1 1.电子科技大学 电子科学与工程学院, 国家电磁辐射控制材料工程技术中心, 多频谱吸波材料与结构教育部重点实验室, 成都 611731
2 2.中国科学技术大学 材料科学与工程系, 能量转换材料重点实验室, 合肥 230026
随着5G无线通信与低频雷达侦察技术的飞速发展, 低频电磁波辐射已成为当代的严重问题。目前, 中高频段吸波材料的研究已趋于成熟, 而设计低频段吸波材料仍面临巨大的挑战, 亟待研究者们解决。基于四分之一波长相消机制, 本研究设计了0.5~3 GHz低频段复合吸波材料。采用简单的一步水热法, 诱导铁氧体在羰基铁粉与碳纳米管表面生长, 制备出CIPs@Mn0.8Zn0.2Fe2O4-CNTs三元复合材料, 对比研究了碳纳米管含量对材料吸收峰频率的影响。实验结果表明, 引入碳纳米管, 一方面为材料带来了界面极化、偶极极化等额外的损耗机制, 增加了材料的衰减系数; 另一方面基于四分之一波长相消机制, 高介电与高磁导率的耦合, 使材料在低频段获得良好的阻抗匹配。最终, 在4 mm厚度下, 样品分别在2.11与1.75 GHz处, 获得了-40.8与-32.1 dB的反射损耗, -10 dB带宽分别为1.70~2.70 GHz和1.40~2.20 GHz。该复合材料制备工艺简单, 低频吸收性能良好, 具有很大的应用潜力, 为开发更有效的低频吸波材料提供了新的思路和方法。
碳纳米管 复合材料 羰基铁粉 波长相消 低频吸波 carbon nanotubes composite material carbonyl iron powder wavelength cancellation low- frequency absorption
与其它储能设备相比, 由介电复合材料制得的介质电容器在快速充放电能力与高功率密度方面极具优势, 如何提高介电复合材料能量密度与优化其击穿性能已成为当前研究热点之一。为进一步调控并兼顾介电常数与击穿性能, 本工作基于DBM(Dielectric Breakdown Model, 介电击穿模型), 采用有限元数值模拟, 研究了无机填料的分布对柔性聚二甲硅氧烷(PDMS)基介电复合材料体系的电场与发生介电击穿时击穿损伤形貌演变的具体影响。研究结果表明: 填料与基体边界处存在较大的介电差异, 可以使用较大介电常数的聚合物基体或较小介电常数的无机填料来减小其界面处的高电场区域, 继而提高复合材料的耐击穿能力；同时发现当无机填料分散更均匀时, 其树状损伤通道更容易产生分支, 此种情况将使介电击穿的树状损伤通道的损伤位点增多, 延缓其损伤速度, 继而提高复合材料的耐击穿性能。该研究结果将为开发高储能密度且具有优异击穿性能的有机-无机复合电介质材料提供坚实的理论依据。
介电性能 复合材料 电场分析 DBM模型 有限元法 dielectric property composite material electric field analysis DBM model finite element analysis
1 安徽工业大学化学与化工学院, 安徽 马鞍山 243002
2 临沂大学材料科学与工程学院, 山东 临沂 276005
开发一种性能优异的氨气气体传感器对人类健康和环境保护具有重要意义。利用溶胶凝胶法制备了MgFe2O4纳米材料, 并通过乙醇超声分散法与Ti3C2Tx复合, 制备了不同比例的Ti3C2Tx-MgFe2O4复合材料。随后, 采用X射线衍射、扫描电子显微镜、X射线光电子能谱分析、Fourier红外光谱等方法对Ti3C2Tx-MgFe2O4复合材料的结构和形貌进行了表征, 研究了不同比例Ti3C2Tx-MgFe2O4复合材料的气敏性能。结果表明: 2.5% (质量分数) Ti3C2Tx-MgFe2O4复合材料在室温(25 ℃)对100 μL/L氨气的响应(Ra/Rg=4.7)比单一MgFe2O4纳米材料(Ra/Rg=1.3)高出3.6倍, 并且具有良好的气敏选择性和快速的响应/恢复时间(10.8 s/6.6 s)。
复合材料 碳化钛 氨气 气敏性能 composite material titanium carbide ammonia gas sensing properties
