关键词： 铝基金属-有机框架   原位生长   CO2吸附材料   水稳定性  

摘要： 随着全球气候变化问题的日益突出,二氧化碳（CO2）已成为引发温室效应的关键气体之一,减少大气中CO2的含量是应对气候变化的重要手段之一。铝基金属-有机框架材料凭借其较大的CO2吸附容量、较高的选择性以及低成本、稳定性强等优势,在CO2吸附领域展现出良好的应用前景。然而该类材料通常呈粉末状,难以直接应用于工业生产过程,所以如何在不降低其吸附容量的前提下实现粉末的成型,已成为当前CO2吸附分离领域的一个重要研究方向。基于原位自组装技术,以聚丙烯酸酯球形颗粒为载体,采用前驱体浸渍的方法实现金属-有机框架在多孔材料内结晶,制备铝基MOFs与聚丙烯酸酯的复合材料,并对其形貌结构、吸附性能及稳定性进行表征。本研究的主要内容涵盖以下几点: （1）借助乳液悬浮聚合法,完成了聚丙烯酸酯(Poly（acrylates）)载体的制备,并对其表面进行胺基改性,以提高表面能,降低晶体在多孔材料内部的成核能垒,从而促进晶体生长。随后真空浸渍金属盐和配体溶液,采用水热法制备了MIL-120（Al）@Poly（acrylates）复合材料。扫描电子显微镜（SEM）表明内部晶体颗粒均匀分布,为CO2气体扩散提供有利通道。吸附测试结果表明复合材料的比表面积为366.90 m2/g,是原始MIL-120（Al）粉末的1.19倍。在40℃、1 bar的条件下,CO2吸附量达到2.45 mmol/g,较原始MIL-120（Al）粉末（2.19mmol/g）提高了11.87%。对复合材料分别进行干燥条件和75%湿度穿透测试,穿透曲线无明显变化,表明水的存在不会影响复合材料对CO2的吸附。此外将复合材料分别在水中（室温）浸泡1天、3天和7天后,其吸附量仅分别降低了4.08%、9.42%和13.62%,表明该复合材料具有较高的水稳定性,适用于工业应用。 （2）为了进一步提升以聚丙烯酸酯为基体的复合材料的CO2吸附性能,本研究选用含有更多CO2吸附位点的配体（3,5-吡唑二羧酸）,制备了MOF-303（Al）@Poly（acrylates）复合材料。在40℃、1 bar的条件下,复合材料的CO2吸附量达到3.24 mmol/g,较原始MOF-303（Al）粉末提高8.36%,较上述MIL-120（Al）@Poly（acrylates）复合材料提高了32.24%。H2O吸附量为15.27 mmol/g,较原始MOF-303（Al）粉末降低了14.31%。此外,通过水浸泡实验以及CO2吸/脱附循环测试,进一步证明该复合材料具备优异的水稳定性和循环稳定性。因此,本研究为CO2吸附分离提供了一种新的研究方向。

