超临界发泡制备泡沫炭及其泡孔形成机理

分别以中间相沥青和甲苯作碳质前驱体和发泡剂,采用超临界发泡技术制备出孔径为10~25μm的泡沫炭,并着重研究了超临界发泡条件对泡沫炭的孔形及韧带结构的影响。超临界发泡包括成核、扩散、聚集及膨胀过程,同时泡孔的形成也是热力学、动力学及力学行为综合作用的结果。由于中间相沥青中存在轻组分,超临界发泡过程伴随着自发泡过程,由此可获得层次孔结构的泡沫炭。     

石墨烯纳米片/密胺复合泡沫性能增强机制研究

目的 探究三聚氰胺与甲醛原料比例、发泡剂正戊烷含量、乳化剂OP-10含量和固化剂甲酸含量对密胺泡沫发泡过程的影响及作用机理,并制备石墨烯纳米片/密胺复合泡沫材料,改善密胺泡沫力学性能,提高密胺泡沫材料热稳定性以及阻燃性。方法 通过调整原料比例、改变不同助剂的掺量探究发泡工艺对泡沫结构的影响,并研究石墨烯纳米片对复合泡沫性能的增强机制。对样品进行力学性能测试,并通过扫描电子显微镜和热重分析仪对泡沫微观结构和热力学性能进行分析。结果 当三聚氰胺与甲醛物质的量之比为1︰3~1︰4时,预聚体交联度高,结构完整;当正戊烷质量分数为33%时,能够为预聚体提供足够的成核点;当甲酸质量分数为8%时,固化速度适宜;当OP-10质量分数为4%~6%时,有效降低了界面张力。添加石墨烯纳米片使复合泡沫最高压缩强度达到23.86 kPa,最高残碳率上升为8.24%,热导率仅上升0.006 W/(m.K),保持了良好的保温隔热性能。结论 甲醛与三聚氰胺的物质的量之比会影响预聚体交联程度;正戊烷因其低沸点而促进了泡沫成核;甲酸通过为基体提供更多的交联点加速了固化速度;OP-10在发泡过程中通过调整与发泡剂的相容性以及作为表面活性剂发挥了作用。石墨烯纳米片的添加提高了复合泡沫的力学性能,在保持低密度和低热导率的同时进一步增强了其热稳定性及其阻燃能力。     

爆破拆除的泡沫复合降尘机理

描述了流经格栅网孔的爆生尘气液滴群,和风阻气压迫使部分含尘气流从地板水浴流过液层接触,以及在狭窄封闭的廻流中,尘气紊流侵入与原有泡沫混合,均可形成含尘气泡沫和原有泡沫群包围的含尘空间。该气泡(空间)中的粉尘重力沉降在气泡(空间)内壁上,是最佳降尘方式。泡径(空间)越小降尘效率越高。当外向正压格栅阻隔空气条件下,可建立爆前原有泡沫、爆生尘气泡沫和液滴,在流速差时的复合降尘模型,并提出了包含泡沫、液滴、粉尘的一维尘气流动的质量平衡微分方程组,获得了解析解,由此可以得到结论:泡沫降尘暨具有自身捕尘又兼有液滴降尘的双重机理。在泡沫相对稳定期,泡沫具有较高的降尘效率;当泡沫迅速破泡后,变为大量液滴,形成突增性密集水雾,降尘效果也是显著的。泡沫外壁的捕尘机理,主要是截留和惯性碰撞。适当泡径的单泡群,降尘效率较好。在封闭或单侧敞开的一维尘流空间,阻隔空气混入较小的粉尘空间,提高粉尘浓度、泡沫流量和泡沫密度以及单泡的捕尘效率是提高泡沫总的除尘效率的途径。泡沫的降尘实验证明了以上模型是正确的,可用的。     

衬底负偏压增强金刚石成核机制的研究进展

综述了近几年来对衬底负偏压增强金刚石成核机制的研究,并且对各种机制进行了分析和讨论,提出了今后有待研究的问题。     

聚合物基复合泡沫材料的吸声机理

本文采用一次性化学发泡工艺制成了一种吸声性能优良的新型泡沫吸声材料。运用正交试验确定了最佳的配方和工艺条件。文中研究了发泡剂用量、乙丙橡胶用量等因素对材料吸声性能的影响 ,详细讨论了聚合物基泡沫吸声材料的吸声机理     

炭化温度对煤矸石增强泡沫炭材料力学性能的影响

以酚醛树脂为基体前躯体,以煤矸石为添加剂,通过化学发泡、固化及炭化工艺制备煤矸石增强酚醛树脂基泡沫炭材料,采用SEM、XRD、电子万能试验机等手段对材料的形貌、物相和力学性能进行表征,研究了炭化温度对其力学性能的影响。结果表明,当炭化温度为1400℃时,泡沫炭的孔洞较为完整,呈圆形或椭圆形,当温度超过1400℃时,孔壁变得粗糙,边沿出现裂纹。当温度由1100℃升高至1250℃开始出现莫来石物相,并随着温度的进一步升高莫来石含量逐渐增多。随着温度从1100℃升高到1550℃,该泡沫炭材料的压缩强度表现出升高趋势。     

