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微纳层叠复合材料力学性能的增强机理

工程科学学报 2023年第3期45卷 380-388页

作者：黎帮高陈商涛石行波曹文斌鲁启鹏杜斌中国石油天然气股份有限公司石油化工研究院北京102206 北京科技大学材料科学与工程学院北京100083

微纳层叠技术是层层组装(LbL)技术中的一种,能够将两种或多种不同的聚合物组合生成具有交替层状结构的复合材料.与浸涂、旋涂和喷涂等传统组装方法相比,该技术是一种不含溶剂的熔体连续加工技术,具有经济环保的优点.本文简要总结了微纳... 详细信息

微纳层叠技术是层层组装(LbL)技术中的一种,能够将两种或多种不同的聚合物组合生成具有交替层状结构的复合材料.与浸涂、旋涂和喷涂等传统组装方法相比,该技术是一种不含溶剂的熔体连续加工技术,具有经济环保的优点.本文简要总结了微纳层叠技术的研究现状,概述了微纳层叠技术的原理与工艺,重点介绍了多层交替复合材料力学性能的增强机理,包括层界面相互作用、层界面诱导结晶、调控聚合物相形态、调控无机粒子的分散取向和原位成纤,并对该技术的未来研究方向进行展望.

关键词：微纳层叠技术复合材料力学性能多层交替结构增强机理

电石渣-脱硫石膏-钢渣改性粉煤灰地聚物协同增强机理

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建筑材料学报 2023年第8期26卷 870-878页

作者：高英力祝张煌孟浩胡新浪李正康长沙理工大学交通运输工程学院湖南长沙410114

以电石渣、脱硫石膏和钢渣掺量为影响因素,改性粉煤灰地聚物7、28 d抗压强度为响应值,使用响应面法(RSM)研究各种固体废弃物的交互作用对改性粉煤灰地聚物强度的影响规律,并通过水化热、扫描电镜(SEM)和X射线衍射(XRD)分析其增强机理.... 详细信息

以电石渣、脱硫石膏和钢渣掺量为影响因素,改性粉煤灰地聚物7、28 d抗压强度为响应值,使用响应面法(RSM)研究各种固体废弃物的交互作用对改性粉煤灰地聚物强度的影响规律,并通过水化热、扫描电镜(SEM)和X射线衍射(XRD)分析其增强机理.结果表明:经RSM优化设计后的电石渣、脱硫石膏和钢渣的最佳掺量分别为6.34%、1.60%和29.47%,改性粉煤灰地聚物7、28 d抗压强度分别达到18.10、29.92 MPa;电石渣和钢渣通过增强体系碱性,加快Si和Al的溶解,促进水化硅铝酸钙(钠)的生成,提高改性粉煤灰地聚物各龄期的强度;脱硫石膏通过提高Ca^(2+)和SO_(4)^(2-)含量,生成钙矾石晶体,提高改性粉煤灰地聚物的早期强度;随着养护龄期的延长,改性粉煤灰地聚物中凝胶逐渐增多,可填充微小孔隙,使结构变得更加密实,因此强度得到提高.

关键词：粉煤灰地聚物电石渣-脱硫石膏-钢渣响应面法增强机理

BTRC加固砖墙平面内抗剪力学性能及其增强机理研究

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工程力学 2023年第11期40卷 110-119页

作者：杨佩剑田稳苓卿龙邦李鑫波河北工业大学土木与交通学院天津300401 大连理工大学建设工程学部辽宁大连116024 海岸和近海工程国家重点实验室大连理工大学辽宁大连116024

为研究玄武岩纤维编织网增强混凝土(BTRC,basalt textile reinforced concrete)加固砖墙的抗剪性能及其增强机理,对BTRC加固砖墙进行了对角剪切试验研究,考察了单双侧加固、纤维编织网层数以及砌筑砂浆强度对抗剪性能提升效果的影响。... 详细信息

为研究玄武岩纤维编织网增强混凝土(BTRC,basalt textile reinforced concrete)加固砖墙的抗剪性能及其增强机理,对BTRC加固砖墙进行了对角剪切试验研究,考察了单双侧加固、纤维编织网层数以及砌筑砂浆强度对抗剪性能提升效果的影响。试验结果表明:BTRC与砖墙协同工作良好,墙体的抗剪强度、刚度及变形能力显著提高;相同纤维编织网层数下,双侧加固优于单侧;随着纤维编织网层数的增加,双侧加固效果逐渐提升,而单侧加固效果无明显变化;对于低强度砂浆砌筑的墙体,BTRC亦可将墙体的灰缝滑移破坏模式转变为具有多缝开裂特征的对角拉伸破坏,加固效果显著。结合试验结果分析了BTRC加固砖墙受剪破坏过程的受力特征,提出了约束增强机理。基于试验结果和增强机理对BTRC加固砖墙的抗剪承载力计算方法进行了研究。

