针对太赫兹技术在材料特征识别和探测领域的潜在应用以及高分子材料在太赫兹波段的指纹特征, 利用太赫兹时域光谱技术开展了PA66高分子材料在太赫兹波段的吸收光谱以及折射率、 介电常数等光学参数的实验与理论分析研究。 得到了PA66的太赫兹波段的光谱特征及吸收特征峰。 并利用密度泛函理论开展了PA66在0.1~10 THz范围内的分子振动频率的计算工作, 对比了理论计算数据和实验测试数据, 并进行了太赫兹光谱特征吸收峰的归属指认。 结果表明, 计算的PA66分子振动频率与太赫兹实验光谱具有较高的一致性, 并且太赫兹吸收光谱中的特征峰是分子中各基团的振动与太赫兹波频率的共振响应。 通过分析基团的振动模式, 对太赫兹光谱吸收特征峰归属进行指认: PA66材料在0.2~2.3 THz频段内多个特征峰主要由主链上酰胺基中CO, —NH基团的摆动以及大骨架C链中的—CH2非对称性振动产生。 其中, 0.77 THz处的特征峰归因于分子内强烈的CO和N—H的面外摆动, 1.56 THz处特征峰包含CO的面外摆动和C链上CH2的扭动, 而1.85 THz处特征峰主要归因于来自单体己二酸中CH2和CO键的面外摇摆。 中心频率约为4.57 THz处的特征峰, 包含了CO的面间摆动和来自单体己二胺中CH2的强烈扭动。 7.6 THz频率的吸收峰主要由CO的摆动和—CH2, —NH的剪切振动产生。 研究结果表明, 高分子材料对太赫兹波的吸收与分子中各基团的振动模式密切相关, 并且在太赫兹波段的振动吸收峰一般由主链和支链中各种官能团的摇摆振动、 扭曲振动以及分子间的相互作用而产生, 进而推论出非对称性、 含N、 O等元素官能团的极性高分子材料, 电负性的差异致使分子振动偶极矩较大, 在太赫兹波段容易产生指纹特征峰。 为利用太赫兹技术进行材料的结构分析和识别检测提供理论基础和技术支撑。

以聚酰胺(PA)和不锈钢(1Cr18Ni9Ti)搭接接头为研究对象,计算了焊接过程中界面处的热过程,并分析了其对塑料热分解行为影响,获得了优化的焊接热输入;然后通过试验验证,获得了稳定连接的PA-1Cr18Ni9Ti接头,并对PA-1Cr18Ni9Ti界面的连接机制进行研究。结果表明:焊接过程中聚酰胺的热分解与时间、升温速率有关;当激光焊接热输入为77.8 J·mm -1(激光功率700 W,焊接速度9 mm·s -1,离焦量70 mm)时,可保证PA-1Cr18Ni9Ti界面处的聚酰胺在充分熔化、铺展的同时,减少热分解,同时可避免聚酰胺的烧蚀和碳化;PA-1Cr18Ni9Ti界面能够形成Cr—O—C化学键,有利于提高两者的结合强度。

设计并论证了一种高灵敏度的长周期光纤光栅(LPG)温度传感器。将LPG的包层腐蚀, 封装进金属外壳使LPG保持恒定拉力, 再密封进盛满聚酰胺酸(PAA)的试管中, 其中聚酰胺酸热光系数较大, 作为感温材料。测试并讨论了使用不同折射率的聚酰胺酸与不同包层直径的LPG时, LPG共振波长随温度变化的漂移。结果显示, 对于一个直径已知的特定LPG, 当使用较大折射率的聚酰胺酸时, LPG温度传感器的灵敏度变高。对于使用相同折射率聚酰胺酸的LPG, 随着LPG的包层直径减小, LPG温度传感器的灵敏度变高。实验制作的LPG温度传感器的灵敏度为1.26 nm/℃, 约为普通LPG制作的传感器的10倍, 以及普通FBG制作的传感器的100倍。这种新传感器在2~35 ℃线性度为99.80%, 这提高了传感器的潜在应用, 特别是在生物医学检测, 海洋监测等这些温度范围接近室温的领域。

选择性激光烧结(SLS)是增材制造技术中的一种, 在聚酰胺2200(PA2200)的SLS成形过程中, 大量的粉末没有被烧结, 这部分未烧结粉末的回用对降低成本具有重要意义。然而, 未烧结粉末的性能因成形过程中高温的影响而发生改变, 回用次数对成形件性能的影响规律尚不明确。使用EOS P110 3D打印系统和EOS PA2200粉末系统考察了粉末回用次数对SLS PA2200成形件硬度和冲击韧性的影响。结果表明：随着回用次数增加, 回用粉末的熔点升高；当回用次数超过2次后, 成形件内部未熔粉末和孔洞的数量增多, 成形件韧性和硬度下降；粉末回用次数不超过2次时, 成形件的冲击韧性下降得较少, 硬度得到一定提高。

