关键词： 纳米二氧化钛   彗星试验   血生化指标   大鼠  

摘要： 目的 探讨纳米二氧化钛（Nano-TiO2）经口染毒对大鼠肝脏及血清生化指标的影响。方法 将30只SPF级雄性SD大鼠，按体重随机分为低（50 mg/kg BW/d）、中（150 mg/kg BW/d）、高（500 mg/kg BW/d）剂量组和溶剂对照组、阳性对照组，每组6只。各剂量组连续灌胃15 d,以甲基磺酸乙酯（EMS）为阳性组。末次灌胃6 h后，分析生化指标变化；取出肝脏进行彗星试验以及组织病理学检查。结果 与溶剂对照组相比，经口给予大鼠不同剂量Nano-TiO2溶液15 d,各剂量组大鼠体重（F值分别为1.182、0.720,P值均>0.05）、血清生化指标（F值为0.319～2.897,P值均>0.05）、体内彗星试验均为阴性，肝组织未产生明显组织病理学改变。结论 试验条件下，Nano-TiO2经口染毒大鼠后，未见肝功能及病理学改变，其生物以及毒理学意义有待进一步研究。

关键词： 近场扫描微波显微镜   航空复合材料   电磁参数无损检测  

摘要： 在当今科技快速迭代升级的时代,材料科学的发展已成为推动国家技术创新的关键力量。自20世纪70年代以来,随着对轻量化和高性能材料需求的不断增长,复合材料技术逐渐从实验室走向大规模应用,尤其在飞机和航天器的结构与功能性组件中扮演着核心角色。复合材料由两种或多种性质不同的材料组成,以实现单一材料所不具备的优异性能。飞机和飞船的机翼、机身、尾翼等结构部件对材料的强度、刚度和重量都有严格要求,复合材料已经广泛应用于这些部位。以六系铝合金和碳纤维增强复合材料为代表的多尺度复合结构已成为飞机主承力部件的核心材料体系。复合材料在航空领域的应用前景广阔,预计未来将继续发挥重要作用。 传统检测技术在微观缺陷表征与介电性能原位分析方面存在分辨率不足、测试效率低等技术瓶颈,在近场微波显微技术的加持下,能够做到对样品表面进行无损检测以及对于局部区域的特性分析,还能实现一定程度的穿透扫描。 本文对航空用碳纤维板和碳纳米管海绵进行了近场微波显微测试与分析,碳纤维板的近场微波扫描成像验证了近场微波具有穿透扫描的能力而且有细节成像效果。对碳纳米管海绵表面的凸起和凹陷区域进行了多次近场微波显微测试,凹陷部分的Q值明显低于凸起部分,证实了凹陷部分对电磁波的衰减更强。 最后使用阿洛丁对铝合金进行化学氧化制备了铝合金化学转化膜,对形成的化学膜层开展了近场微波显微测试与分析。把铝合金化学转化膜样品进行高温处理后继续开展近场微波显微测试与分析。然后利用电磁仿真软件COMSOL Multiphysics对铝合金化学转化膜层结构进行了电磁模拟分析,分析了电场随氧化膜厚度的变化以及电场随样品到针尖距离的变化。本研究验证了在一定条件下用阿洛丁化学处理铝合金后,可以为铝合金提供良好导电性,高温变质后仍能保持原有70%的导电性能。 本论文借助近场扫描微波显微成像系统,突破了传统检测技术瓶颈,成功实现对航空复合材料的无损检测与特性分析。不仅验证了近场微波显微技术在航空材料检测中的有效性与独特优势,还通过对碳纤维板、碳纳米管海绵和铝合金化学膜层及其高温变质的研究,挖掘出材料特性与性能提升方向。为航空材料检测与性能优化提供了新思路与新方法,有望进一步推动复合材料在航空航天领域的创新应用与技术发展。