纳米碳管对泡沫炭的超临界发泡行为及其力学性能的影响机制

采用超声波?磁力搅拌的方法, 实现了纳米碳管(CNTs)在中间相沥青(MP)中的均匀分散, 并考察了CNTs对泡沫炭的超临界发泡行为及其压缩强度的影响. 研究结果表明: 在超临界发泡过程中, 处于过饱和状态的甲苯将优先在CNTs/MP固-液界面处成核, 进而不断扩散、聚集、膨胀和发泡, 导致泡沫炭孔结构的均一性得以提高; 当在中间相沥青中均匀分散3.5wt%的CNTs后, 所制泡沫炭的压缩强度由3.2MPa提高到4.7MPa, 升高了46.9%; CNTs良好的导热性能降低了基体碳在石墨化过程中的热应力差异, 使得微裂纹的数量减少, 并且其一维纳米结构使得石墨化泡沫炭的孔壁和韧带结构得以增强.     

短纤维增强复合泡沫弹性性能数值模拟

采用二元模型对短纤维增强复合泡沫(SFRSF)材料进行了简化模拟,考虑了纤维在空间中分布的随机性,并分别采用不同单元类型在不考虑网格匹配的情况下对纤维和基体单独进行网格划分。之后,采用改进的单元嵌入技术(EET)耦合纤维与基体的自由度,并引入杆单元模拟界面相,描述了材料内部纤维与基体的传载机制,从而建立了能反映材料细观结构的有限元数值模型。在此基础上,研究了碳纤维含量和长度以及空心微珠含量和壁厚对SFRSF杨氏模量的影响规律。结果表明,该数值模型对SFRSF杨氏模量的预测与实验值吻合较好。增加碳纤维的含量和纤维长度能够有效提高SFRSF材料的杨氏模量,适当增加空心微珠壁厚一定程度上可以增加其杨氏模量。     

泡沫炭材料研究进展

泡沫炭是由孔泡和相互连接的孔泡壁组成的一种轻质多孔材料,在许多民用和军用领域有广泛的应用前景,是一种极具开发潜力的碳材料。主要介绍了泡沫炭的制备方法、结构、性能及应用,并结合泡沫炭的研究现状,展望了其今后发展方向。     

碳纳米管增强铝基复合泡沫的阻尼性能

通过填加造孔剂方法制备了碳纳米管（CNTs）增强铝基复合泡沫,采用热机械分析仪研究了测试温度、频率、外加振幅、泡沫的孔隙率和CNTs含量对其阻尼性能的影响,并分析了相关阻尼机制。结果表明:复合泡沫铝的阻尼性能随孔隙率和振幅的增大而提高,随着频率的增加而下降。在环境测试温度25~200℃范围内,复合泡沫的损耗因子变化较小;当温度高于200℃后,损耗因子随温度升高有明显的提高。CNTs的加入可以显著提高泡沫铝的阻尼性能,常温下3.0% CNTs增强的铝基复合泡沫的损耗因子达0.27,为泡沫铝的3.71倍。复合泡沫的阻尼机制主要为位错阻尼、晶界阻尼、孔隙阻尼、CNTs的本征阻尼和CNTs-Al间界面阻尼,其中本征和界面阻尼发挥了重要的增强作用。      

短纤维混杂增强PP复合泡沫材料的力学性能

将助剂预混与二次挤出工艺相结合制备含短纤维预发泡粒料, 并用型内二次发泡工艺制备了短炭纤维(SCF)、 短玻璃纤维(SGF)混杂增强聚丙烯(PP)复合泡沫材料。研究了在纤维总质量分数不变时, SCF与SGF的相对含量、 增强纤维与PP的界面性能及泡沫体的表观密度对PP复合泡沫材料的发泡效果和力学性能的影响。结果表明: SGF和SCF的同时加入能够改善PP的高温熔体强度, 获得孔径较小且均一的类球形的闭孔PP泡沫体。SGF和SCF混杂增强提高了PP复合泡沫材料的强度和模量, 且增强效果高于单一纤维, 当纤维总质量分数为15%, 且SGF ∶SCF为1 ∶1时(质量比), PP复合泡沫材料的抗弯强度和抗压强度最高, 而SGF ∶SCF为3 ∶1时, PP泡沫复合材料的冲击韧性和压缩模量达到最大值 。泡沫体的表观密度对PP复合泡沫材料的冲击韧性和抗压强度影响显著, 当表观密度从0.32g/cm3增至0.45g/cm3时, 冲击韧性和抗压强度分别从4.29kJ/m2和6.57MPa 提高到17.87kJ/m2和20.57MPa。      

炭泡沫的最新研究进展

以不同原料为主线,综述了炭泡沫制备技术的最新研究成果,并概述了炭泡沫改性及发泡机理方面取得的进展,同时对炭泡沫的应用情况进行总结。目前炭泡沫的研究热点主要集中在炭泡沫低成本制备技术、炭泡沫制备过程参数调控以及改性方法对炭泡沫性能的影响等方面。提出了整体炭泡沫制备技术存在的问题及改进思路。     