关键词： NiWO4复合材料   神经网络   吸附剂   电化学   荧光粉  

摘要： 能源与环境一直以来就是关系人类发展的重要话题。随着工业化的发展能源短缺和供应是阻碍人类生活和发展的绊脚石。电能是即时即用的能源,无法储存或者价格低储存成本是非常重要的有意义的研究。目前有抽水蓄能电站,有储能产品,最常见的就是电池。选择合适的材料制备使用寿命长,储存能量更高的电池成为关键。空气、土壤和水资源等的污染,时时刻刻影响着人类的健康。特别是水资源的恶化,对人体造成直接的损害,喝了污染的水会对人体造成极大的危害,包括各种器质性损坏和癌症。常见的污水物理方法有光催化、膜过滤和吸附等。其中最常用最环保的方式是过滤。选择高效合适的吸附剂成为关键。综上,急需寻找合适的材料来解决存在的问题。钨酸镍（NiWO4）是一种无机化合物,具有多种用途,主要包括:钨酸镍可以作为吸附剂用于去除染料中的次甲基蓝等污染物。钨酸镍纳米阵列可用于制造高效纳米结构超级电容器（SCs）。但是它的单体材料性能并不突出。本论文采用聚丙烯酰胺凝胶法合成了NiWO4白钨矿结构材料,系统研究不同材料复合对NiWO4的晶体结构、吸附性质、电化学、光致发光特性的影响规律。基于实验结果和理论分析,深入洞察了NiWO4基复合材料的不同性能,具体研究内容如下: 1.采用聚丙烯酰胺凝胶法合成了NiWO4单体材料再结合水热法成功合成了NiWO4/NH2-UIO-66（记作NNU基）吸附剂、并探究了不同复合比例、不同染料浓度、不同pH值和不同温度下吸附剂的吸附性能。得到了在复合比例为60%（NNU-5）,刚果红浓度200 mg/L、pH=6的条件下吸附性能达到了82.5%。为了节约实验成本和时间成本,神经网络已经被应用到了复合材料研发上面,通过Matlab软件采用BP神经网络,结合遗传优化算法、鲸鱼优化算法和麻雀搜索优化算法对复合材料的性能进行了训练和预测。结果表明麻雀搜索算法得出的数据能够很好的匹配NNU基吸附剂的实验结果,表明其能够很好的应用神经网络模型得出吸附剂的最佳性能。 2.采用水热法制备了NiWO4,将其与氧化石墨烯进行研磨。研究其电化学性质并进一步作为锌离子水系电池正极材料。研究了正极材料的相结构、微观形貌和能级结构。研磨改变了颗粒的大小,更小的材料能够使得电子转移更加快速和充分。为了直观的体现其电化学性能,将其涂覆在碳布上。以锌片为正极,玻璃纤维作为隔膜,硫酸锌作为电解液制备出CR2025纽扣电池。电化学工作站上研究其循环伏安法（CV）和电化学阻抗谱（EIS）。在蓝电测试平台（LANHE）测试电池的充放电性能,表明其具有高的充放电比容量在0.1 Ag-1的电流密度下具有490.3 m Ahg-1的容量,在2000次循环容量保持达到75.2%,表明其复合材料具有良好的电化学性能,适合做水系锌离子电池正极材料。 3.通过聚丙烯酰胺凝胶法结合低温烧结技术成功合成了具有优异光致发光性能的NiWO4、NiWO4/NH2-UIO-66（记作NNU）和NiWO4/NH2-UIO-66/Zn-MOF（记作NNUM）荧光粉。NiWO4、NNU基和NNUM基荧光粉的光致发光性能强烈地依赖于NiWO4和NH2-UIO-66、Zn-MOF之间特殊的界面耦合。在325 nm波长的光激发下,NNU-50%荧光粉在487 nm处有明显的荧光发射峰。在256 nm波长的光激发下,NNUM-75%荧光粉在467 nm处荧光发射峰最强。基于能带理论和实验结果,提出了NiWO4、NNU和NNUM荧光粉荧光粉的光致发光机理。防伪应用表明,NiWO4、NNU和NNUM荧光粉荧光粉在黄色和淡黄色发光领域具有潜在的应用前景。

关键词： 煤气化渣   环氧树脂   机械性能  

摘要： 聚焦于新疆煤气化渣(CGS)的资源化利用，以环氧树脂为基体，通过模压法制备煤气化渣/环氧树脂复合材料。通过X射线衍射仪(XRD)分析CGS的矿物组成。借助傅里叶变换红外光谱仪(FT-IR)、万能力学试验机、邵氏硬度仪、扫描电子显微镜(SEM)、吸水率测试和动态热机械分析仪(DMA)等多种分析手段，讨论CGS含量对复合材料内部结构、力学性能、微观形貌、吸水率及热稳定性的影响。结果表明：CGS主要由石英、钙长石等组成；复合材料部分红外吸收峰位置发生位移。75%CGS时，复合材料的弯曲强度(61.8MPa)和硬度(94.5HD)达到最佳；75%CGS时复合材料的断裂面质密且平整，无明显孔洞存在。复合材料的吸水率随着CGS含量的增加，呈现出上升趋势。复合材料比纯环氧树脂材料的储能模量提高，玻璃化转变温度降低，并且随着CGS含量的增加，复合材料储能模量和玻璃化转变温度逐渐下降。