关键词： SIBs   电化学性能   负极材料   硫空位  

摘要： 随着石油等不可再生资源的日益枯竭,锂离子电池凭借高能量密度优势在储能和电子设备领域广泛应用,但其发展受限于锂资源储量不足与价格持续攀升的瓶颈。钠离子电池（SIBs）因钠资源丰富、成本低廉、理化性质与锂相近,成为极具前景的替代技术,迎来了规模化应用的关键机遇期。然而,当前钠离子电池负极材料的性能瓶颈亟待突破:传统负极硬碳材料虽价格低廉、环境友好且结构可调,但其首圈库伦效率低、可逆容量不足与体积变化剧烈等缺陷,严重制约了电池整体性能提升。针对上述挑战,本文聚焦钠离子电池负极材料的结构设计与改性策略,结合金属硫化物高理论容量优势,通过微纳结构构筑与元素掺杂,解决硫基材料电导率低、体积膨胀剧烈等共性问题。具体围绕SnS2和FeS2基复合材料展开研究,通过可控硫化反应、模板法精准构筑、水热合成与高温烧结工艺协同调控,实现电极材料的电子传输路径优化与结构稳定性增强,为高性能钠离子电池的工程化应用提供材料设计新思路。 通过可控硫化反应制得SnO2-SnS2/r-G异质结复合材料,其100 nm宽、200 nm长的鱼鳞状纳米片镶嵌于石墨烯表层,显著增大比表面积与活性位点。电化学测试显示,200 mA g-1时初始充/放电容量为673.0/957.0 mAh g-1,1 A g-1时仍达612.0/819.0 mAh g-1,100次循环后容量稳定在646.0 mAh g-1和632.0 mAh g-1,循环稳定性良好。理论计算表明,异质结界面自建电场促进载流子分离,石墨烯网络抑制结构坍塌,二者结合实现高电子电导率与快速离子扩散的协同效应,显著提升材料的储钠性能。 通过模板法与高温烧结制得中空囊状T-FeS2@C,碳层包覆与分级多孔结构有效缓解体积膨胀并扩大电解液接触面积。0.5 A g-1时初始放电容量1760.4 mAh g-1,100次循环后可逆容量提升至1847.5 mAh-1,展现持续活化特性。介孔网络与碳层协同优化离子传输与结构稳定性,为硫基负极设计提供多维调控思路。 水热合成结合高温烧结制得纳米管状Co-SnS/SnS2@CPPy-NT,Co2+掺杂引入硫空位并优化SnS2晶格结构,聚吡咯壳层通过共轭导电结构稳定界面反应。0.5 A g-1循环100次容量稳定在891.6 mAh g-1,1 A g-1时比容量达598.8 mAh g-1。理论计算证实,Co-Sn键的形成使电荷转移电阻降低,硫空位浓度提升,有效增强界面活性位点;聚吡咯壳层通过抑制电解液渗透,将界面副反应发生率降低40%。该研究通过理论计算与实验结合,阐明过渡金属掺杂调控硫空位浓度对钠离子吸附能和扩散动力学的优化机制,为硫化物基材料改性提供明确的理论指导。

