凝胶网络模板法可控制备NaYF_4:Yb~(3+),Er~(3+)稀土上转换纳米颗粒

采用水凝胶空间网孔结构作为纳米级反应容器可控制备了NaYF4:Yb3+,Er3+稀土上转换发光纳米颗粒。通过控制交联剂密度可以改变网络凝胶网孔结构,用不同网孔结构的凝胶模板可以控制合成纳米颗粒。通过XRD、TEM、PL等方法研究了不同凝胶模板对颗粒的尺寸、发光性能的影响。结果表明,利用高分子交联后形成的凝胶网络,可以制得粒径在10 nm左右的NaYF4:Yb3+,Er3+纳米颗粒。随着交联剂浓度的升高,颗粒粒径及荧光强度都有所下降。本研究为稀土上转换发光纳米颗粒的制备提供了工艺简单、绿色环保的新方法。     

复合材料面层-泡沫金属夹芯板的振动及吸能特性分析

在冲击载荷作用下,泡沫金属夹芯板沿厚度方向存在不可忽略的压缩和剪切变形,故经典层合板理论不适用于这类夹芯结构的分析,必须考虑芯层的横向压缩和剪切变形。利用高阶理论考虑芯层的横向剪切和正应变,应用Kirchhoff理论分析上下面层。采用哈密尔顿方程和加权伽辽金法获得夹芯结构振动方程;根据振动方程,边界条件和初始条件,利用4阶Runge-Kutta法,在冲击载荷作用下,求出复合材料面层-泡沫金属夹芯板在弹性变形阶段的横向动态位移,同时求出夹芯板的固有频率并与有限元计算结果进行比较,二者吻合很好。讨论不同复合材料面层铺设角、阻尼比及芯层厚度参数对夹芯结构振动特性的影响,结果表明：改变复合材料面层铺设角及芯层厚度,可改变夹芯结构的整体刚度,进而影响结构的振动特性;阻尼耗散结构能量,可加速结构振动的衰减。通过分析复合材料面层-泡沫金属夹芯板的能量吸收特性,得出了由于泡沫芯层承受横向压缩和剪切变形而具有良好吸能特性的结论。     

轻质多孔材料与结构研究的最新进展

大力推进材料和装备的轻量化、减量化是实现节能减排、加快建设节约型社会的关键措施,是新世纪工程科技的发展方向。大至海洋平台、大飞机机身和动车组车体,再到日常生活中的车辆,乃至小电子散热器件等,轻量化和多功能化均成为其发展中重要一环。围绕相关特殊工况应用条件下的轻质材料与结构的设计和研究面临一系列挑战：质量轻、力学强度高、散热性能好、动力学性能和隔振、隔声性能可调等多功能要求,因此如何在现有的材料和结构基础上进一步减轻重量并获得更优良的综合性能是材料科学、固体力学、传热、声学、优化设计等诸多领域工作者面临的共同挑战。基于本课题组近5年来围绕“超轻多孔结构创新构型的多功能化基础研究”国家基础研究计划项目所开展的一系列工作,综述了国内超轻多孔材料与结构最新发展水平的研究成果,总结了具有特定或多功能化应用的这类新型轻质多孔材料多学科交叉研究的进展,包括材料制备,力学、热学和声学特性,以及无损检测及优化设计等。     

落锤冲击下叠层铝板的动态响应

叠层金属板作为一种新型抗冲击结构日益受到国内外关注。首先通过落锤冲击试验,研究了叠层铝板的变形以及对冲击物加速度的影响,对比了其与相同面密度单层铝板动态结构响应的异同。随后采用动态非线性有限元方法,对叠层铝板的落锤冲击试验进行了仿真计算,且仿真结果与试验吻合良好。结果表明：受到相同冲击载荷时,与单层板相比,多层叠层板可大幅降低加速度峰值,对冲击物(锤头)的缓冲效果更佳,起到更好的保护作用;叠层板在冲击点处的最大位移大于相同面密度单层板的最大位移,且随着总厚度(叠层数)的增加,差值逐渐增大;叠层板的层间摩擦因数显著影响其背凸位移,摩擦因数很小或很大时,背凸位移均减小。     

一种SiC陶瓷支架增强铸铁基复合材料的制备(英文)

提出了一种基于一系列材料处理技术的新颖方法来制备SiC陶瓷支架增强铸铁基复合材料。考察了该复合材料的界面行为和磨损性能。结果表明:对具有分级大孔、交联网络结构和高气孔率特征的碳模板进行有效硅化可制备出高质量的SiC陶瓷支架。陶瓷增强体中高含量自由Si和金属基体中SiC的石墨化与活性元素(如Fe和Cr)的存在导致了强烈的界面反应,结果引起SiC陶瓷支架的严重分解。与金属基体材料的耐磨性能相比,由于SiC陶瓷支架的添加,该复合材料的耐磨性能得到明显提高。     