关键词： 硫化锑   ZIF-67   二硫化钼   聚吡咯   电磁波吸收   阻抗匹配  

摘要： 随着5G时代的到来,科技为生产生活带来便利的同时电磁波污染也日趋严重。电磁波吸收材料是一类通过各种损耗机制将电磁能转化成热能的形式耗散掉的材料。然而,传统的电磁波吸收材料,匹配厚度大,吸收带宽窄,吸收强度低,密度大等问题,并不能良好的运用于日常生活以及军事领域中,因此急需开发一种具有“薄”、“轻”、“宽”、“强”特征的电磁波吸收材料。Sb2S3材料由于其高理论比容量和单稳定相而被广泛关注。然而非磁性使得Sb2S3在电磁波吸收领域鲜有报道,且其较低的电导率和介电常数,使其很难对电磁波进行有效的吸收。本研究通过介电调控、组分调控和结构设计分别对Sb2S3材料进行改进,以达到更好的电磁波吸收性能。最后通过电磁场仿真软件（CST Studio Suite 2020）对Sb2S3基复合材料进行雷达散射截面（RCS）模拟仿真。主要研究内容和结果如下: （1）以SbCl3和硫脲分别为Sb源和S源,通过水热法制备了Sb2S3材料,所制备的Sb2S3呈现为大小不一的棒状结构,通过对其进行电磁参数的测试,发现其电磁响应能力弱,其最小反射损耗值(RLmin)小于-10 dB的部分几乎没有,因此不足以对电磁波实现有效吸收,同时由于其介电常数较低,导致了Sb2S3的填充率也相对较高,无法满足电磁波吸收的实际应用。 （2）通过共沉淀法制备了具备立方结构的ZIF-67,随后高温煅烧得到Co/氮掺杂碳（Co/NC）,所得到的Co/NC出现部分坍塌,但仍维持一定的立方结构,随后加入SbCl3和硫代乙酰胺,一起水热得到Sb2S3/Co9S8/NC复合材料。通过控制Co/NC与SbCl3的质量比（1:3,2:3和3:3）,来实现对复合材料电磁参数的调控。Sb2S3/Co9S8/NC复合材料的吸波性能随着Co/NC的添加量的增加呈现为先增加后减弱的变化趋势,当Co/NC与SbCl3的质量比达到2:3时（C80）,复合材料在匹配厚度为3.00 mm时,RLmin值达到了-44.96 dB,当匹配厚度达到2.00 mm时有效吸收带宽（EAB）到了2.88 GHz（10.00-12.88 GHz）。得益于复合材料的立方结构,Sb2S3得到了良好的分散,同时增强了电磁波在材料内部的多次散射与反射,延长了传输路径;此外,由于磁性组分的引入,丰富了复合材料的损耗机制,使其吸波性能主要集中有中低频段（2.00-8.00 GHz）。最后利用CST软件对Sb2S3/Co9S8/NC复合材料进行电磁仿真模拟研究,将三组材料与空PEC板进行对比,所有样品均出现不同程度的RCS衰减,其中C80表现出最大的RCS衰减值,达到了18.59 dB m2。 （3）以SbCl3作为Sb源,L-半胱氨酸和Na2S·9H2O作为S源,通过水热制备了棒状Sb2S3,然后进行二次水热,在棒状Sb2S3上生长MoS2纳米片。通过改变Sb2S3和MoS2的摩尔比（3:2,1:1和2:3）来实现对Sb2S3@MoS2复合材料电磁参数的调控,复合材料的吸波性能呈现为先增强后减弱的趋势,当Sb2S3和MoS2的摩尔比为1:1时（S2）,所得到的Sb2S3@MoS2复合材料的吸波性能最好,其RLmin值为-48.09 dB（2.60 mm）,在厚度为2.00 mm时,EAB值达到了4.00 GHz（11.52-15.52 GHz）。棒状Sb2S3的高形状各向异性有利于电荷积累,从而扩大电磁波的损耗;片状MoS2的引入,延长了电磁波在材料内部的传输路径,改善了Sb2S3的电磁参数,增强了电导率,优化了阻抗匹配,从而增强了复合材料的有效吸收带宽。同样,利用CST软件对Sb2S3@MoS2复合材料进行电磁仿真模拟研究,将三组材料与空PEC板进行对比,所有样品均出现不同程度的RCS衰减,其中S2样品表现出最好的吸波性能,其最大RCS衰减值达到了35.65 dB m2。 （4）采用上述制备Sb2S3@MoS2复合材料中的制备方法制备了棒状Sb2S3,并改用高导电聚合物聚吡咯（Polypyrrole,PPy）对Sb2S3进行包裹,通过在冰水中进行原位聚合,得到了核壳结构的Sb2S3@PPy的复合材料,通过调节PPy的含量（23.1、37.5和47.4 wt.%）对电磁波吸收性能的影响,并分析其吸波机理。Sb2S3@PPy复合材料的吸波性能呈现为先增加后减小的趋势,当PPy的质量占Sb2S3@PPy复合材料的37.5 wt.%时（P2）,在匹配厚度为2.00 mm时,EAB值5.92GHz（12.08-18.00 GHz）,几乎覆盖了整个Ku波段。PPy的添加极大的提升了Sb2S3的电导性,降低了Sb2S3@PPy复合材料的填充率,促进了电磁波的耗散。最后,通过RCS仿真验证制备的复合材料在模拟环境下对散射和反射信号的衰减能