关键词： 金刚石/铜基复合材料   金刚石表面改性   热扩散法   振荡力   微观组织   热导率  

摘要： 随着现代电子信息技术的快速发展,电子器件逐渐向高功率、小型化、高集成度的方向发展,传统封装材料已无法满足散热需求。将具有极高导热率和低热膨胀系数的金刚石与具有良好导热性、易加工的金属铜结合,以获得高导热、低热膨胀系数及优异力学性能的金刚石/铜基复合材料,其并与半导体芯片具有很好的匹配性,逐渐受到现代电子技术领域的青睐。本文针对金刚石/铜基复合材料中存在的金刚石与铜的润湿性差和烧结困难等问题,采用热扩散法对金刚石颗粒进行表面改性,并通过振荡热压烧结（HOP,hot oscillating pressing sintering）和振荡压力熔渗（OPI,Oscillating Pressure Infiltration）方法制备高导热的金刚石/铜基复合材料。研究不同镀覆工艺、烧结方法对于金刚石/铜基复合材料的微观组织、致密度、抗弯性能和热物理性能的影响,主要研究结果如下: 通过研究金刚石镀钨工艺,揭示镀覆时间、品级、体积分数及粒径对金刚石/铜基复合材料性能的影响。发现镀覆时间为60 min（金刚石:W:WO3=1:1:0.5）时镀层结构致密且厚度为626 nm,镀覆时间的延长导致镀层疏松、晶粒粗大;金刚石品级提升使镀层厚度与质量呈负相关。研究金刚石体积分数发现,随着体积分数的增加,复合材料的热导率为先增大后减小;当VDiamond=50vol.%时,界面结合最佳,此时复合材料致密度99.59%,导热系数达592 W/（m·K）,抗弯强度为125 MPa。粒径的优化表明,从45/50减小至100/120时,镀层由疏松转变为致密,而进一步减小至140/170出现局部脱落的现象。经优化镀覆工艺后金刚石镀层厚度为726 nm,所制备的复合材料致密度为99.92%,热导率与抗弯强度分别提升至628 W/（m·K）和174 MPa,较优化粒径前分别提高约6%和40%。 通过优化金刚石镀覆工艺（金刚石:W=1:1）,探究镀覆温度对镀层的微观组织及复合材料性能的影响。研究发现,镀覆温度对物相组成未产生显著影响。镀覆温度为950℃时,镀层质量最优,其晶粒细小致密（镀层厚度为240 nm,较W+WO3镀覆降低约67%）。进一步探究振荡热压烧结（HOP）工艺对复合材料性能的影响,与热压烧结（HP）对比,发现HOP+HP工艺展现出独特优势,通过短时振荡使金刚石颗粒重排和Cu塑性流动,随后恒压稳定界面,综合性能最优,其致密度为97.95%,热导率为717 W/（m·K）,抗弯强度为218 MPa;而纯HOP烧结因振荡力长时间作用导致金刚石与Cu界面结合减弱,界面热阻增大,导致性能最差,热导率仅为499W/（m·K）。 通过探究振荡压力熔渗（OPI）工艺对复合材料性能的影响,并与传统压力熔渗（PI）进行对比。研究发现,OPI+PI烧结通过动态振荡力促进金刚石重排和液相Cu在金刚石缝隙流动,促进Cu的均匀分布和材料的致密化,界面W元素梯度扩散,结合静态热压形成界面结合良好的复合材料。OPI+PI工艺制备的复合材料热导率达721 W/（m·K）,较单一OPI工艺(388 W/（m·K）)和PI工艺(559 W/（m·K）)分别提升85.8%和29.0%;抗弯强度达247 MPa,较OPI（190 MPa）和PI（235 MPa）分别提升30.0%和5.1%;且热膨胀系数低至4.18×10-6/K。通过建立材料热导率理论模型发现,界面热阻是导致实际热导率(721 W/（m·K）)较理论值(840 W/（m·K）)低的重要原因。研究证明OPI+PI为制备高导热/低膨胀复合材料提供了一种新型制备手段。

关键词： 舰船轴系   碳纤维复合材料轴   横向振动   铺层角度   铺层厚度  

摘要： 碳纤维复合材料传动轴具有质量轻、比刚度大及减振性能强等优势，是舰船传动轴系未来的发展方向，目前其振动计算多基于有限元仿真。文中以某船舶复合材料推进轴系为研究对象，首先基于三维解析模型将复合材料轴均质化，确定其等效弯曲刚度。然后利用传递矩阵法构建了复合材料轴系横向振动模型，并通过有限元法验证了模型的准确性，最后分析了铺层角度、铺层厚度及铺层方式对轴系横向振动的影响。结果表明：复合材料横向振动快速预报模型具有较高精度，并且可以显著缩短计算时长。钢轴-碳纤维轴组合轴系，调整复合材料轴段铺层角度可有效改变碳纤维轴段弯曲刚度，进而调控轴系各阶固有频率及其对应振幅，并且阶次越高，调控效果越明显。但是铺层厚度和铺层方式的影响较为微弱。所得结果对于复合材料轴系横向振动预报快速建模及铺层设计具有一定的指导意义。

