中子及伽马射线复合屏蔽材料的研究进展

原子能工业的日益发展带来了核泄漏、核污染等安全隐患,人们必须采取严密的防护措施来保障涉核人员的身体健康和环境安全.众多核辐射类型中,中子和γ射线穿透性最强,屏蔽难度最大.然而,传统的中子屏蔽材料如硼、水、聚乙烯和伽马屏蔽材料如铅、铁、钨等屏蔽功能单一,屏蔽性能有限,有的热力学性能不佳,难以满足现代辐射防护的要求.在这方...     

Cosmic radiation shielding tests for UHMWPE fiber/nano-epoxy composites

Cosmic radiation shielding properties are important for spacecraft, and hydrogenous materials such as polyethylene have been shown to be effective in shielding against galactic cosmic rays and solar energetic particles. Ultrahigh molecular weight polyethylene (UHMWPE) fibers, which are effective in such shielding, also have advanced mechanical and physical properties, which potentially are very valuable for NASA space missions both as a radiation shield and as vehicle structure. In our previous studies, we fabricated a nano-epoxy matrix with reactive graphitic nanofibers that showed enhanced mechanical (including strength, modulus and toughness) and thermal properties (higher T_g, stable CTE, and higher ageing resistance), as well as wetting and adhesion ability to UHMWPE fibers. In this work, the radiation shielding performance of the UHMWPE fiber reinforced nano-epoxy composite was characterized by radiation tests at the NASA Space Radiation Laboratory at Brookhaven National Laboratory. The results showed that the high radiation shielding performance associated with UHMWPE was not degraded by the addition of graphitic nanofibers in the matrix. Together with the previous studies showing higher mechanical properties, these new studies validate the importance of the UHMWPE fiber/nano-epoxy composite for potential applications in more durable space composites and structures, and offer reduced manufacturing costs and wider design applications through avoidance of specialized and in some cases ineffective UHMWPE fiber surface treatment processes.     

聚合物基电磁屏蔽复合材料的结构设计与性能研究进展

对近年来关于聚合物基电磁屏蔽材料的报道进行了综述.重点总结分析了不同结构(如多孔结构、隔离结构和分层结构)及其他特殊结构聚合物基电磁屏蔽材料的屏蔽效能和屏蔽机制.与均匀分布聚合物基复合材料相比,通过结构设计使填料富集,再取向并连通从而形成高效导电网络,不仅能减少填料用量,且能有效提高复合材料的电磁屏蔽性能.最后,提出了...     

Composite electromagnetic interference shielding materials for aerospace applications

Electromagnetic interference (EMI) occurs when electronic devices are subject to electromagnetic radiation from unwanted sources at the same frequency ranges that these devices operate. Metals typically serve as excellent EMI shielding agents, but their heavy weight, high cost and susceptibility to forms of environmental degradation make them an undesired choice for many current electronic devices. Conversely fibre reinforced polymeric (FRP) composite materials are normally light weight, and can be cheaper to produce, but typically lack the inherent EMI shielding capabilities that may be required. This research work addresses the viability FRP composite materials for use as EMI shielding structures, specifically for aerospace applications. It was found that carbon fibre could suffice this purpose, but likely required filler materials to enhance electrical conductivity and shielding effectiveness (SE).     

中子和伽马射线综合屏蔽材料研究进展

核屏蔽设计的主要任务是屏蔽中子和γ射线,因此,兼具中子和γ射线综合屏蔽性能的屏蔽材料无疑是核屏蔽设计时的最佳选择。本文主要针对中子和γ射线综合屏蔽材料的种类、基质材料和性能进行了分析和综述,探讨了现有中子和γ射线综合屏蔽材料存在的主要问题,认为屏蔽材料的屏蔽性能与其他性能(如力学性能、耐热性等)之间的矛盾是屏蔽材料需要解决的关键问题。最后,展望了未来中子和γ射线综合屏蔽材料的研究方向,指出结构功能一体化屏蔽材料的研究应用是未来一大发展趋势。     

Research status and development of magnesium matrix composites

ABSTRACT

Magnesium and its alloys, as the metal materials with the lowest density among structural materials, have attracted much attention due to their excellent properties such as high specific stiffness, good electromagnetic shielding properties and good vibration damping effects. However, its low strength, inherent brittleness and poor corrosion resistance limit its application in various industries. By adding a reinforcing phase to the magnesium matrix, a magnesium-based composite material having excellent properties has become one of the effective ways to realise the industrial application of magnesium alloys. This article reviews the recent research progress of magnesium-based composites, including the reinforcing phases and preparation methods of magnesium-based composites, and looks forward to the future development and research directions of magnesium-based composites.     