1 卡本科技集团股份有限公司产品开发部，天津 300383
2 天津工业大学纺织科学与工程学院，天津 300387
光纤布拉格光栅（FBG）在单向复合材料高应力变化和长期服役过程中的精准监测对于预应力碳纤维复合材料（CFRP）板的应用具有重要意义。将FBG传感器分别采用外贴裸栅、外贴基片和内嵌裸栅的形式与CFRP板进行耦合，测试了三种耦合方式对于温度的感知精度，并基于预应力CFRP板加固系统监测其分级加载至1000 MPa过程中应力的变化。实验结果表明，三种耦合方式均有较好的温度传感特性，但应力传感特性与温度传感特性存在明显差异。其中，内嵌裸栅式传感器的监测精度最高，其应力传感的线性度、迟滞性和重复性分别为0.9999、0.25%和3.20%，可应用于预应力CFRP板的加固工程。
传感器 复合材料 光纤布拉格光栅 结构健康监测 工程加固 激光与光电子学进展
2023, 60(5): 0528003
1 厦门理工学院机械与汽车工程学院，福建 厦门 361024
2 大族激光智能装备集团有限公司基础研究院，广东 深圳 518101
3 福建省客车先进设计与制造重点实验室，福建 厦门 361024
4 厦门市智能制造高端装备研究重点实验室，福建 厦门 361024
采用选区激光熔化技术烧结混合后的18Ni300马氏体模具钢粉末和微米SiC粉末，研究加入不同体积分数的SiC粉末对成型试样表面粗糙度、微观结构及力学性能的影响。结果表明，随着SiC体积分数增加，试样顶面的隆起和球化现象加剧，表面粗糙度和孔隙变大，侧面粘粉严重，凝固组织由胞状晶向柱状晶再向枝晶转变，试样的硬度和抗拉强度均高于未添加SiC粉末试样。当加入的SiC粉末体积分数为0.5% 时，试样的硬度和拉伸强度最大，分别达到了371.1 HV和1.51 GPa，相比未添加SiC粉末试样分别提升了7%和54.8%。因此，SiC粉末的加入虽然提高了顶面的粗糙度及孔隙率，但可转变和细化晶粒，增强位错密度提高力学性能，进而提升试样综合使用性能。
激光技术 选区激光熔化 18Ni300马氏体模具钢 金属基复合材料 表面粗糙度 力学性能 激光与光电子学进展
2023, 60(1): 0116001
1 1.武汉科技大学 化学与化工学院, 煤转化与新型炭材料湖北省重点实验室, 武汉 430081
2 2.广州赛西标准检测研究院有限公司, 广州 510700
3 3. 江苏海洋大学 环境与化学工程学院, 连云港 222005
温室气体的过量排放对全球气候产生严重不良影响, 如何减少碳排放已成为全球性议题。超级电容器具有使用寿命长、功率密度高、碳排放量相对较低的优点。大力发展超级电容器储能是建立未来能源系统的可靠和有效措施。MXene材料具有优良的亲水性、电导率、高电化学稳定性和表面化学可调性, 近年来在超级电容器储能应用研究领域广受关注, 但MXene严重的自堆叠问题限制了其储能性能充分发挥, 开发更先进的MXene材料对于下一代高性能电化学储能设备至关重要。基于此, 本文综述了MXene材料在超级电容器储能应用领域的研究进展, 介绍了MXene的结构和储能特性, 探讨了MXene的储能机理, 重点剖析了纳米工程改进MXene电极性能的结构设计, 详细总结了MXene复合材料构效关系和在超级电容器应用方面的最新研究进展, 最后提出了MXene材料用作超级电容器电极的研究方向和发展趋势。
MXene 储能性质 纳米工程 复合材料 超级电容器 综述 MXene energy storage property nanoengineering composite material supercapacitor review
太原理工大学 化学化工学院, 省部共建煤基能源清洁高效利用国家重点实验室, 太原 030024
常见的吸附剂如13X等的硅铝比较低, 具有较强的亲水性, 但水和有机挥发份(VOCs)之间的竞争吸附, 常常会影响吸附剂对VOCs实际脱除效果。本研究利用CTABr为模板剂, 正硅酸乙酯为硅源, 对13X进行表面修饰, 制备了以13X为核, 介孔硅为壳的核壳复合材料13X@SiO2, 并以甲苯作为探针分子在穿透实验装置对改性前后沸石分别进行干/湿条件下的吸附性能测试。结果表明: 在干燥条件下, 13X@SiO2-2.6样品(制备中添加了2.6 mL正硅酸乙酯)相比13X原样的吸附量提升了18%左右。在30%和50%相对湿度下, 13X@SiO2的最优吸附容量分别提高了约53%和90%; 循环再生实验表明13X@SiO2-2.6样品经2次再生后仍保持初始样品90%的甲苯吸附量。
