磁性石墨烯/聚氨酯柔性复合材料的制备及自修复效能

为了提高复合材料的导电、导热及自修复性能，在传统共混法的基础上采用化学沉积法将四氧化三铁（Fe₃O₄）修饰到石墨烯上，得到磁性石墨烯，并将其与聚氨酯、碳纳米管共混后经磁场干预控制石墨烯片层的排列得到磁性石墨烯/聚氨酯柔性复合材料。采用SEM、Raman、FTIR对柔性复合材料的微观形貌、分子结构进行表征，并通过激光导热仪、四探针电阻率测定仪和万能试验机分析磁场调控对复合材料电、热、力学以及修复性能的影响。结果表明：磁场下柔性复合材料中的石墨烯片层排列规则，且层次分明，轮廓清晰可见；其热扩散系数相比于未加磁场提高了10 %~12 %，且在高温下具有稳定性，缺陷修复时间减少了50 %；对比出现缺陷前及修复后的复合材料发现，表面电阻率和抗拉强度分别相差0.006Ω·cm和2.4MPa，而无磁场环境下的变化量是其 3～4倍。     

掺氧化铝小球钢纤维混凝土的自修复性能研究

采用真空吸附法将环氧树脂和固化剂分别吸入薄壁氧化铝空心球中,用黏土进行球面密封,制得包含修复剂的小球。以钢纤维增强混凝土为基体,加入不同掺量的修复小球制备自修复混凝土试样,对其力学性能和自修复性能进行了测试。综合考虑修复效果和自修复混凝土自身的性能,自修复混凝土中钢纤维和修复小球的最佳掺量分别占水泥质量的1.5%和9%。     

金属基体上超疏水表面的制备及其机械耐久性的研究进展

在金属基体上构建超疏水表面可有效解决金属材料在使用过程中不耐腐蚀、容易覆冰等问题,同时赋予其自清洁、油水分离、润滑减阻等特殊功能,具有极高的应用价值和市场前景。但目前普遍存在的规模化生产困难及机械耐久性差的两大问题严重限制了其实际应用。归纳了在金属基体上制备超疏水表面的基本方法,对化学刻蚀法、阳极氧化法、电化学沉积法、水热法、喷涂法等5种典型方法进行了重点综述,讨论了其优劣势,并结合最新研究进展,提出低表面能改性剂的绿色环保化和一步法制备超疏水表面是未来的发展趋势。针对超疏水表面机械耐久性的问题,分析了机械磨损导致超疏水材料失效的原因,总结了机械稳定性的测试手段和评价机制,然后立足于机械稳定性和化学稳定性两个关键因素,提出提高金属基体上超疏水表面的机械耐久性,延长服役寿命的4种基本方法:1)精细设计微纳米多级复合结构;2)引入粘结层以加固表面微观结构;3)不使用低表面能物质,仅靠粗糙结构实现超疏水;4)构建自修复表面。最后对该领域未来的研究重点和发展趋势进行了展望。     

坡缕石载铜复合纳米润滑添加剂的制备及摩擦学性能研究

使用化学还原法制备坡缕石载铜复合纳米颗粒,以铸铁HT200作为摩擦副,采用MMU-10G摩擦磨损试验机研究该纳米颗粒作为润滑添加剂的摩擦学行为,使用EPMA-1600电子探针、金相显微镜、Genesis能谱仪进行试样磨损面形貌观察和组成元素分析。实验结果表明:该纳米复合颗粒作为润滑添加剂具有优异的减摩效果和良好的抗磨性能,与基础油150N相比,平均摩擦因数下降66.2%,对应的摩擦副试件磨损失重减少80.9%,在试件表面生成由纳米坡缕石和纳米铜共同组成的自修复膜。     

锡锌复合半流体脂的摩擦学和自修复性能研究

针对钢-铜摩擦副类机械零件表面的磨损,研究了一种用微米级锡粉和锌粉与Li基脂、VG32号油混合制备的锡锌复合半流体脂,通过机械摩擦作用,它能在铜试样上形成较厚的自修复摩擦涂层。在MS-800型改进四球式试验机上考察了涂层在不同载荷和转速下的摩擦磨损性能,用X射线光电子能谱仪(XPS)分析了涂层表面的主要元素。结果表明,涂层主要由Zn、Sn、Cu、C及O等元素组成,它能有效地改善钢-铜摩擦副的摩擦磨损性能。     