为了同时解决纳米指印显现试剂的灵敏度、 专属性以及安全性等方面的问题, 设计出氧化锌/聚酰胺-胺树形分子纳米复合材料(ZnO/PAMAM G5.0)的构架, 并探索了相关的合成条件、 产物的荧光性能及其在潜指印显现方面的应用前景。 实验结果表明, ZnO纳米颗粒可以在PAMAM G5.0树形分子的模板作用下控制生成; 合成产物在中波紫外光的激发作用下可以发出蓝色可见光; 当锌离子与树形分子的负载比介于10～100范围内时, 合成产物的荧光性能呈现先增长后下降的趋势, 并在负载比为60时得到最强光致发光效果; 对于经“502”熏显法固定后的潜指印样本, ZnO/PAMAM G5.0纳米复合材料可以通过胺解反应途径对其进行有效的增显。 ZnO/PAMAM G5.0纳米复合材料有望引领纳米指印显现试剂新的发展方向。

为了探索CO2激光对聚酰胺材料的热效应融化机理, 在常温下, 利用低功率CO2激光对聚酰胺PA12进行定位和扫描辐照融化实验, 通过光学显微镜和扫描电镜(SEM)观察形貌特征, 以及X射线衍射仪(XRD)分析微观结构, 研究激光参数和辐照方式对融化特征的影响。实验发现, 在光斑直径2 mm时, 激光功率＜1 W试样融化不明显, 激光功率＞3 W热分解显著, 激光功率密度0.32 W/mm2是试样融化阈值; 激光定位辐照获得固体试样的浅表层融化, 当激光扫描辐照时, 试样融化深度随激光功率和扫描次数的增大而加深直至完全融化; 试样融化后的结晶度有明显提高。实验结果和理论研究相吻合, 这对于利用CO2激光进行聚酰胺材料的微成型加工有指导意义。

用荧光分光光度法研究了Zn2+, Mn2+, Cd2+, Na+, K+, Ag+, Cu2+和Pb2+等金属离子修饰的ZnS/PAMAM树形分子纳米复合材料的荧光发射性能。 结果表明: 不同金属离子修饰效果不同。 Zn2+, Mn2+和Cd2+修饰后, ZnS/PAMAM树形分子纳米复合材料的荧光发射强度有不同程度提高; Ag+, Cu2+和Pb2+的修饰对荧光有不同程度的猝灭作用; 而Na+和K+的修饰对荧光发射无明显影响。 与修饰前相比, Cd2+离子修饰的ZnS/PAMAM树形分子纳米复合材料标记的潜指纹发射的蓝色荧光更加明亮, 与背景反差更加明显。 这对提高潜指纹的显现精度和准确率有很好的借鉴价值。

在Zn2+离子与聚酰胺-胺(PAMAM)树形分子配位的基础上, 制备了稳定的PAMAM树形分子包覆的ZnS量子点(quantum dots, QDs), 并用紫外-可见吸收光谱(UV-Vis)和荧光发射光谱进行了表征。 结果表明, Zn2+离子能与PAMAM树形分子发生配位络合作用, 且饱和配位时间为6 h; 在波长365 nm紫外光的激发下, PAMAM树形分子包覆的ZnS量子点发射出明亮的蓝色荧光, 荧光发射峰约位于450 nm。 最后, 将得到的PAMAM树形分子包覆的ZnS量子点纳米复合材料应用于锡纸上潜指纹的荧光标记成像研究, 发现指纹可以被清晰识别, 呈现明亮的蓝色荧光指纹。

在自行研制的导流型热蒸发沉积装置上开展了微球表面聚酰胺酸(PAA)涂层制备工艺研究。探讨了单体原料处理和改变升温过程对沉积速率的影响。两种单体分别采用两个相互独立的蒸发源加热蒸发，使用两个晶振膜厚测量探头,通过对膜厚探头、样品盘和导流管端头三者的空间位置和对称关系的调整和实验标定，实现了两种单体近似等化学计量比的沉积。采用间歇性压电振动或敲击配合样品盘的旋转作为微球运动的激励方式，在聚-α-甲基苯乙烯(PAMS)微球上制备出均匀的表面质量好的PAA涂层。