核壳结构 复合材料 疏水改性 有机物挥发性 吸附 core-shell structure composite material hydrophobic modification volatile organic compounds adsorption
南昌航空大学 无损检测教育部重点实验室, 江西 南昌 330063
随着直升机技术的发展, 急需对一种新型的直升机桨叶包铁结构做质量检测研究, 该包铁结构外层为不锈钢, 中层为橡胶、加热元件, 内层为玻璃纤维。包铁结构需要分类识别的4类典型结构为上层脱粘缺陷、加热元件、下层脱粘缺陷、无缺陷无加热元件, 但这种包铁结构较常见多层结构层数多、层厚薄、需识别分类多, 超声波在这种结构中会发生严重的混叠现象。因此研究了超声波在薄壁多层结构中的传播规律, 建立了新的包铁结构的超声反射频谱模型, 将测试的不锈钢、橡胶、玻纤的声速、声阻抗、频率-衰减系数曲线、2.25 MHz和5 MHz的探头频谱代入模型进行仿真, 仿真结果表明,2.25 MHz探头可以识别出包铁的4种结构, 5 MHz探头可以识别出除下层缺陷的另外3种结构, 实际检测结果验证了新模型的仿真结果。
超声反射谱 超声信号仿真 多层复合材料 桨叶包铁结构 超声检测 ultrasonic reflection spectrum ultrasonic signal simulation multi-layered composite material blade iron-clad structure ultrasonic testing
1 安徽工业大学化学与化工学院, 安徽 马鞍山 243002
2 临沂大学材料科学与工程学院, 山东 临沂 276005
工业生产生活中产生的乙醛气体需要实时高效监测, 利用水热法制备了WO3纳米片和一系列Ti3C2Tx-WO3复合材料。采用X射线衍射法、扫描电子显微镜、Fourier红外光谱、X射线能谱等对制备出的Ti3C2Tx-WO3复合材料进行了结构和形貌表征。对Ti3C2Tx-WO3复合材料进行了气敏性能研究, 并且探究了碳化钛加入量对Ti3C2Tx-WO3复合材料气敏性能的影响。结果表明: Ti3C2Tx的加入能够有效提高WO3纳米片的气敏性能。当Ti3C2Tx的加入量在7%(质量分数)时, Ti3C2Tx-WO3复合材料的最佳工作温度优化为80 ℃。7% Ti3C2Tx-WO3材料在80 ℃时对100 μL/L的乙醛气体的灵敏度达到了32.9, 最低检测限为0.1 μL/L。
复合材料 碳化钛 乙醛 气敏性能 composite material titanium carbide acetaldehyde gas sensing properties
1 1.中国科学院 宁波材料技术与工程研究所, 宁波 315201
2 2.先进能源科学与技术广东省实验室, 惠州 516000
3 3.中国科学院 近代物理研究所, 兰州 730000
碳化硅纤维增强碳化硅(SiCf/SiC)复合材料具有低中子毒性、耐中子辐照和耐高温氧化等特性, 成为先进核能系统重要的候选结构材料。近年来, 国内外学术界和工业界针对核用SiCf/SiC复合材料开展了大量研究工作, 取得了一系列重要的研究进展。针对SiCf/SiC复合材料面向核用所关注的重点方向, 如核用SiC纤维、纤维/基体界面相、复合材料制备工艺、数值仿真、腐蚀行为和表面防护、连接技术以及辐照损伤等方面, 本文进行了综述和讨论, 并针对核用要求指出了SiCf/SiC复合材料存在的主要问题和可能的解决思路, 希望对该材料的进一步研发和最终应用有所裨益。
复合材料 结构材料 核材料 碳化硅 辐照损伤 综述 composite material structural material nuclear material silicon carbide radiation damage review