高分子辐射材料的研究进展

介绍了高分子辐射材料的开发研究现状,重点论述了高分子防辐射屏蔽材料、辐射聚 合材料、辐射交联材料和辐射接枝材料的研究发展。     

B_4C_P/PI聚酰亚胺复合薄膜耐高温及热中子辐照屏蔽性能研究

以耐高温型聚酰亚胺为基体,微米碳化硼(B_4C)为热中子吸收剂,采用粉体表面改性及超声湿混-热亚胺化成膜工艺成功制备了一系列B_4CP/PI聚酰亚胺复合薄膜,重点探讨了不同B_4C含量条件下复合薄膜的耐热性能和力学性能以及不同B_4C含量、不同复合薄膜厚度条件下复合材料的热中子屏蔽性能。研究表明:采用上述工艺,B_4C功能粒子在聚酰亚胺基体中可均匀分散;B_4CP/PI复合薄膜的耐热性随B_4C含量的增加显著提高,力学性能则呈相反趋势;所制备的B_4CP/PI复合薄膜表现出优异的热中子屏蔽性能,中子透射率I/I0随复合薄膜厚度增加及B_4C含量增加呈指数变化规律。据此,可通过材料结构设计,满足不同领域对该类耐高温中子防护材料的应用需求。     

MXene基薄膜的有序组装及其在储能和电磁干扰屏蔽中的应用

5G电子消费产品日益普及,给人们的生活带来便利的同时也存在一些问题,如电磁干扰(EMI)风险大幅度提高,5G网络耗电速度快等。因此需要开发具有高EMI屏蔽性能的膜材料和高容量的电极材料来解决这些问题。作为一种新型二维材料,过渡金属碳化物、氮化物或氮碳化物(称为MXene)具有出色的导电性、低密度、亲水性表面、二维层状形态和可调节的表面化学性质等诸多优势。此外,由于MXene具有容易成膜的特点,在EMI屏蔽和储能设备等领域具有巨大的应用潜力。目前已经报道了很多基于MXene复合薄膜的工作,本文首先介绍了MXene纳米片的合成方法,然后讨论了MXene基复合薄膜的制备方法,目的是总结制备MXene复合薄膜的各种方法及其优缺点。其次,分别介绍了MXene在锂离子电池和超级电容器及EMI屏蔽膜中的应用,分析了目前的发展趋势,并且对目前主流的复合材料进行了对比,归纳了MXene复合薄膜在结构和性能上的特点和优势。最后,提出了目前MXene复合薄膜的发展所存在的问题,并对未来发展进行了展望。     

航天器结构材料的应用现状与未来展望

随着大型复杂高精度航天器的迅速发展和深空探测器开发进程的加快,航天器对于轻质高强结构材料的需求异常迫切。轻合金、碳纤维复合材料等的进步为航天器结构的更新换代做出重要贡献,成为当前航天器结构材料的主体,增材制造的发展又为材料结构形式的改进提供了重要手段。文章从航天器结构材料的需求出发,分析了卫星常用金属材料与复合材料的基本性能、应用情况及存在的问题。最后结合近年来开展的预先研究和其他行业的材料发展及新兴技术的出现,对航天器用结构材料的未来发展进行了展望。     