关键词： 玄武岩纤维增强复合材料   住宅建筑结构   力学性能   耐久性  

摘要： 玄武岩纤维增强复合材料是一种新型高性能建筑材料，其具有高强度、轻质、耐腐蚀、抗震性能优异等特点，在住宅建筑结构中展现广阔应用前景。本文首先探讨玄武岩纤维增强复合材料的基本特性，分析其优越的力学性能、耐久性、热学和电学特性。其次，阐述其在住宅建筑中的应用，包括结构设计与加固、新建住宅外部及内部结构的应用、施工工艺及经济性分析。研究表明，玄武岩纤维增强复合材料不仅可替代传统钢筋，还能提高建筑耐久性和安全性，降低维护成本，并提升抗震性能。本研究可为玄武岩纤维增强复合材料在住宅建筑领域的推广提供理论支持和技术参考，助力绿色建筑与可持续发展。

关键词： 聚合物基电磁屏蔽复合材料   结构设计   炭黑   碳纳米管   四氧化三铁  

摘要： 电子通信技术的迅猛发展显著提升了人们的生产力和生活质量,但与此同时,也带来了严重的电磁污染问题。传统的金属及合金材料因其优异的导电性能,被广泛用于电磁干扰（EMI）屏蔽。然而,这类材料普遍存在密度大、成本高、柔性差以及耐腐蚀性不足等缺陷,限制了其在电磁屏蔽领域的进一步应用。相比之下,聚合物材料因其优异的柔韧性、耐腐蚀性、低成本及良好的加工性能,成为电磁屏蔽材料研究的热点,被认为有望取代金属材料,成为新一代主流的电磁屏蔽材料。然而,传统均质结构的聚合物基电磁屏蔽材料的屏蔽效能主要受导电填料含量的影响。尽管提高填料含量可以增强材料的电磁屏蔽性能,但过高的填充比例往往导致机械性能和加工性能的下降,并增加生产成本。此外,与金属屏蔽材料类似,均质结构的聚合物基电磁屏蔽材料主要依赖反射机制耗散电磁波,这在一定程度上会引发二次电磁污染。因此,优化聚合物基电磁屏蔽材料的结构设计,使其兼具高效屏蔽、轻量化、宽频带覆盖及低成本特性,成为当前亟待解决的关键问题。 本研究针对上述问题,以三元乙丙橡胶（EPDM）和聚烯烃弹性体（POE）为基体,选取炭黑（CB）、碳纳米管（CNTs）及四氧化三铁（Fe3O4）作为填料,采用熔融共混-模压发泡与熔融共混-层层热压工艺,分别制备了多孔结构和三明治结构的复合材料,并系统研究其电磁屏蔽性能、力学性能及热稳定性。 首先,采用熔融共混-模压发泡工艺制备了EPDM/POE/CB复合泡沫材料。结果表明,该泡沫材料由于CB的引入形成了导电网络,使其电磁屏蔽效能（SE）最高可达21.4 d B。同时,多孔结构促进了入射电磁波的多重反射,使吸收系数（A）超过0.7。此外,该材料不仅保持了优异的轻量化特性,还表现出良好的力学性能和热稳定性。 然后以此为基础,进一步引入高导电性的CNTs和具有磁损耗特性的Fe3O4颗粒,制备了EPDM/POE/CB/CNTs/Fe3O4复合泡沫。研究发现,介电损耗填料（CB、CNTs）与磁损耗填料（Fe3O4）协同作用,使得该复合泡沫的EMI屏蔽效能提高至34.0 d B,同时仍保持以吸收为主的屏蔽机制（A=0.58）。此外,该材料在60%应变下的压缩强度达到1.05 MPa,经过100次压缩循环后仍保持89%的抗压强度和90%的电磁屏蔽性能,展现出优异的耐久性。同时,随着填料含量的增加,复合泡沫的热稳定性进一步提升,最大分解温度达到447°C。 最后,为进一步降低材料厚度,实现电磁屏蔽材料的轻薄化,采用熔融共混-层层热压法构筑了具有三明治结构的EPDM/POE/CNTs/Fe3O4复合材料。结果表明,复合材料的厚度从泡沫结构的10 mm显著降低至1 mm,同时仍保持良好的电磁屏蔽性能（SE=27.7 d B）。此外,三明治结构复合材料的压缩强度和热解温度最高可达3.9 MPa和451℃,进一步验证了该材料在电磁屏蔽应用中的潜在价值。 综上,本文通过多孔结构与三明治结构的优化设计,实现了高效屏蔽、轻量化、柔韧性及耐久性的兼顾,为新型聚合物基电磁屏蔽材料的开发提供了一定参考。

