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高热导电绝缘氮化铝陶瓷在宇航器件中的应用:概述、挑战和展望

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硅酸盐学报 2022年第6期50卷 1701-1714页

作者：何端鹏黄雪吟任刚汪洋于翔天李岩邢焰高鸿中国航天宇航元器件工程中心北京100094 中国电子技术标准化研究院北京100007 中央军委装备发展部装备项目管理中心北京100071

氮化铝(AlN)陶瓷具有高热导、高电阻、低介电损耗、低膨胀以及良好的力学性能等特性,可用作高性能导热基板和陶瓷封装材料。本工作评述了AlN粉体及陶瓷的制备技术、性能特性及宇航应用等方面的研究状况,讨论了宇航应用的挑战和启发,进... 详细信息

氮化铝(AlN)陶瓷具有高热导、高电阻、低介电损耗、低膨胀以及良好的力学性能等特性,可用作高性能导热基板和陶瓷封装材料。本工作评述了AlN粉体及陶瓷的制备技术、性能特性及宇航应用等方面的研究状况,讨论了宇航应用的挑战和启发,进一步对其在空间技术中的应用潜力进行展望。

关键词：氮化铝高导热电绝缘宇航器件挑战展望

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碳纤维热导率与其微观结构参数的关系

宇航材料工艺 2023年第2期53卷 105-110页

作者：何端鹏张磊高鸿李岩王茹中国空间技术研究院北京100094 战略支援部队航天系统部装备部军代局北京一室北京100074

碳纤维具有多晶多相特性,为了研究微晶结构特性对热导率的影响,本文通过XRD对碳纤维的微观特征结构参数的表征,对导热性能与微观特征结构的关联性进行了研究。研究结果表明,碳纤维热导率随着石墨微晶的基面宽度(La)、堆砌厚度(Lc)和平... 详细信息

碳纤维具有多晶多相特性,为了研究微晶结构特性对热导率的影响,本文通过XRD对碳纤维的微观特征结构参数的表征,对导热性能与微观特征结构的关联性进行了研究。研究结果表明,碳纤维热导率随着石墨微晶的基面宽度(La)、堆砌厚度(Lc)和平均堆垛层数(N)的增大而增大,随着孔隙率(Vp)的增大而降低。基于Raman图谱的分峰拟合信息,对碳纤维的石墨化度进行分析。结果显示,碳纤维的石墨化度越大,热导率越高。

关键词：碳纤维热导率微观特征结构微晶尺寸孔隙率石墨化度

真空100keV质子辐照对石墨膜热性能的影响

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宇航材料工艺 2023年第2期53卷 100-104页

作者：吴冰王向轲何端鹏李岩王茹中国空间技术研究院北京100094 战略支援部队航天系统部装备部军代局北京一室北京100074

研究了25μm石墨膜在能量100 keV最大注量2.5×10^(15)p/cm^(2)的真空质子辐照条件下的微观结构和热性能,采用拉曼光谱(Raman spectrum)、X射线衍射(XRD)、X射线光电子能谱(XPS)进行微观结构分析,采用激光闪射法(LFA)进行热性能分析。... 详细信息

研究了25μm石墨膜在能量100 keV最大注量2.5×10^(15)p/cm^(2)的真空质子辐照条件下的微观结构和热性能,采用拉曼光谱(Raman spectrum)、X射线衍射(XRD)、X射线光电子能谱(XPS)进行微观结构分析,采用激光闪射法(LFA)进行热性能分析。石墨膜晶面间距为0.335 83 nm,石墨化度为95.0%。结果发现,质子辐照会导致石墨膜表层产生缺陷,片层间距增大,石墨化度降低,氧含量升高;随着质子辐照注量的增加,Raman光谱中D和G峰的积分面积比表明缺陷密度不断增加。25μm石墨膜经过能量为100 keV注量为2.5×10^(15)p/cm^(2)质子辐照后,石墨膜热扩散系数无明显变化。

关键词：石墨膜质子辐照效应缺陷热性能

航天器材料应用验证特点及其指标体系设计与优化

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宇航材料工艺 2023年第2期53卷 1-6页

作者：于利夫高鸿何端鹏邢焰李岩刘泊天樊彦艳中国空间技术研究院北京100094

“材料应用验证”是为适应复杂工程研制任务而建立的一种材料多参数指标在特定服役需求下应用适用度评估的综合评价方法,也是通过一系列的试验、测试与表征手段获得材料各项性能数据、曲线、图谱,并通过综合分析确定材料应用可行性的分... 详细信息

