关键词： 金属有机框架材料   铟基半导体   异质结   光催化二氧化碳还原   过氧化氢合成   双金属  

摘要： 随着全球能源危机与环境污染问题的加剧,光催化技术作为一种绿色可持续的能源转化与污染物治理手段备受关注。金属有机框架材料（MOFs）与铟基半导体因其独特的结构特性与光电性能,在光催化领域展现出广阔应用前景。然而,单一材料的光生载流子复合率高、光吸收范围有限等缺陷制约了其实际应用。本论文聚焦于MOFs/铟基半导体异质复合材料的理性设计与性能优化,通过构建两类新型异质结构（UiO66-NH2@In2O3与MIL-68-OH@InOOH）,系统探究其光催化性能增强机制,并拓展其在二氧化碳还原与过氧化氢合成中的应用。 首先,以氨基功能化的UiO66为基底,合成了一种UiO66-NH2@In2O3异质结构,其中UiO66-NH2金属有机框架（MOFs）与氧化铟（In2O3）纳米颗粒相结合,形成了稳定的异质结构。结果表明,在250°C煅烧4小时后,成功获得了In2O3均匀负载的异质结构。UiO66-NH2与In2O3之间显著的电子相互作用,显著增强了光生载流子的分离和迁移能力,从而实现了优异的CO2光催化还原性能。在光照条件下,UiO66-NH2@In2O3在第一小时内的CO产率达到83.68μmol·g-1,7小时累计产量达485.08μmol·g-1,显著优于纯UiO66-NH2和In2O3。这种卓越的催化活性归因于UiO66-NH2的大比表面积,促进了CO2吸附,以及其与In2O3形成的异质结结构,有效提升了光生载流子的动力学性能。本研究揭示了UiO66-NH2与In2O3的协同作用,为高性能光催化剂的设计提供了重要的研究思路。 其次,针对光催化合成H2O2效率低的问题,原位一步法设计合成了MIL-68（In）-OH@InOOH异质复合材料。通过系统调控铟盐与配体的摩尔比,发现当摩尔比为1:1时,形成纯相MIL‐68（In）-OH,而当比值≥2:1时,InOOH逐渐在MIL‐68（In）-OH骨架上生长,最终形成MIL‐68（In）-OH@InOOH复合材料。实验表明,该复合材料在无牺牲剂条件下,H2O2生成速率可达1441μmol·g-1·h-1。结合自由基捕获实验与能带结构分析,揭示了MIL-68（In）-OH的羟基官能团与InOOH的氧空位协同促进O2和H2O双途径生产过氧化氢,为高效光催化H2O2合成提供了新的策略。 在MIL-68-OH@InOOH的基础上,制备了双金属MIL-68-OH应用于光催化合成过氧化氢（H2O2）中的应用。实验结果表明,在一系列双金属MIL-68-OH@InOOH中双金属MIL-68-OH（In9Zn1）@InOOH对H2O2光催化性能最高达到1547μmol·g-1·h-1,优于其他双金属MIL-68-OH（In Co）@InOOH和MIL-68-OH（In Fe）@InOOH和其他比例的MIL-68-OH（InZn）@InOOH。XRD、SEM和XPS表征证实了双金属MOF的成功合成。Zn的掺杂引起晶胞尺寸收缩和In电子密度降低,同时材料表面化学状态的改变进一步支持了双金属协同机制。这项工作为开发高性能基于MOF的光催化合成过氧化氢铺平了一条新途径。 本论文通过界面工程与结构调控,为MOFs/半导体异质结的设计提供了理论依据与实践范例,同时为光催化技术在碳中和与绿色化学合成领域的应用奠定了基础。

关键词： 振动辅助加工   磁性磨料抛光   高硅铝合金   表面形貌  

摘要： 高硅铝合金(Al-50wt%Si)作为典型的金属基复合材料,具有低密度、低热膨胀系数和良好的热稳定性,广泛应用于电子封装领域,但随着硅含量的增加,合金的脆性加大,且在制备过程中易出现硅晶粒粗大和表面孔洞等缺陷,影响其加工性能。传统抛光方法无法满足高硅铝合金高表面质量要求,且硅颗粒增强相易断裂或脱落,恶化表面质量。因此,研究一种振动辅助磁性磨料抛光(VMAP)方法,并开发实验装置、进行抛光实验、分析去除机理,实现高硅铝合金材料高效平坦化。具体工作内容如下: (1)振动辅助装置与永磁抛光工具开发。明确振动辅助磁性磨料抛光机理,确定设计目标,设计振动辅助装置,基于柔度矩阵法建立其输入输出刚度模型,基于海尔贝克阵列设计永磁抛光工具,通过有限元仿真与性能测试验证,确定装置性能满足设计目标,提供实验基础。 (2)高硅铝合金(Al-50wt%Si)压痕划痕实验。观察细观结构,建立反映其细观结构与宏观力学性质关系的有限元模型,通过纳米压痕实验,获取材料属性,通过变切深划痕实验和振动划痕实验,揭示去除过程中材料脆塑性转变机制,分析材料去除机理。 (3)磁性磨料的流变特性和材料去除率模型。基于粘性基液法配制非固结式磁性磨料,通过稳态流变和振荡流变实验,分析其在抛光过程中的流变特性。基于磁偶极子理论,建立磨料抛光力模型,并结合Preston方程建立材料去除率模型,为抛光实验提供理论依据。 (4)振动辅助磁性磨料抛光(VMAP)实验。搭建实验平台进行抛光实验,探究加工间隙、基载液粘度、振幅及频率等工艺参数对抛光力、材料去除率、表面形貌和残余应力的影响,通过实验结果结合有限元仿真,揭示材料去除和表面形貌演化及划痕形成的演化规律。