冲击磨损工况下铁基耐磨材料的现状及发展

在破碎、研磨、挖掘等机械设备上,因其常常受物料的冲击磨损,导致耐磨件快速失效,每年耐磨件消耗量很大,如何实现耐磨性和经济效益的有机统一是人们关注的问题。而耐磨材料也在不断地发展,从第一代钢铁耐磨材料Mn13到第三代钢铁耐磨材料高铬铸铁,再到陶瓷颗粒增强复合材料,以应对不同磨损工况。冲击磨料磨损是一种较为复杂的磨损工况,要求材料具有较高的硬度,同时材料还要保持一定的韧性以抵抗冲击力。针对冲击磨损工况下铁基耐磨材料,介绍了国内外耐磨材料的发展现状,概述了从高锰钢到复合材料,再到复合结构的发展过程,总结了复合材料从基体的选择到增强颗粒的选择,及多种颗粒混合增强的研究进展,重点对陶瓷颗粒增强铁基复合材料及复合结构进行了较为全面的介绍,从软质基体包嵌硬质单元和硬质基体包嵌强韧网络单元两种复合方式进行分析,并对未来复合结构技术的发展进行展望。     

碳化硅颗粒增强铝基复合材料颗粒表面改性技术研究现状

SiC颗粒增强铝基复合材料因具有高的比强度、比刚度、耐磨性及较好的高温稳定性而被广泛应用于航空航天、电子、医疗等领域,但由于SiC颗粒高熔点、高硬度的特点以及SiC颗粒与铝基体间存在界面反应,碳化硅铝基复合材料存在加工性差、界面结合力不足等问题,已无法满足航天等领域对材料性能更高的要求,因此开展如何改善基体与颗粒之间界面情况的研究对进一步提升复合材料综合性能具有重要的科学意义。结合国内外现有研究成果,总结了SiC颗粒与铝基体界面强化机制、界面反应特点、表面改性技术原理及数值建模的发展现状,结果表明,现有经单一表面改性方法处理后的增强颗粒对铝基复合材料性能的提升程度有限,因此如何采用新的手段使复合材料性能进一步提升将成为后续研究热点,且基于有限元数值模拟方法进行复合材料设计也是必然趋势。最后针对单一强化性能提升有限的问题,提出了基于表面改性的柔性颗粒多模式强化方法,同时针对现有的技术难点展望了后续的研究方向,以期为颗粒增强复合材料的制备提供理论参考。     

电磁屏蔽理论及屏蔽材料的制备

介绍了电磁屏蔽材料的屏蔽原理及其发展现状,复合导电纤维和金属化织物具有高的电导率、良好的电磁屏蔽效果好,是极具发展前景的一类包装材料.目前我国在电磁屏蔽材料领域同国际水平差距较大,应当加强电磁屏蔽材料的研究与开发,不断提高产品的竞争能力.     

镁合金及其复合材料电磁屏蔽性能研究进展

航空航天、信息通信等领域不断发展,随之产生的电磁干扰也逐渐被人们重视,面对电磁屏蔽材料兼顾结构轻量化的功能/结构一体化发展趋势,已经有越来越多的研究者将关注点放在了镁合金及其复合材料上。镁合金作为一种密度极低的金属材料,具有较高的比强度和比刚度、优异的阻尼和电磁屏蔽性能,以镁合金为基体制备复合材料可进一步提升材料的综合性能,兼具高导电性、导热性和优异力学性能的碳纳米管（CNTs）、纳米石墨烯（GNPs）等纳米碳基材料和具有特殊空心结构的粉煤灰球（FACs）均可作为镁合金复合材料的增强体,综合提升材料的力学和电磁屏蔽性能。目前,针对镁合金及其复合材料的电磁屏蔽性能研究主要集中于合金化元素选择及成分设计、热处理及加工工艺、晶粒尺寸、织构及相分布、复合材料体系设计等方面。从电磁屏蔽原理出发,综述了近年来镁合金及其复合材料电磁屏蔽性能的研究,主要对镁合金及其复合材料导电、导磁性的影响因素进行了介绍,并讨论了作为复合材料提升镁合金电磁屏蔽性能的机理,最后针对这类轻量化电磁屏蔽结构材料的应用前景进行了展望。     

窄X射线束屏蔽材料铅当量测量研究

辐射防护材料屏蔽性能常用铅当量表示,为了准确衡量不同防护材料的屏蔽能力,根据IEC 61331标准,研究建立了用于铅当量测量的X射线辐射质.利用EGSnrc软件对辐射质能谱进行了模拟,研究了不同厚度的铅对辐射质能谱的影响以及窄射线束X射线铅当量测量方法,并在窄射线束条件下对16种不同防护材料进行了铅当量测量.结果表明建...     