“材料应用验证”是为适应复杂工程研制任务而建立的一种材料多参数指标在特定服役需求下应用适用度评估的综合评价方法,也是通过一系列的试验、测试与表征手段获得材料各项性能数据、曲线、图谱,并通过综合分析确定材料应用可行性的分析方法。文章从航天器发展对高性能、多样化材料快速应用转化需求出发,阐释材料应用验证任务具有指标体系的综合性、通用性、短周期、低成本以及闭环式验证特点,进而提出了覆盖性、关重性、精准性、独立性、经济性的指标体系设计原则,以及材料应用验证的三层级五要素即材料批次稳定性、工艺适用性、环境适应性、服役安全性及组件健壮性指标体系设计及优化方法。

关键词：航天器材料应用验证指标体系优化方法

牛骨基分级多孔炭材料的制备及其电化学性能研究

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牛骨基分级多孔炭材料的制备及其电化学性能研究

作者：何端鹏北京化工大学

学位级别：硕士

多孔炭材料比表面积高、孔隙发达、导电性能优良、化学稳定性好,在能源和环境等领域应用广泛。近年来发展的分级多孔炭材料具有三维连通的微孔-中孔-大孔的分级结构,可大幅提高多相传质速率,在高性能电化学材料方面具有潜在的应用价值... 详细信息

多孔炭材料比表面积高、孔隙发达、导电性能优良、化学稳定性好,在能源和环境等领域应用广泛。近年来发展的分级多孔炭材料具有三维连通的微孔-中孔-大孔的分级结构,可大幅提高多相传质速率,在高性能电化学材料方面具有潜在的应用价值。因此,研究开发分级多孔炭材料具有重要的科学意义与实用价值。本论文采用廉价易得的生物质,利用其精美有序的分级层状纳米结构,制备了系列的分级多孔炭材料,开展了超级电容器电极材料和氧还原电极催化剂的应用研究。首先,采用牛骨为原料,通过碳化、活化工艺制备了原位掺杂异质原子的分级多孔炭材料。研究表明,牛骨中的有机胶原蛋白是制备高功能化炭材料的重要前驱体,无机羟基磷灰石作为天然硬模板,有利于产生三维连通的介孔和大孔;实现了炭材料的比表面、孔结构与表面化学的可控制备。850℃活化温度制得高介孔率的分级多孔炭,比表面积高达2520 m2g-1,孔容达到3.18 m3g-1,氮含量为1.56%,氧含量为10.2%。在此基础上,将制备的分级多孔炭用于超级电容器电极材料,进行了电化学电容和器件性能研究。结果表明,分级多孔炭超高的比表面积有利于大幅提升双电层电容,高比例介孔提高了传质效率,原位掺杂的氧、氮基团提升了表面浸润性,增加了微孔利用率,并且通过可逆氧化还原反应增加了赝电容。测试表明,分级多孔炭比电容高达435Fg-1,倍率性能出色,且电化学稳定性能优异。采用分级孔炭材料作为正负极组装的超级电容器比电容高达85.2 F g-1,2万次循环充放电后电容保持率97.5%,输出能量密度30.3 Wh kg-1。最后,对所制备的分级多孔炭材料进行掺杂改性,研究了其在氧还原反应中的应用。研究表明,分级多孔炭的三维连通孔道结构有利于催化活性位点的高分散和反应中间体的传质。通过二茂铁和乙二胺热解掺杂制备的铁氮共掺杂多级孔炭催化剂(Fe-N-HPC)表现出良好的氧还原催化活性,反应为准四电子过程。通过热解维生素B12制备的钴氮共掺杂分级多孔炭(Co-N-HPC),比表面积高达859 m2 g-1,氧还原半波电位(E1/2)比商业Pt/C高8 mV,动力学电流密度(jk@0.8V vs. RHE)为204mA cm-2,达到Pt/C的两倍,且电化学稳定性好,抗甲醇中毒能力强。在此基础上,采用维生素B12为钴源,二茂铁为铁源,热解碳化制备的双金属共掺杂分级多孔炭(FeCo-N-HPC),氧还原催化活性进一步提高,E1/2比商业化Pt/C高23 mV,jk(@0.8V)达到51.6 mA cm-2,10000s恒电位反应电流衰减率仅为10.7%,稳定性显著优于Pt/C(35.2%)。

关键词：分级多孔炭氮氧原位掺杂超级电容器赝电容氧气还原反应金属-氮-炭

星载微波电路用高纯氧化铝基板的工艺适用性验证技术

同方学位论文库评论

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同方学位论文库

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宇航材料工艺 2023年第2期53卷 142-147页

作者：王平曲媛高鸿贾旭洲何端鹏刘泊天于利夫文明中国空间技术研究院西安分院西安710100 中国空间技术研究院北京100094

为了确保星载微波电路用高纯氧化铝基板的国产化可靠替代,本文通过全面分析星载产品用高纯氧化铝基板的工艺适用性验证需求,研究建立了星载微波电路用高纯氧化铝基板的工艺适用性验证指标体系,确定了验证试验项目,利用微波电路工艺件试... 详细信息