关键词： 曲率   环氧树脂涂层   损伤特征   低能量   有限元分析  

摘要： 基于低能量冲击研究曲面复合材料层合板结构表面损伤特征，分析低能量冲击下曲面环氧树脂涂层/复合材料层合板的开裂特征、开裂面积及裂纹数量。实验与仿真模拟相互印证，得出该模型具有预测性和准确性，进一步根据仿真模拟出吸能特征和时间位移曲线，得到低能量冲击下无环氧树脂涂层平面与曲面复合材料层合板、有环氧树脂涂层平面与曲面复合材料层合板损伤程度的关系。研究结果表明：曲率的变化会影响复合材料损伤特征，同时，复合材料层合板损伤也受到是否携带环氧涂层的影响，其损伤裂纹的长度、中心冲击区域损伤半径、吸能特征、位移等特征，都反映出有无环氧涂层与曲率变化均会影响复合材料层合板结构的损伤程度，并且环氧涂层起到保护复合材料的作用。

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： 复合材料   层间增韧   超低温处理   力学性能   共聚尼龙纤维网纱  

摘要： 本文通过自主搭建超低温/室温循环研究平台，探究了超低温浸泡时间和超低温/室温循环次数对碳纤维/环氧树脂（CF/EP）复合材料各项力学性能的影响。之后将不同面密度共聚尼龙纤维网纱（PAV）插入到复合材料层间，研究在液氮中超低温浸泡16 h后复合材料层间韧性的变化。结果表明，未增韧情况下超低温浸泡16 h后CF/EP复合材料的Ⅰ型层间断裂韧性(GⅠC)、Ⅱ型层间断裂韧性(GⅡC)、拉伸强度和弯曲强度分别下降了46.2%、22.9%、17.7%和3.2%。而当插入面密度为8 g/m2的PAV时，与未增韧样相比CF/EP复合材料的GⅠC在室温下和超低温浸泡16 h后分别提升了49.1%和114.0%；当插入面密度为24 g/m2的PAV时，增韧样的GⅡC相比于未增韧样在室温下和超低温浸泡16 h后分别提升了140.2%和178.0%。此外PAV的插入并未对CF/EP复合材料的弯曲性能和层间剪切强度造成明显影响。研究表明，PAV的增韧机制主要是尼龙树脂的拔出、基体塑性形变以及引发裂纹的偏转。本研究改善了超低温处理后的CF/EP复合材料层间韧性，对推动超低温贮箱复合材料化进程具有积极意义。