复合相变蓄热材料研究进展

相变材料是目前热门的功能材料,在储存和释放能量的过程中,温度保持不变或稳定在一定的温度区间内,使得相变材料不仅能实现热量储存且具有温度调控功能。复合相变材料由于具有多种单一材料的性质而成为研究热点,并广泛应用在建筑节能、电子器件热管理等方面。本文分类归纳了相变材料的特征,并根据化学成分不同将复合相变蓄热材料分为有机-有机、无机-无机和有机-无机三大类,结合研究现状分类梳理了不同类型复合相变蓄热材料的优缺点,并对其蓄热特性进行归纳对比。总结了复合相变蓄热材料的应用现状,结合能源应用现状和环境情况进一步分析了今后的研究和发展方向,认为未来的复合相变材料应该是高效蓄热、灵敏准确、价格低廉、环保可降解的新型复合相变材料。     

铅基核屏蔽材料的研究现状及发展前景展望

简述了核屏蔽材料的一般要求,综述了目前常用屏蔽材料的种类、使用特点以及研究现状,指出了新型铅基核屏蔽材料的研究方向,即功能/结构一体化、纳米铅基复合、基于遗传算法的优化设计方法在新型核屏蔽材料设计中的作用,同时展望了铅基核屏蔽材料的发展前景。     

A review of recent research on mechanics of multifunctional composite materials and structures

In response to the marked increase in research activity and publications in multifunctional materials and structures in the last few years, this article is an attempt to identify the topics that are most relevant to multifunctional composite materials and structures and review representative journal publications that are related to those topics. Articles covering developments in both multiple structural functions and integrated structural and non-structural functions since 2000 are emphasized. Structural functions include mechanical properties like strength, stiffness, fracture toughness, and damping, while non-structural functions include electrical and/or thermal conductivity, sensing and actuation, energy harvesting/storage, self-healing capability, electromagnetic interference (EMI) shielding, recyclability and biodegradability. Many of these recent developments are associated with polymeric composite materials and corresponding advances in nanomaterials and nanostructures, as are many of the articles reviewed. The article concludes with a discussion of recent applications of multifunctional materials and structures, such as morphing aircraft wings, structurally integrated electronic components, biomedical nanoparticles for dispensing drugs and diagnostics, and optically transparent impact absorbing structures. Several suggestions regarding future research needs are also presented.     

石墨烯基聚合物复合电解质的设计、性能及其应用研究进展

固态电化学器件具有柔性好、安全性能高及能量密度高等优点,属于极有前景的新一代化学能源器件。固态电解质是实现电化学器件固态化的关键,其中石墨烯基聚合物复合电解质由传统聚合物电解质发展而来,是一类含有石墨烯纳米填料和聚合物基体的新型固态电解质,具有较高的离子电导率、良好的加工性能及优异的界面特性,现已成为固态电化学器件研发中备受关注的电解质材料。本文着重讨论了近年来石墨烯基聚合物复合电解质的结构设计、性能机制及在各种电化学储能器件中应用的研究进展。      

碳纤维增强水泥基复合材料屏蔽性能的研究

现代电子技术的迅速发展不可避免地带来了电磁辐射所造成的环境污染.选择合适的屏蔽材料,利用其反射、吸收、多层反射等功能是消除电磁污染的有效手段.碳纤维除具有高弹性、高模量、低密度、耐腐蚀等优良性能被当作许多复合材料的增强体外,还具有良好的导电性,将其加入到水泥基体中制成碳纤维增强水泥基复合材料(CFRC),不仅使水泥自身力学性能得到改善,而且可作为防止电磁辐射或核辐射的优良屏蔽体.