温度对缝合气凝胶夹芯复合材料面内压缩性能的影响

分别开展缝合气凝胶夹芯复合材料在不同温度下的面内压缩试验,研究材料在室温、300℃、600℃和800℃下的面内压缩力学性能,并采用微焦点工业CT扫描的方法对试样内部结构进行分析,结合有限元分析方法,探究其结构破坏机制。结果表明:在面内压缩载荷作用下,材料存在极限载荷,面板的局部屈曲、芯层的剪切破坏以及缝线柱的断裂是材料破坏的主要方式。随着温度的升高,材料的面内压缩模量和极限载荷也逐渐升高,面板破坏处的断口逐渐呈现出类似脆性的断裂。300℃、600℃和800℃下材料的面内压缩模量分别为室温的1.05倍、1.57倍和1.65倍;极限载荷分别为室温的1.14倍、1.46倍和1.67倍。室温下有限元分析结果和试验结果的对比,验证了缝合气凝胶夹芯复合材料面内压缩破坏模式的合理性。     

新型碳材料质子交换膜燃料电池Pt催化剂载体的研究进展

质子交换膜燃料电池(PEMFC)具有能量转换效率高、功率密度大、室温启动快、噪音低和零污染等特点, 有望减少二氧化碳排放量, 缓解能源危机, 在轨道交通、航空航天等领域具有广阔的应用前景。催化剂是PEMFC的关键材料, Pt催化氧还原反应活性和稳定性好, 是广泛使用且很难被取代的电催化剂。然而Pt储量低、价格昂贵, 导致PEMFC成本较高, 使用Pt载体可减少PEMFC的Pt负载量, 提高Pt利用率。碳材料具有成本低廉、比表面积大、孔结构丰富、电导率和表面性质可调等特性, 是广泛应用的Pt载体。商用的炭黑载体对Pt的利用效率低, 抗电化学腐蚀性较差。为了进一步提高PEMFC的性能和持续性, 需要研发能够均匀负载Pt、高效利用Pt、抗电化学腐蚀性强且导电性好的碳载体, 进而实现PEMFC的大规模应用。炭气凝胶、碳纳米管和石墨烯等新型碳载体具有独特的结构和性质, 可以提高PEMFC性能和寿命, 引起了研究者的广泛关注。本文对近年来PEMFC新型碳材料Pt载体的研究进展进行了较为详细的综述, 并对其发展趋势作出了适当评论。     

气凝胶骨架结构的有机-无机交联度对其力学、热学性能的影响

硅系气凝胶是目前研究理论最为完善、合成技术最为成熟的气凝胶材料。本工作分别以四乙氧基硅烷(TEOS)、甲基三甲氧基硅烷(MTMS)、MTMS与二甲基二甲氧基硅烷(DMDMS)混合硅源、乙烯基甲基二甲氧基硅烷(VMDMS)为前驱体, 制备了不同种类的硅系气凝胶。所制得的硅系气凝胶具有较高的比表面积, 并呈现出纳米多孔的网络结构。本研究详细探讨了前驱体结构对气凝胶的力学及热学性能的影响。结果表明, 硅系气凝胶的骨架结构交联度越低, 弹性性能越好; 同时, 引入有机碳氢链会进一步提升气凝胶的弹性性能。所制备的硅系气凝胶兼具良好的保温隔热性能, 常温热导率在0.032~0.041 W/(m·K)范围内, 热重损失随着骨架结构内有机组分的增多而增大。这些优良的力学及热学性能使硅系气凝胶在保温隔热、储能等领域均具有广阔的应用前景。     

莫来石纤维增强SiO_(2)气凝胶复合材料压缩回弹性能实验与建模研究EI北大核心CSCD

对莫来石纤维增强SiO_(2)气凝胶复合材料开展面外方向单轴压缩实验,研究不同极限应变、热暴露温度对压缩回弹行为与变形恢复能力的影响,基于微观结构形貌变化阐释内在机制,对加载和卸载阶段的变形行为建立唯像力学模型。结果表明:莫来石纤维增强SiO_(2)气凝胶复合材料的压缩回弹行为呈现非线性特征,极限应变越大,变形恢复能力越差;高温热暴露预处理会对压缩回弹性能产生影响,热暴露温度越高,变形恢复能力越差,基体颗粒-团簇结构的聚集、大尺寸孔洞的形成和塌陷是主要原因;所建立的唯像力学模型可以用来描述材料在压缩加载-卸载时的应力-应变曲线,拟合结果与实验数据吻合较好。     