关键词： 纳米二氧化钛   改性   复合材料   电子交互   反射膜  

摘要： 随着科学技术的发展以及人们生活水平的不断提高,光学薄膜在日常生活水平中具有越来越重要的作用。有机无机复合材料因兼具无机材料优良的光学性能、机械强度、热稳定性和有机材料的耐磨性、易于加工、价格低廉、可调性等优势,在光学材料方面具有越来越广泛的应用。在众多无机材料中二氧化钛具有较高的反射率和折射率,有机材料中水性聚氨酯（WPU）具有绿色环保、高耐磨性、高柔韧性和优异的力学性能等成为制备光学薄膜的主要材料。然而无机纳米粒子容易团聚,因此提高纳米粒子的分散性以及纳米粒子分散液与有机基体的相容性成为制备复合材料的关键问题。本文以钛酸四丁酯和四氯化钛两种钛源通过柠檬酸原位辅助溶剂热和水热法分别制备了锐钛矿相和金红石相二氧化钛,并探究了提高纳米粒子在水性聚氨酯中分散稳定性的方法,得到了二氧化钛/聚氨酯基复合涂层材料并成功制备了增强电子显示屏幕与激光笔光点交互效果的显示薄膜以及高反射胶膜。 本文的具体工作内容如下: 1、在传统的溶剂热方法制备的基础上原位添加柠檬酸改性剂合成了纯锐钛矿相纳米二氧化钛,探究了反应时间对锐钛矿相二氧化钛的影响,最终本实验方法可以缩短40%的反应时间,且制备得到的TiO2 NPs具有更小的尺寸以及更窄的粒径分布。通过低温水热法合成了纯金红石相棒状二氧化钛,探究了甲苯的存在、反应时间、反应温度、水醇比对氧化钛的影响,发现甲苯的存在是金红石相产生的关键;温度和时间会影响粒子形状的转化,220℃、15 h是纳米棒向纳米颗粒转化的最佳条件。 2、通过聚乙二醇、碱性过氧化氢、油酸、柠檬酸四种改性剂对制备的锐钛矿相二氧化钛进行改性,提高二氧化钛在相关溶剂中的分散性,并进行了有机相/水相氧化钛分散液与水性聚氨酯的相容性测试。对比可知柠檬酸原位改性处理得到的TiO2 NPs平均粒径较小（约为5.8 nm）,较其他方法缩小了约一倍;粒子分散稳定性以及分散液与水性聚氨酯相容性较好。探究了十二烷基硫酸钠（SDS）、六偏磷酸钠（SHMP）、粉状速溶硅酸钠（Na Si O3）和聚乙二醇（PEG 1000）四种分散剂以及分散剂加入量和pH值对金红石相二氧化钛分散性的影响,得到10 wt%的SDS在pH为10时对氧化钛的分散效果较好。 3、通过共混法制备了一系列不同TiO2 NPs含量的二氧化钛/水性聚氨酯基纳米复合材料,并对其结构和反射等性能进行测试:得到1 wt%TiO2 NPs添加量的复合材料综合性能较好,对比无膜和未加入TiO2 NPs的PC基膜而言,1 wt%TiO2 NPs添加量的复合材料薄膜能在不影响透明度的前提下明显增强电子显示屏幕和激光笔光点交互效果;将金红石相纳米二氧化钛/水性聚氨酯基纳米复合材料制作成胶膜测试反射性能:氧化钛的加入能将纯水性聚氨酯胶膜的反射率由70%提升至90%以上,氧化钛添加量超过15 wt%时胶膜反射率可达98%左右。

关键词： ZnO   单层Ti3C2Tx   Ga2O3   CeO2   复合材料   紫外光激发   三乙胺   丙酮  

摘要： 在当前的气敏传感领域中,ZnO作为气敏材料以其出色的稳定性和低廉的制备成本成为了研究的焦点。然而,这类材料普遍面临着操作温度偏高、检测灵敏度有限以及电荷传输性能欠佳等问题,限制其进一步的应用和发展。为了克服这些问题,研究中引入单层Ti3C2Tx材料与ZnO进行复合,通过调控禁带宽度和构筑异质结使复合材料传感器的响应灵敏度得到了大幅增强。此外,引入紫外光激发这一手段,进一步优化了材料的气敏性能。主要研究内容如下: （1）通过原位水热及焙烧合成系列复合材料 以Zn2Ga-LDH为前驱体,通过原位水热和焙烧法,成功制备二维ZnO/Ga2O3/Ti3C2Tx复合材料。气敏测试表明,添加Ti3C2Tx和调控焙烧温度,能显著优化气敏性能。其中,Ti3C2Tx添加量为4%,焙烧温度为500℃的复合材料（ZGM-4%-500）传感器的气敏性能最佳,在215℃下对100 ppm三乙胺响应值最高达到50,约为纯金属氧化物复合材料传感器的8倍,约为单纯焙烧共混方法得到的复合材料传感器的4倍,约为未焙烧的复合材料传感器的20倍。此外,ZGM-4%-500复合材料表现出快速的响应恢复特性以及优异的稳定性和选择性。揭示了ZGM-4%-500复合材料在三乙胺气体检测领域具有显著的应用潜力。 （2）通过焙烧及静电自组装合成系列复合材料 采用水热法合成ZnO/CeO2纳米复合材料,经焙烧再利用静电自组装使其与Ti3C2Tx复合,制备出ZnO/CeO2/Ti3C2Tx系列复合材料。在系列复合材料中Ti3C2Tx添加量为4%,焙烧温度为600℃的复合材料（ZCM-4%-600）传感器的气敏性能最佳。在自然光照下,最佳工作温度为245℃此时对100 ppm的丙酮响应值达17.85。紫外光激发后,ZCM-4%-600传感器的最佳工作温度降至230℃,响应灵敏度增至53,约为自然光下的3倍,且对丙酮气体响应恢复快,气体选择性和循环稳定性优异。紫外光的引入使复合材料传感器的工作温度显著降低,同时灵敏度大大提升,为降低金属氧化物传感器工作温度提供了新思路和方案。