复合泡沫材料及其应用

随着人们对深海技术的不断探索,迫切需要一种轻质、高抗静水压材料在深海中为各类潜器提供稳定、可靠的浮力,高强度空心微球填料的出现将这变成了现实。由空心微球填料和连续相基体构成的材料被称为复合泡沫材料,它不使用发泡剂,密度和强度决定于所使用的空心填料。根据复合泡沫材料具有的特征,分别从海洋工程、航空航天等领域介绍了它的主要应用方向。其中详细介绍了作为水下装备固体浮力材料的发展历程以及国内外现状。     

钯铁合金共沉积行为及其成核机理的研究

应用循环伏安法和电位阶跃法研究了Pd-Fe合金电沉积的循环伏安特性与电结晶机理.结果表明,在以FeSO4·7H2O和Pd(NH3)2Cl2为主盐、磺基水杨酸(SSCS)为络合剂、(NH4)2SO4为导电盐所组成的镀液体系中,Pd-Fe合金共沉积经历了成核过程,而不是欠电位沉积,且其电沉积反应是一个不可逆过程;将Pd-Fe合金共沉积的恒电位暂态曲线进行拟合得知,其电结晶的成核过程属于三维瞬时成核方式.     

ZrSi_2/硼酚醛泡沫的制备及其裂解产物的增强机制

以ZrSi_2颗粒填充硼酚醛树脂制备了一种耐高温且裂解后结构较为完整的泡沫复合材料。研究了ZrSi_2颗粒质量分数对泡沫复合材料固化机制、高温裂解行为及裂解前后压缩性能的影响,并分析了ZrSi_2颗粒对泡沫复合材料裂解产物的增强机制。结果表明:添加的ZrSi_2颗粒虽未参与硼酚醛树脂的固化交联,但会和硼酚醛树脂裂解放出的气体挥发物发生化学反应,提高了裂解产物的残炭率和压缩比强度。当添加的ZrSi_2颗粒质量为硼酚醛树脂质量的10%时,裂解产物的残炭率和压缩比强度提高最为显著。ZrSi_2/硼酚醛泡沫经过裂解后,ZrSi_2颗粒作为第二相粒子钉扎在裂解产物的孔壁上,化学反应使得部分裂解气体挥发物被吸收并转化为固相产物,明显减少的缺陷提高了裂解产物的力学性能。     

泡沫炭的制备和性能

泡沫炭是一种开孔相连的轻质炭材料,其最大的特点是多样性和可设计性,具有成为新一代功能材料、结构材料的潜力.以美国橡树岭实验室所制备的泡沫炭为主线,综述了制备泡沫炭的主要方法及其性能,并展望了泡沫炭的应用.     

纤维/聚合物泡沫复合材料的增强机理及模量预测

主要概述了纤维/聚合物泡沫复合材料性能的影响因素,总结了纤维的增强机理,讨论并分析了应用Halpin-Kerner模型及其修正公式进行模量预测的可行性及与实测值存在偏差的原因,最后指出采用有限元建模将能考虑到更多的影响因素,模量预测结果更为接近实验结果。     

碳纳米管增强开孔铝基复合泡沫的疲劳性能

采用原位化学气相沉积、短时球磨和填加造孔剂法相结合的工艺制备了碳纳米管(CNTs)/Al复合泡沫,研究了其在压缩-压缩循环载荷下的力学性能及失效机制。结果表明,CNTs/Al复合泡沫的应变-循环次数曲线经历线弹性、应变硬化及应变快速增长三个阶段。不同于泡沫铝的逐层坍塌变形失效模式,CNTs/Al复合泡沫疲劳失效的主要原因是大量剪切变形带的形成,试样出现快速的塑性变形。此外,CNTs含量为2.5wt%、孔隙率为60%的复合泡沫试样的疲劳强度相比于泡沫铝提高了92%。CNTs的均匀分布及增强相与基体材料之间良好的界面结合性保证了疲劳载荷能够以剪切力的形式从基体传递到CNTs上,使其充分发挥自身高强度、高韧性的特点,进而提高了疲劳性能。      

雪晶成核和生长机理研究

在自然界,雪晶的形成是一个非常复杂的过程,要经历成核、生长、融并等阶段.探索雪晶的成核和生长机理对人工造雪技术的发展具有重要的作用.雪晶的形态是由冰晶的晶格结构和雪晶的生长环境所决定的.通过对均相成核和异相成核过程中自由能变化的分析,确定了晶核形成所需的临界半径和成核势垒,为研究晶核的形成过程提供了理论依据.依据雪晶质量生长率与水蒸汽通量之间的关系,从理论上明确了各种雪晶形态与生长速率之间的规律.     

CVD金刚石薄膜的成核机理研究

利用热丝化学气相沉积 ,在预沉积无定形碳的硅镜面基底及表面研磨预处理的铜基底上 ,实现了金刚石薄膜的沉积 ,并由此讨论了金刚石的成核机理。研究表明 ,无定形碳是金刚石成核的前驱态 ;成核密度不仅与基底材料有关 ,更主要由基底的表面状态决定 ,基底表面状态的设计是改善成核密度的最有效的方法。