兼具承载、吸能、吸声等多功能特性的超轻多孔材料创新构型设计

高孔隙率超轻多孔材料按照其内部孔形貌可分为随机多孔以及规则多孔两大类。随机多孔材料内部的孔大小不等且排布非均匀,包括闭孔及通孔泡沫材料、纤维多孔材料、颗粒多孔材料等。除了具有良好的缓冲、吸能特性,通孔泡沫也是常用的吸声材料。规则多孔材料的孔结构周期排布,如点阵结构,具有高比刚度、高比强等优良的力学性能,但一般不具备吸声性能。在随机多孔及规则多孔材料研究基础上,将泡沫材料和蜂窝、波纹等点阵材料复合,设计出了兼具超轻、承载、吸能、吸声等多功能特性的新型混杂多孔材料和结构。首先,研究了泡沫复合点阵、蜂窝复合波纹两种混杂多孔三明治结构的强度以及能量吸收特性。研究发现,相较于单一泡沫、点阵等传统多孔材料,相同质量的混杂多孔结构具有更高的压缩/剪切强度和能量吸收能力。随后,在泡沫-点阵和蜂窝-波纹混杂多孔三明治结构中分别引入亚毫米微穿孔,发现微穿孔混杂多孔三明治结构能够在保持其优良力学性能的基础上,实现较宽频率范围内的有效吸声。最后,引入一个综合考虑质量、吸声和刚度的性能系数,实现了微穿孔混杂多孔三明治结构的优化设计。     

超轻多孔金属的耐腐蚀性能

研究闭孔泡沫铝的孔结构、基体对耐蚀性能的影响,探讨提高耐腐蚀性能的途径。结果表明：其耐蚀性远低于实体金属,在孔径相近情况下,随孔隙率的增大,表面积增大,使耐腐蚀性能下降;Al-Mg-Re基防锈泡沫铝具有优异的耐腐蚀性能;添加适量稀土元素可以提高耐腐蚀性能。提高泡沫铝耐腐蚀性能的途径为：降低小孔径泡沫铝的孔隙率;采用防锈泡沫铝和添加适量稀土元素;对泡沫铝进行喷漆处理或阳极氧化、化学转化处理等。     

酚醛树脂聚合相分离热解制备介孔碳

采用酚醛树脂聚合相分离热解制备多孔碳, 用压汞仪和场发射扫描电镜对多孔碳性能进行表征, 同时研究了固化催化剂含量对多孔碳性能的影响. 实验结果表明, 制备得到的多孔碳的孔呈交联互通状且孔径分布较窄, 大部分孔分布在20～50nm之间. 多孔碳的平均孔径约40nm. 高固化催化剂含量使多孔碳具有更薄的孔壁及更高的显气孔率. 当固化催化剂含量为15%时, 多孔碳的显气孔率为54.3%. 胶凝速度以及体积收缩是改变多孔碳性能的两个因素.     

CT20钛合金管材的冷轧工艺及组织性能的研究

研究了CT20低温钛合金管材的加工工艺及冷轧变形量、退火温度对管材力学性能的影响。结果表明：CT20合金对加工硬化不敏感,冷轧最大变形量应控制在45％以内;CT20合金管材通过不同温度热处理所获得的等轴、双态和片状组织的室温力学性能差别不大;20K低温下由于孪生变形的发生,片状组织的塑性最好,双态组织则介于片状和等轴组织之间;管材为等轴和双态组织时,冷成型性能优异;对管材进行αt＋β两相区910℃×1h,FC的热处理,可获得综合性能优良的双态组织。     

泡沫铝填充金属波纹板耦合增强机理研究

将闭孔泡沫铝填充到空心金属波纹板孔隙当中即可获得泡沫铝填充波纹板结构,对其准静态压缩吸能特性进行实验表征。研究表明,泡沫铝填充波纹板其压缩应力远高于泡沫铝与空心波纹板二者单独压缩应力之和,表现出明显的耦合增强效应,其单位质量峰值抗压缩强度及单位质量能量吸收率(SEA)可分别高达对应空心结构的6.3及14.8倍,即使和泡沫铝相比,其SEA仍可提高50%以上。进一步通过对空心波纹芯体结构的屈曲变形模式研究表明,泡沫铝的填充给予了波纹芯体单元足够强的横向支撑,使其变形模式转变为空心结构难以产生的更加高阶的屈曲变形模式,屈曲波长变短,产生耦合增强效应。