静电放电损伤自修复数字电路模型的建立与优化

为了使数字电路在产生故障失效后实现功能自动恢复,提高电路可靠性,基于演化硬件(EHW)原理建立了自修复数字电路模型,该模型主要包括微处理器和重配置电路2个部分。利用自修复数字电路模型实现无刷直流电机控制系统中的换相电路,并对换相电路进行了故障注入修复实验。深入分析了自修复数字电路模型对电路演化修复的影响,通过引入关键函数对自修复数字电路模型进行了改进。实验结果表明,当注入故障单元数小于总单元数的50%时,改进后的自修复数字电路模型修复率达到100%。因此,该模型能够对部分故障进行成功修复,改进的自修复数字电路模型降低了电路生成时间,提高了电路修复概率和速度。     

混凝土损伤自修复仿真分析与试验研究

利用修复胶粘剂对裂缝的填充及修复特性,研究了一种内置胶囊自修复混凝土。通过有限元分析软件ANSYS,对内置胶囊混凝土的损伤自修复全过程进行了计算分析,揭示了损伤自修复的机理。通过试验验证了计算分析方法的正确性和合理性。试验结果表明:内置胶囊混凝土具有良好的自修复能力,一旦混凝土中出现损伤或裂缝,修复胶囊及时破裂,其中的修复胶粘剂流出,使其修复;修复后的混凝土试件,其性能有所提高。     

基于多主体协作技术的光纤Bragg光栅传感器网络自修复实现

针对光纤布拉格光栅(FBG)传感器监测飞机机翼盒段试验件上的静态载荷,对多主体协作技术实现结构健康监测中光纤Bragg光栅传感器网络的自修复性进行研究。当某个主体的光纤Bragg光栅传感器发生故障时,首先,传感主体依据采集到的传感器信号利用支持向量回归机算法对外部载荷位置进行预测,然后系统协作主体对两个主体的预测结果进行协作,共同对故障传感器信号进行修复,最终获得损伤位置的识别结果。研究表明:多主体协作之后的损伤位置平均识别精度比单独采用任何一个主体的平均识别精度都高,可以对失效传感器信号进行一定的补偿、修复。     

原位合成ZrO2/MgO膜层及自修复裂纹研究

微弧氧化熔融冷却成膜过程出现的裂纹将影响膜层的强韧性和磨损性能。本文利用ZrO₂自身的强韧性,采用原位合成制备具有自修复裂纹作用的ZrO₂/MgO膜层,研究原位合成的ZrO₂对膜层磨损性能的影响。研究发现,微弧氧化原位合成ZrO₂在高温放电通道发生相变产生体积膨胀氧化锆界面萌生微裂纹,抑制了成膜过程裂纹扩展从而实现自修复膜层裂纹的作用。通过控制锆源含量可以实现了对膜层中ZrO₂含量的调控,膜层中原位ZrO₂含量为32%,ZrO₂/MgO膜层裂纹呈现细小分散化,裂纹密度较传统膜层下降63.4%,摩擦系数减小53.4%,磨损量降低66.7%。研究认为,原位合成的ZrO₂在膜层制备过程的自修复裂纹和耐磨性的提高,可以降低摩擦系数和磨损量,改善ZrO₂/MgO膜层表面磨损性能。     

蒙脱石和坡缕石纳米润滑油添加剂的摩擦学性能

将KH550偶联剂修饰的纳米蒙脱石和纳米坡缕石,分别按质量比3%添加到150N基础油中制备2种纳米润滑油分散体系,用激光粒度分析仪、TEM、IR表征纳米添加剂的分散稳定性,在MMU-10G摩擦磨损试验机上测试2种纳米润滑油对45#钢的减摩抗磨性能,用SEM和EDX等分析摩擦试样表面成分与形貌的变化及影响摩擦学性能的机制。结果表明:纳米蒙脱石平均粒径较小,在150N基础油中分散更稳定;2种纳米润滑油相比纯基础油润滑时的平均摩擦因数和磨损量均明显下降,其中纳米蒙脱石润滑油的抗磨减摩性能最好;2种纳米润滑油润滑时摩擦试样表面分别生成了含蒙脱石和坡缕石特征元素的自修复膜层,其中蒙脱石特征元素含量相对较高,说明纳米蒙脱石摩擦学性能更好。