关键词： 碳气凝胶   碳化硅陶瓷   聚碳硅烷   超临界二氧化碳沉积法   高温抗氧化性  

摘要： 碳气凝胶（CA）因其低密度、高孔隙率、低热导率和高温稳定性等特性,在航天领域的高温热防护系统中具有很好的应用前景,但是碳骨架的高温易氧化性限制了它的实际应用。本文将超临界二氧化碳（SC-CO2）沉积法与聚碳硅烷（PCS）前驱体转化法相结合,在碳气凝胶上进行了PCS的沉积得到PCS/CAs复合材料,随后经固化和碳化获得了SiC陶瓷沉积的碳气凝胶复合材料（SiC/CAs）。在沉积实验前,测量了PCS在SC-CO2中的溶解度。为满足放大工艺需求,探究了2.2 cm传质厚度的碳气凝胶吸附规律。主要研究内容及结论如下: （1）通过静态观察法获得了PCS在SC-CO2中的溶解度,并将半经验模型与实验溶解度数据进行拟合。PCS在SC-CO2中的溶解度与CO2压力呈正相关,与温度呈负相关。基于密度的Chrastil模型和K-J模型对实验数据具有更优的拟合效果,表明PCS在SC-CO2中的溶解度与CO2密度存在较强的相关性。 （2）探究了工艺条件对PCS在碳气凝胶上吸附增重比的影响,分别对经固化和碳化后的PCS、碳气凝胶、固化后的PCS/CAs和SiC/CAs进行结构和性能分析。SC-CO2辅助的碳气凝胶吸附PCS体系中,PCS浓度、压力和吸附时间与吸附增重比呈正相关;温度与吸附增重比呈负相关。分析表明PCS吸附在碳气凝胶上经固化和碳化后形成无定形SiC,使得SiC/CAs形成更发达的孔结构,表现出更强的热稳定性和高温抗氧化性。 （3）探究了2.2 cm传质厚度的碳气凝胶吸附增重比受吸附时间和共溶剂（四氢呋喃、丙酮和环己烷）的影响,并对共溶剂辅助制备的SiC/CAs复合材料进行了表征分析。SiC/CAs的吸附增重比与吸附时间呈正相关,SiC/CAs由外到内吸附增重比减小,且整体吸附增重比较低。三种共溶剂的加入均能显著提高PCS在碳气凝胶上的吸附增重比。分析表明共溶剂的辅助未破坏碳气凝胶的基本结构单元,但是会对碳气凝胶的孔道结构造成一定的破坏;SiC/CAs复合材料由内到外SiC沉积量增加、孔结构越发发达,且热稳定性和高温抗氧化性变强。

关键词： 二氧化硅   重量法   硅石   碱熔  

摘要： 硅石中二氧化硅含量作为重要参数之一，在硅石应用、交易中发挥重要作用，然而现有的硅石中二氧化硅测定方法耗时长且结果误差较大。实验称取0.30 g样品，加入5.0 g过氧化钠进行碱熔，水浸取后再使用盐酸(1+1)酸化；使用10 mL高氯酸两次脱水，灼烧至恒重；再加入氢氟酸使硅形成四氟化硅挥发除去，利用加氢氟酸前后的质量差得到二氧化硅含量，从而建立了碱熔-重量法测定硅石中二氧化硅的方法。按照实验方法测定硅石标准样品BH-0122-1和3个硅石样品中二氧化硅，结果的相对标准偏差(RSD,n=11)为0.11%～0.19%;BH-0122-1中二氧化硅测定值与标准值相吻合。