关键词： 六价铬   土壤修复   纳米零价铁   木质素碳   海藻酸钠  

摘要： 铬（Cr）作为采矿、电镀、皮革和染料工业的重要成分,它的使用导致了大量含Cr废水、废渣的排放。其中六价铬(Cr（Ⅵ）)的高毒性可能引发多器官衰竭、肾坏死等严重健康问题,因此亟需开发高效的Cr污染治理技术。近年来,铁碳复合材料在Cr（Ⅵ）污染修复领域表现出优异的效果。但在实际应用中由于铁碳复合材料的长效性和稳定性不足,可能导致修复后场地中污染物浓度出现反弹现象,限制了其进一步推广。因此,本研究以海藻酸钠（SA）为稳定剂,以木质素碳（LDC）为载体,成功合成了木质素碳/纳米零价铁/海藻酸钠（LDC/nZVI/SA）复合材料,该材料结合了LDC的优异吸附性能、nZVI的高效还原能力以及SA的稳定作用,确保铁在nZVI介导的反应中缓慢释放并提高抗氧化能力,以提高对Cr（Ⅵ）的去除效率。同时通过多种表征手段和一系列批实验系统研究了该复合材料在不同环境条件下对Cr（Ⅵ）的去除性能,并探讨了其作用机理,以期为Cr（Ⅵ）污染治理提供高效、可持续的解决方案。主要研究内容和结果如下: （1）通过碳化-活化法制备的LDC具有较大的比表面积（790.493 m2/g）和较好的吸附能力（43.85 mg/g）。通过一系列表征手段发现SA的添加使材料表面呈现更多的不规则颗粒,提高了LDC/nZVI/SA的比表面积（316.407 m2/g）和Fe0含量。LDC/nZVI/SA能有效减少Fe0暴露于空气中,较大程度上提高了LDC/nZVI/SA的抗氧化能力,使其具备更强的稳定性和更好的Cr（Ⅵ）还原能力。 （2）系统探究了环境因素（如p H值、共存离子以及常见有机酸）对LDC/nZVI/SA去除水溶液中Cr（Ⅵ）的影响及其作用机制。结果表明,当Fe:C比为1:1,投加量为1 g/L时,对溶液中Cr（Ⅵ）的吸附容量为75.27 mg/g。拟二级动力学结果（R2=0.96）和Redlich-Peterson模型（R2=0.99）能更好地描述LDC/nZVI/SA对Cr（Ⅵ）的吸附过程,理论吸附量为105.97 mg/g。溶液pH值在酸性条件下有利于Cr（Ⅵ）的去除,而碱性条件抑制反应进行。PO43-的存在抑制Cr（Ⅵ）的还原,其他离子影响作用不显著。柠檬酸（CA）与草酸（OA）对Cr（Ⅵ）的还原反应具有一定的促进作用,而高浓度的腐殖酸（HA）对Cr（Ⅵ）的去除为抑制作用。材料在实际水体中仍具有优异的去除效果。解吸实验、老化稳定性实验和铁浸出浓度的变化结果表明,材料于室温避光环境中储存15天后对Cr（Ⅵ）的去除效率仍达到87.00%,且Fe（II）在48 h后浸出浓度为1.23 mg/L,证实其具有优异的抗氧化性能和长效稳定性。LDC/nZVI/SA去除Cr（Ⅵ）的主要机理为吸附、还原和共沉淀。 （3）通过LDC/nZVI/SA复合材料对Cr（Ⅵ）污染土壤的修复效果及机制进行了系统探究。结果表明,在投加量为0.5%、含水率为40%的条件下,LDC/nZVI/SA的修复效果优于LDC/nZVI。4天后的修复效率提高至90.47%,浸出液中Cr（Ⅵ）的浓度由23.03 mg/L降低至0.78 mg/L。LDC/nZVI/SA修复120天后,Cr（Ⅵ）含量进一步降低至0.89 mg/kg。通过BCR形态分析发现Cr的稳定性显著增强,弱酸提取态占比从56%降至3%,而形态更为稳定的可氧化态和残渣态分别从31%、9%增加至72%、20%。在模拟地表水/地下水、酸雨腐蚀等极端环境下,LDC/nZVI/SA仍展现出较好的修复效果。此外,在经历11次冻融循环后,浸出液中Cr（Ⅵ）的浓度为0.041 mg/L,并没有显著增加。机理研究表明,吸附、还原和共沉淀的协同作用共同驱动了Cr（Ⅵ）的高效固定与稳定化。 （4）LDC/nZVI/SA的施用对植物生长指标有明显的促进作用。与未修复土壤相比,材料修复后土壤中豆芽的发芽个数、根长和鲜重明显增加。因此,LDC/nZVI/SA材料的添加有效降低了土壤中Cr（Ⅵ）的浓度,有利于土壤中细菌群落总量和多样性的恢复,从而改善土壤环境,促进植物的生长。16S r RNA基因测序表明,LDC/nZVI/SA材料增加了修复后土壤中细菌群落的丰富性和多样性。