为了确保星载微波电路用高纯氧化铝基板的国产化可靠替代,本文通过全面分析星载产品用高纯氧化铝基板的工艺适用性验证需求,研究建立了星载微波电路用高纯氧化铝基板的工艺适用性验证指标体系,确定了验证试验项目,利用微波电路工艺件试验和组件产品环境适应性考核等试验验证手段,示范性地阐释了陶瓷基板类材料工艺适用性验证方法。研究表明,基于验证需求分析确定验证项目,通过试验与工艺实践获得各类验证数据进行多维度综合评价,可以给出客观完整、科学有效的工艺适用性验证结论。

关键词：微波电路高纯氧化铝基板工艺适用性验证

基于期刊文献数据可视化分析的我国碳纤维研究进展

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军民两用技术与产品 2023年第7期 57-65页

作者：刘泊天何端鹏李岩王向轲高鸿中国空间技术研究院宇航物资保障事业部

文献计量学是针对某一时期某一领域研究成果(论文),利用数学统计方法呈现研究现状、评述技术热点、分析预测发展趋势的一门学科[1-2]。文献计量方法始于1917年,最早应用于解剖学领域[2]。近年来,随着计算机和网络技术的发展,文献计量方... 详细信息

文献计量学是针对某一时期某一领域研究成果(论文),利用数学统计方法呈现研究现状、评述技术热点、分析预测发展趋势的一门学科[1-2]。文献计量方法始于1917年,最早应用于解剖学领域[2]。近年来,随着计算机和网络技术的发展,文献计量方法已广泛应用于图书馆学、情报学、经济学、医学、药学、科学学、材料学等人文社科和科学技术领域[3-7]。

关键词：文献计量方法文献计量学情报学期刊文献图书馆学数学统计方法科学学人文社科

模拟空间服役环境下低温共烧陶瓷材料特性评价

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宇航材料工艺 2023年第2期53卷 79-84页

作者：徐美娟王平李岩何端鹏李姗泽杨士成刘旭陈康中国空间技术研究院西安分院西安710100 中国空间技术研究院北京100094 西安海众电子科技有限公司西安710061

从航天器产品空间可靠性要求的角度出发,提出了低温共烧陶瓷(LTCC)材料在模拟空间服役环境下材料特性评价的方法,主要包括大温域、温度循环、辐照等试验的条件及试验后力/热性能及电性能评价方法,采用该方法对某国产LTCC材料进行了评价... 详细信息

从航天器产品空间可靠性要求的角度出发,提出了低温共烧陶瓷(LTCC)材料在模拟空间服役环境下材料特性评价的方法,主要包括大温域、温度循环、辐照等试验的条件及试验后力/热性能及电性能评价方法,采用该方法对某国产LTCC材料进行了评价。结果表明,在大温域试验条件下,热导率从-65℃时的4.77 W/(m·K)下降到了175℃时的2.89 W/(m·K),弯曲强度从-65℃时的445 MPa下降到了0℃时的310MPa并稳定在了310 MPa左右,热膨胀系数虽随温度的升高而增大,但随温度的变化趋势与同类进口材料基本一致,而在温度循环及模拟空间环境辐照试验条件下,各考核项目均变化不大,表明其性能基本可以满足宇航应用的可靠性要求,该研究成果可为LTCC材料的宇航应用提供技术指导。

关键词：空间服役环境 LTCC材料宇航应用

航天器用氰酸酯基胶黏剂的固化模型及固化工艺设计

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材料工程 2020年第10期48卷 60-67页

作者：何端鹏高鸿邢焰李岩王向轲中国空间技术研究院材料可靠性中心北京100094

采用非等温DSC法对氰酸酯胶黏剂的固化反应行为以及固化动力学进行了研究。利用Kissinger和Flynn-Wall-Ozawa动力学模型计算得到体系固化反应的表观活化能分别为101.3 kJ·mol^-1及99.4 kJ·mol^-1,通过Crane模型计算出固化反应级数为0.... 详细信息

采用非等温DSC法对氰酸酯胶黏剂的固化反应行为以及固化动力学进行了研究。利用Kissinger和Flynn-Wall-Ozawa动力学模型计算得到体系固化反应的表观活化能分别为101.3 kJ·mol^-1及99.4 kJ·mol^-1,通过Crane模型计算出固化反应级数为0.92,并构建了体系固化度与温度及时间关系的固化模型。利用"T-β"及"t-β"外推法获得体系固化反应温度及固化时间,强度实验证实了工艺参数设计的有效性。研究结果可为氰酸酯基胶黏剂的固化工艺及应用提供理论指导。

关键词：氰酸酯固化温度固化时间固化度 Kissinger Flynn-Wall-Ozawa Crane