关键词：玄武岩纤维编织网增强混凝土加固砖墙抗剪性能增强机理

电石渣-脱硫石膏-钢渣改性地聚物协同增强机理

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建筑材料学报 2023年

作者：高英力祝张煌孟浩胡新浪李正康长沙理工大学交通运输工程学院

以电石渣、脱硫石膏和钢渣掺量为影响因子，7、28d抗压强度为响应值，使用响应面法(RSM)研究各固废交互作用对粉煤灰地聚物强度影响规律，通过水化热、SEM和XRD试验分析其增强机理。研究表明：RSM优化后的电石渣、脱硫石膏和钢渣掺量分... 详细信息

以电石渣、脱硫石膏和钢渣掺量为影响因子，7、28d抗压强度为响应值，使用响应面法(RSM)研究各固废交互作用对粉煤灰地聚物强度影响规律，通过水化热、SEM和XRD试验分析其增强机理。研究表明：RSM优化后的电石渣、脱硫石膏和钢渣掺量分别为6.34%、1.6%、29.47%，7、28d抗压强度分别达到18.10、29.92MPa；电石渣和钢渣通过提高体系碱性，加快硅、铝溶解，促进C-(A)-S-H生成，提高各龄期强度；脱硫石膏通过提高Ca2+和SO2-4含量，生成AFt晶体，提高早期强度。改性地聚物随着养护龄期增加，凝胶逐渐增多，填充微小孔隙，结构更加密实，强度提高。

关键词：粉煤灰地聚物电石渣-脱硫石膏-钢渣响应面法增强机理

泡沫铝填充I型复合夹层板横向剪切性能增强机理研究

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舰船科学技术 2022年第8期44卷 12-16页

作者：戴广民陈震上海交通大学海洋工程国家重点实验室上海200240

为了揭示泡沫填充对复合夹层板剪切性能增强的机理,采用数值仿真方法模拟横向剪切载荷作用下空心夹层板和泡沫铝填充I型复合夹层板的失效过程,讨论泡沫铝对夹层板板格和腹板的支撑效应,分析孔隙率、平均孔径等材料参数对复合夹层板剪切... 详细信息

为了揭示泡沫填充对复合夹层板剪切性能增强的机理,采用数值仿真方法模拟横向剪切载荷作用下空心夹层板和泡沫铝填充I型复合夹层板的失效过程,讨论泡沫铝对夹层板板格和腹板的支撑效应,分析孔隙率、平均孔径等材料参数对复合夹层板剪切性能的影响。结果表明,泡沫铝对复合夹层板的板格形成有效的内部支撑,有助于提高腹板的屈曲强度和复合夹层板的整体横向剪切强度。减小孔隙率能够增强复合夹层板的抗剪能力,孔洞平均直径对剪切强度影响较小。在夹层板空腔中填充泡沫铝能够显著提升I型复合夹层板抵抗横向剪切的能力。

关键词：泡沫铝夹层板横向剪切增强机理

二硫化钼SERS基底的优化、增强机理及应用研究

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二硫化钼SERS基底的优化、增强机理及应用研究

作者：苏瑞中国科学院大学(中国科学院长春光学精密机械与物理研究所)

学位级别：硕士

表面增强拉曼光谱(SERS)是一种有效的振动光谱分析工具,可以在单分子水平上给出分子的信息,被认为是一种强大的痕量分析技术。而基底材料的选择是影响SERS技术应用的关键。由于贵金属基底上激发局域表面等离子体共振(LSPR)效应,具有很... 详细信息