关键词： 微波   太赫兹   介质陶瓷   介电性能  

摘要： 物联网、第五代移动通信/第六代移动通信（5G/6G）等技术的快速发展,对具有优异性能的微波介电陶瓷的需求在不断增加。为拓展微波介质陶瓷材料在6G领域的应用,一方面需要进一步提升微波介质陶瓷的性能,改善谐振频率温度系数,降低更高频率下的介电损耗,提升品质因数。另一方面,需加强微波介质陶瓷在6G重点建设方向的应用匹配研究,积极拓展应用于太赫兹领域的低损耗介质陶瓷体系。根据以上需求,本论文针对具有中低介电常数的三种不同微波介质陶瓷体系开展了离子取代研究,讨论了其在微波和太赫兹波频段下的介电性能,并基于其中一种体系设计了一款贴片天线。研究内容概括如下: （1）通过固相反应法制备了介电常数范围为0～10的NaMg1-xMnx（PO3）3（0.00≤x≤0.0625）微波介质陶瓷。随着取代量x的增加,晶格畸变增强,导致原子间距膨胀,增加了拉曼振动峰的强度。在880°C下的陶瓷样品的致密性最佳,且当x=0.0250时,平均晶粒尺寸最大,达到3.03μm。此外,[Na O6]八面体最小的畸变程度对应于1)最小值出现的位置x=0.0250处。在太赫兹频率下,所有陶瓷样品的值均低于其在微波频段下的介电常数,介电损耗则高于其在微波频段下的数值。 （2）利用固相反应法制备了介电常数范围为10～20的Mg1-xCuxTiO3（0.00≤x≤0.025）微波介质陶瓷。利用拉曼光谱分析了对应于钛铁矿结构的十种拉曼活性振动模式。研究结果表明,在取代量为x=0.015时,1300°C烧结4 h的陶瓷相对密度达到97.9%,样品品质因数得到了大幅提升,达到80,793 GHz。在太赫兹频率下（1.0 THz）,当x=0.020时陶瓷样品的介电常数值最大。以上结果表明,微量Cu2+取代能有效提升综合介电性能。 （3）通过固相反应法制备了介电常数范围为20～30的Zn1-xMgxZrTa2O8（0.00≤x≤0.10）微波介质陶瓷。XRD结果表明,该体系属于空间群为P2/C（13）的单斜晶系黑钨矿结构。利用拉曼光谱对其13个不同拉曼峰进行了分析。结果发现,随着x值的增加,晶粒尺寸逐步降低,且当x=0.06时陶瓷的微波介电性能最佳。在太赫兹频段下,值随x的增加呈递增趋势,tan最低值出现在0.4 THz处。 （4）利用HFSS软件,以介电常数为4.585的NaMg0.0975Mn0.025（PO3）3陶瓷体系作为基板材料,设计了一款采用同轴线馈电的贴片天线。设计的天线工作频率为2.5 GHz,回波损耗为-15.28 d B,表明该陶瓷体系具备应用于天线领域的潜力。