高温隔热用微纳陶瓷纤维研究进展

陶瓷纤维具有密度低、强度高、耐高温、抗氧化和耐机械震动性能好等优点, 是空天飞行器、核能发电和化工冶金等热防护领域所需的关键高温隔热材料。传统陶瓷纤维直径粗(?>5 μm)、脆性大、热导率高, 在实际隔热领域应用中受到了极大限制。减小纤维直径, 制备微纳陶瓷纤维, 不仅有利于提高纤维力学性能, 还有望改善其高温隔热性能, 近年来引起了研究者的广泛关注。从微纳陶瓷纤维中影响热传输(气体热传导、固体热传导和辐射传热)的本征因素出发, 有针对地进行组成和结构优化, 进而改善其高温隔热性能, 是当前微纳陶瓷隔热纤维研究的重点方向。本文结合国内外研究现状, 在介绍微纳陶瓷纤维隔热机理的基础上, 按照纤维的组成和结构特点将目前微纳陶瓷隔热纤维分为三类, 即微纳陶瓷纤维气凝胶、中空/多孔微纳陶瓷纤维和复合微纳陶瓷纤维。对这三类不同特点的微纳陶瓷隔热纤维最新研究进展进行综述, 并展望了微纳陶瓷隔热纤维的未来发展方向。     

氨基化石墨烯气凝胶的制备及其对Cr(Ⅵ)吸附性能研究

以四乙烯五胺(TEPA)为氮源和改性剂,对氧化石墨烯(GO)进行氨基化改性,通过一步水热法制备四乙烯五胺-石墨烯气凝胶(TEPA-GA),采用FT-IR、XRD、拉曼光谱、SEM、XPS、TG等方法对产品的化学结构与形貌进行表征及性能检测。结果表明,通过TEPA成功将GO进行氨基化改性,并制备出具有多孔互穿网络结构的TEPA-GA,其具有超轻、密度小及热性能优异等特点。再将TEPA-GA用于对Cr(Ⅵ)的吸附研究,发现在最佳吸附条件下,吸附容量高达342.48mg/g。     

Graphene-Based Ultralight Compartmentalized Isotropic Foams with an Extremely Low Thermal Conductivity of 5.75 mW m−1 K−1

The importance of high-performance thermal insulation materials is rapidly emerging due to energy conservation and the management of temperature-sensitive device perspectives. Recent thermal insulation materials including complex structures have been developed either by reducing the structural connectivity to mitigate thermal transport through solid conduction or forming directionally aligned confined inner pores to suppress the internal gas convection. In this study, to create a highly efficient thermal insulating material that suppresses thermal transport in all directions, graphene-based anisotropic closed-cellular structures (CCS) are devised with a highly ordered assembly of hollow compartments with extremely thin walls (≈50 nm). This uniquely designed CCS made from microfluidically synthesized graphene solid bubbles exhibited a remarkably low thermal conductivity of 5.75 mW m⁻¹ K⁻¹ thanks to effective suppression of both solid conduction and gas conduction/convection. Therefore, the proposed strategy in this work offers a novel toolkit for implementing next-generation high-performance insulation materials.     

SiO2气凝胶的非超临界干燥法制备与表征

以聚二甲基硅烷为原料,采用聚合物超临界法制备了SiO2气凝胶.聚合物超临界法制备的SiO2气凝胶除碳前为疏水性气凝胶,比表面积为27.68 m2/g,孔体积为0.103 7 cm3/g,平均孔径约为15 nm;除碳后为亲水性气凝胶,比表面积为500.6 m2/g,孔体积为0.404 3 cm3/g,平均孔径为3.23 nm.对聚合物超临界法制备SiO2气凝胶的反应机理进行了初步探讨.     

Zirconia Nanoparticles Made in Spray Flames at High Production Rates

Synthesis of zirconia nanoparticles by flame spray pyrolysis (FSP) at high production rates is investigated. Product powder is collected continuously in a baghouse filter unit that is cleaned periodically by air-pressure shocks. Nitrogen adsorption (BET), X-ray diffractometry (XRD), transmission electron microscopy (TEM), and thermogravimetric analysis (TGA) are used to characterize the product powder. The effect of powder production rate (up to 600 g/h), dispersion gas flow rate, and precursor concentration on product particle size, crystallinity, morphology, and purity is investigated. The primary particle size of zirconia is controlled from 6 to 35 nm, while the crystal structure consists of mostly tetragonal phase (80–95 wt%), with the balance monoclinic phase at all process conditions. The tetragonal crystal size is close to the primary particle size, which indicates weak agglomeration of single crystals.     

TiO2-SiO2复合气凝胶的制备及其分解甲基橙的研究

采用溶胶一凝胶工艺,经超临界干燥,600℃、2h煅烧制得TiO2-SiO2复合气凝胶,其中Ti02为锐钛矿型,Si02为无定形;以甲基橙为模拟废水,TiO2-SiO2气凝胶分解甲基橙的浓度范围为≤100mg／L,分解速率随着时间的变化而变化,前期呈线性关系,后期呈曲线关系;最大分解甲基橙的量约为30mg甲基橙／g气凝胶,采用400℃煅烧1h的活化方式可使气凝胶的重复使用寿命大于3次。