B,10 mg/L）的光催化降解效率仅有89.14%。

关键词： 30CrNi2MoV钢   ZTA陶瓷颗粒   复合材料   力学性能  

摘要： 炮钢是火炮身管等重要构件常用的材料,但在复杂严酷的服役环境下,膛内压力、弹丸与身管摩擦等因素会引发机械变形和断裂现象,影响其使用寿命。针对这一难题,本文创新性地在30Cr Ni2Mo V钢中引入陶瓷增强相构建多尺度复合体系。实验采用机械搅拌铸造法与反重力熔渗法复合成型工艺,以氧化铝（Al2O3）陶瓷颗粒、氧化锆增韧氧化铝（ZTA）陶瓷颗粒、活性Ni粉作为增强成分,制备了增强相质量分数梯度为5%、8%、10%的单一/复合陶瓷增强炮钢复合材料。通过构建“制备工艺-显微结构-力学性能”全流程研究框架,系统研究了热处理态试样在准静态载荷下的力学响应规律。研究过程中整合了拉伸性能测试、洛氏硬度测试等宏观性能检测手段,并结合金相分析、电子显微（SEM）、元素表征（EDS）等先进分析技术,通过多元检测手段分析揭示了陶瓷颗粒含量与材料强塑性之间的变化关系。主要结论归纳如下: （1）采用搅拌铸造与反重力熔渗法将单一陶瓷相Al2O3和复合陶瓷相ZTA陶瓷颗粒和30CrNi2MoV钢成功结合在一起。通过对复合材料界面的观察发现,Ni元素促进基体和陶瓷颗粒之间发生冶金结合从而提高了润湿性。 （2）通过微观组织观察,可以发现当陶瓷含量为5%时,陶瓷颗粒在晶界处开始显现出来;当陶瓷含量为8%时,陶瓷含量已接近饱和,且有较多的陶瓷颗粒存在于晶界处;当陶瓷含量为10%时,陶瓷含量处于过饱和状态,晶界处出现大量陶瓷颗粒的富集,影响复合材料的力学性能。 （3）力学性能测试结果表明,陶瓷增强相类型与含量对材料性能具有显著调控作用,对于Al2O3/Fe体系,8%质量分数下洛氏硬度达到56 HRC,较基体提升103.6%,其拉伸强度与延伸率分别达1450 MPa（提高46.5%）和14.5%,呈现强度-塑性同步提升特征。ZTA/Fe体系在同等含量下则表现出更优异的强韧化效果:硬度值提升至61.3 HRC,较基体提升123.0%,拉伸强度达1653 MPa（提高67.0%）,延伸率保持15.0%。相较于Al2O3/Fe体系,复相体系硬度与强度分别提升19.4%和20.5%,证实Zr O2的相变增韧效应与Al2O3的刚性支撑产生协同强化机制。 （4）断口分析进一步揭示材料失效行为与陶瓷含量的关联规律:当增强相含量为5%、8%时,断口均呈现典型韧窝结构,为塑性断裂机制;当含量提升至10%时,韧窝密度下降,出现大量撕裂棱与典型的河流状解理纹样,表现为脆性断裂。

摘要： 在我国“双碳”战略持续推进与汽车轻量化趋势的驱动下，竹纤维复合材料凭借轻质量、高强度及低碳属性成为汽车轻量化的优选方案。合理运用竹纤维复合材料有助于汽车部件减重，减少碳排放。尽管当前竹纤维复合材料面临提取技术成本高、标准化不足等挑战，但通过全产业链协同创新，其应用场景逐渐从内饰件向非承重结构件拓展。未来，政策扶持与跨领域技术融合将加速竹纤维复合材料在汽车领域的规模化应用，为汽车工业的可持续发展提供新范式。基于此，本文分析了竹纤维复合材料的性能优势和技术瓶颈，提出了产业化路径，旨在为相关企业推广竹纤维复合材料提供理论参考。

关键词： 纳米羟基磷灰石/胶原复合材料   骨髓间充质干细胞   软骨细胞   共培养   软骨分化  

摘要： 目的探讨仿生纳米羟基磷灰石/胶原复合材料(nHAC)负载骨髓间充质干细胞(BMSCs)和软骨细胞(ACs)共培养修复关节软骨全层缺损的可行性, 评价修复效果, 为扩大其应用范围提供实验依据。方法 2022年1月至2023年12月, 取浓度为4×105/ml的第二代新西兰兔BMSCs和ACs, 按3∶1比例混匀接种在仿生nHAC共培养9周, 扫描电镜(SEM)和细胞化学及细胞免疫化学染色检测共培养细胞在仿生nHAC上的黏附、形态学变化和二型胶原(COL2)表达。数字表法随机选取30只新西兰兔制备关节软骨全层缺损模型, 将仿生nHAC负载BMSCs和ACs共培养植入关节软骨全层缺损为实验组、仿生nHAC为对照组和不处理为空白对照组, 每组10只动物。移植术后18周经ICRS大体评分和组织学分级评分及免疫组织化学染色对修复组织进行评价。数据以均数±标准差表示, 多组比较采用单因素方差分析。结果随着仿生nHAC负载BMSCs和ACs共培养, 共培养细胞由长梭形逐渐变为多角形和圆形或类圆形, 形态类似软骨细胞。第9周SEM检测大量共培养细胞黏附在nHAC, 番红O染色浓染呈红色, COL2表达阳性。术后18周实验组修复组织呈乳白色, 表面平整有弹性, 与周围软骨整合紧密;而对照组由薄层灰暗组织覆盖, 表面不平明显低于周围软骨, 平均ICRS评分明显低于实验组[(3.20±1.23)分比(11.10±1.10)分, t=15.14, P<0.01];空白对照组未见修复组织, 周围呈虫蚀样改变, 平均ICRS评分明显低于对照组[(0.80±0.79)分比(3.20±1.23)分, t=5.20, P<0.01]。实验组修复组织平均评分明显低于材料对照组[(10.20±1.48)分比(1.80±1.32)分, t=-13.43, P<0.01];空白对照组平均评分明显高于对照组[(13.90±0.32)分比(10.20±1.48)分, t=-7.75, P<0.01]。差异均有统计学意义。结论仿生nHAC负载BMSCs和ACs体外共培养具有软骨分化活性, 体内植入能有效修复关节软骨全层缺损, 完全满足软骨组织工程对支架材料的要求。