关键词： 多层复合材料   互锁结构   层间断裂韧性   多材料熔融沉积成型   响应曲面法  

摘要： 异质多层复合材料因其优异的性能和广泛的应用前景,正逐渐成为航空航天、船舶制造、土木工程等多个领域中的关键材料。然而,传统的胶接、焊接等工艺在其制备过程中存在绿色环保性差、工艺链长以及可设计性不足等问题,限制了其在工程应用中的推广和发展。多材料熔融沉积成型（Multi-material Fused Deposition Modeling,MMFDM）技术能够一体成型多材料复杂结构,克服了传统复合材料制备工艺的不足,成为解决上述问题的有效途径。尽管如此,由于异质材料性能存在差异,复合材料的层间损伤仍时有发生,严重影响其整体力学性能与可靠性。因此,如何有效改善界面分层破坏问题,提升复合材料的界面结合性能,已成为当前研究的重点。本文以聚乳酸（Polylactic Acid,PLA）和热塑性聚氨酯（Thermoplastic Polyurethane,TPU）为原材料,设计了榫卯互锁的界面增强结构,基于MMFDM工艺制备了PLA/TPU多层复合材料,并对其力学性能开展实验研究,以提高界面结合强度和冲击强度为目标,优化了榫卯结构的设计参数。主要研究内容及结论如下: 以梯形燕尾榫为基础,通过增加互锁作用斜面个数,设计出一种正四棱台形榫卯互锁结构。榫卯单元的三个主要结构参数分别为试样宽度方向上的榫头个数N、正四棱台的小底面边长与中段截面边长的比值R以及正四棱台的高度H。PLA/TPU多层复合材料的制备过程包含七道工序,主要打印参数包括PLA和TPU材料各自的喷头温度和共同的打印底板温度。 平面结构和互锁结构界面Ⅰ型层间断裂韧性(GⅠC)试验结果表明,互锁界面试样的裂纹扩展最大载荷较平面界面试样提高了3倍,扩展GⅠC均值提高了51倍。与平面界面试样裂纹扩展过程相比,互锁界面试样层间裂纹扩展还需要额外消耗榫头在拔出或断裂失效过程中所需要的能量。互锁界面试样的冲击强度比平面界面试样提高了42.38%,与平面界面试样受冲击后发生完全分层破坏不同,互锁界面试样在受到冲击后仍能保持结构的完整性,极大地提高了复合材料制品在使用过程中的稳定性与安全性。 基于响应曲面法研究了榫卯结构参数对复合材料综合力学性能的影响规律,结果表明,参数R和H对扩展GⅠC均值和冲击强度的影响均呈现出随着因素水平的增加,响应值先增加后减小的趋势。过大或过小的R和H均会降低复合材料的GⅠC值,较低的层间断裂韧性不利于复合材料内部的应力传递,中间韧性更高的TPU部分将无法有效地分担外部冲击,导致冲击韧性同步降低。参数N越大,榫头整体尺寸越小,榫头发生断裂破坏的比例越大,使得桥接效应提前结束,削弱了榫卯结构的互锁作用,导致复合材料的层间断裂韧性降低。另外N值的变化会影响榫卯单元的空间布局,在结构设计时应综合考量。以提高界面结合强度和冲击韧性为目标,对互锁结构优化的结果为:当N取3.741、R取0.73、H取1.027 mm时,扩展GⅠC均值和冲击强度值最大,分别为1401.267 J/m2和40.124 KJ/m2。

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.大会顾问傅恒志院士柳百成院士丁文江院士李元元院士4.学术委员会大会主席:陈光苏彦庆潘冶副主席:(按姓氏笔划为序)王同敏王慧远孙宝德严密李卫李言祥吴国华余欢宋克兴陈瑞润周建新侯华袁晓光翟启杰樊自田魏世忠