关键词： 硅橡胶   3D打印   亲水抗污   聚乙烯醇   聚合物瓣膜  

摘要： 硅橡胶以其优异的生物相容性、化学惰性和抗疲劳性能,在人工瓣膜及医用弹性密封等生物材料领域具有重要应用价值。然而,现有硅橡胶瓣膜材料表面易发生细胞/细菌粘附,可能导致血栓等并发症,其长效抗污自洁性能亟待提升。通过在其表面构建亲水涂层,可有效调控材料抗污自洁性能,从而拓展其在聚合物瓣膜中的应用潜力。 在硅橡胶表面构建微纳米粗糙结构是提升其亲水抗污性能的有效策略。本研究首先通过数值模拟进行层状结构对聚二甲基硅氧烷（PDMS）材料机械性能影响的研究;其次对3D打印的制备工艺进一步进行优化;然后基于低成本尼龙网（PA网）预筛选复合亲水-抗菌涂层并对多孔PDMS进行改性研究。通过一系列测试表征,深入探究PDMS复合材料的组成成分、形态结构等理化性能以及润湿性能的影响,主要研究结果如下: 1.通过数值模拟研究3D打印多孔PDMS材料的层状结构对其机械性能的影响。结果表明:随着胶丝间距（l）的增加,压缩模量（Ec）和拉伸模量（E_t）降低。Ec和E_t随着胶丝角度的增加而增加,层位错对于Ec有一定影响,但对于E_t没有影响。当不采取层位错、胶丝角度为90°且l为0.6 mm时,多孔PDMS材料具有最佳的机械性能。 2.利用3D打印技术,通过调控玻璃基底的润湿性、打印层数以及层位错来探究对多孔PDMS材料表面润湿性和物理结构的影响。结果表明:疏水玻璃和较低的打印速度可以更好地控制胶丝间距和表面形貌。PDMS材料WCAs在打印层数≤4时随着打印层数的增加而增大,当打印层数>4时,基本不变。PDMS材料表面润湿性不随层位错的变化而变化,由最上层胶丝的表面结构决定。 3.分别以PA网和多孔PDMS材料作为基底,以聚乙烯醇（PVA）、柠檬酸（CA）、二氧化硅（SiO2）和银纳米颗粒（Ag NPs）作为涂层各组分,采用浸涂-热固法制备具有不同组分复合涂层的PPVA、PPC、PPS、PPCS、PPCSA和SPCSA复合材料,并研究各组分对复合材料性能的影响。WCA和SEM结果表明,PPCSA和SPCSA复合材料均可达到超亲水;FTIR、XPS证实了PVA复合涂层成功附着在PA网和多孔PDMS材料表面;PPC表现出一定的抗菌性,PPCSA和SPCSA表现出优异的抗菌性和自清洁性;PPCSA在一定压力下摩擦20 m表面仍可以达到超亲水,但仍有可提升空间。 本研究通过结构-功能一体化设计策略,通过硅橡胶表面的亲水改性,为开发兼具力学稳定性和长效抗污性的新型医用硅橡胶瓣膜材料提供了理论依据和技术支撑,对推动聚合物瓣膜临床应用具有重要科学价值。

关键词： 层间断裂   加载模式   有限裂纹扩展能量释放率   裂纹扩展预测   加载历史  

摘要： 层间断裂韧性作为评价材料抵抗分层裂纹扩展能力的一项重要性能指标，在飞机复合材料结构设计与分析中具有非常重要的作用。试验研究表明，断裂韧性受试验件加载模式和加载历史的影响，而非材料固有属性。为此，本文考虑复合材料的各向异性塑性，以能量守恒为基础，拓展了最新提出的有限裂纹扩展能量释放率，结合有限元法和试验，对Ⅰ、Ⅱ型加载模式和Ⅱ型加卸载作用下的层间断裂行为进行了研究。研究结果表明，通过Ⅰ型加载双悬臂梁（DCB）的试验结果，采用单一的临界有限能量扩展释放率，可预测相同材料在Ⅱ型加载模式端部开口弯曲（ENF）下的裂纹扩展行为，即只需要进行DCB试验，便可预测相同材料在ENF下的试验结果；通过临界有限能量扩展释放率，可定量解释基于经典断裂力学的复合材料Ⅰ、Ⅱ型层间断裂韧性差异较大的原因以及Ⅱ型循环加卸载过程中出现峰值载荷下降的滞后现象。