表面增强拉曼光谱(SERS)是一种有效的振动光谱分析工具,可以在单分子水平上给出分子的信息,被认为是一种强大的痕量分析技术。而基底材料的选择是影响SERS技术应用的关键。由于贵金属基底上激发局域表面等离子体共振(LSPR)效应,具有很好的增强效果而被广泛研究。但是其容易团聚,制造成本高和检测重复性差等缺点的存在,使其应用受阻。半导体材料种类多,重复性好,弥补了贵金属基底的不足。因此半导体材料作为SERS基底不仅解决了基底匮乏的问题,也有利于促进对增强机理的研究。然而,其低的SERS活性限制了在应用方面的发展。因此,本文以银纳米粒子修饰过渡金属元素(Ni、V)掺杂二硫化钼(Mo S)的合成为主,并对其SERS性能、增强机理以及对有害物质的痕量检测能力进行了系统的研究。主要研究内容与结果如下:1.水热法制备Ni掺杂Mo S(Ni-Mo S)SERS性能及增强机理研究通过Ni掺杂调节Mo S内部的载流子浓度,并通过调节其退火温度和时间,优化材料内部缺陷和电荷传输效率,进而提高了该基底的SERS灵敏度。对亚甲基蓝(MB)分子的最低检出限可达10 M。通过密度泛函理论(DFT)计算和实验研究,证明了该基底与分子之间存在更强的表面相互作用和电荷转移效应。本研究提供了一种优化Mo S基底SERS灵敏度的简单方法,解决了Mo S作为基底材料SERS活性差的难题,为Mo S材料在SERS领域中的应用奠定了基础。2.Ni掺杂Mo S复合Ag(Ni-Mo S@Ag)SERS性能、增强机理及应用研究通过调控Ni-Mo S基底上Ag颗粒的负载量,在Ni-Mo S@Ag基底上观察到显著的SERS活性。对MB的最低检测浓度低至10 M,其增强因子可达1.5×10。通过FDTD以及实验分析,证明了Ni-Mo S@Ag优异的SERS活性主要来自于基底表面Ag NPs之间强的电磁增强,以及Ni-Mo S@Ag基底与分子之间的强电荷转移效应。此外,对牛奶中的BPA和三聚氰胺进行无标记检测,对BPA和三聚氰胺的检出限分别低至10 M和10 M,低于欧盟标准。因此,本研究制备的Ni-Mo S@Ag基底有望在实际生活中对有害物质进行高灵敏、无标记检测。3.V掺杂Mo S复合Ag(V-Mo S@Ag)SERS性能、增强机理及应用研究基于不同掺杂元素电子结构的差异,构建了V-Mo S@Ag复合材料。合成的V-Mo S@Ag具有更强的可见光吸收能力和更小的带隙结构,在可见光范围内更多的电子被激发到导带上,实现了基底与分子之间的电荷快速转移。此外,V-Mo S@Ag具有更好的亲水性这有利于分子的快速扩散。最终制备的V-Mo S@Ag基底实现了对胆红素的低浓度(10 M)检测,增加了SERS技术在生物领域的可能。

关键词：二硫化钼表面增强拉曼散射增强机理性能优化痕量检测

纤维负载微生物自修复混凝土性能及协同增强机理研究

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纤维负载微生物自修复混凝土性能及协同增强机理研究

作者：王华松重庆三峡学院

学位级别：硕士

混凝土目前仍为土木工程中使用范围最为广泛的建筑材料,然而混凝土存在的某些材料性能缺陷易在成型和服役期产生裂缝,若这些裂缝不及时处置,将加快有害离子向混凝土内部的侵入从而导致钢筋锈蚀、结构过早地劣化。基于此本文制备了一种... 详细信息

混凝土目前仍为土木工程中使用范围最为广泛的建筑材料,然而混凝土存在的某些材料性能缺陷易在成型和服役期产生裂缝,若这些裂缝不及时处置,将加快有害离子向混凝土内部的侵入从而导致钢筋锈蚀、结构过早地劣化。基于此本文制备了一种纤维负载微生物材料,利用微生物诱导产生碳酸钙晶体沉淀主动修复混凝土裂缝,将混凝土裂缝的被动处理转变为裂缝主动修复,提高混凝土材料的寿命周期。主要以纤维的孔隙作为微生物的载体一起掺入预拌混凝土,当混凝土产生裂缝后,侵蚀物质渗入激活休眠的微生物,通过微生物矿化沉积产生碳酸钙实现裂缝的自我修复,同时利用纤维对混凝土性能本身的增强,实现其协同增强。本文通过试验测试、理论分析和数值模拟等手段,主要研究结论如下:(1)微生物的培养优化及修复效果。通过培养微生物菌体,优化微生物负载工艺方案,确定掺入方式和配比,进一步简化了微生物的培养驯化和负载,优化纤维对微生物的固载步骤,推动微生物自修复混凝土向工程实际应用,进行裂缝修复的试验28d平均宽度修复为0.87mm,最大裂缝修复宽度为1.32mm。(2)纤维负载微生物自修复混凝土力学及耐久性能研究。劈裂抗拉强度测试中,纤维负载微生物混凝土的破坏更趋向于塑性,相对于普通混凝土提高28.7%;在抗水压力渗透的试验中,纤维负载微生物混凝土与普通混凝土相比,渗水高度在相同水压力下升高;在抗氯离子迁移系数上与普通混凝土相比其抗氯离子渗透性能有所降低;在微观分析中,龄期为28 d时微生物自修复混凝土的SEM微观形态显示水化反应已充分,其界面结构整体性更强。(3)构建纤维负载微生物裂缝修复模型。基于微生物自修复混凝土的裂缝修复模型和骨料随机模型,将不同配合比的混凝土材料进行裂缝扩散模拟,构建修复模型验证混凝土的渐进破坏到修复,结合试验的裂缝修复率对比结果显示:在试验中取得的效果较好,试件其平均修复率为83%,在数值模拟中修复率为76%,模拟值较试验值的修复率相对降低,误差值9.2%。(4)协同增强机理分析。基于复合材料理论从力学角度对不同配比混凝土抗压应力-应变的影响规律进行分析,结果显示微生物的加入对混凝土的弹性模量略微提高,纤维的加入对混凝土性能提升更大;通过SEM图像结合试验从微观角度分析,负载微生物的纤维和纤维负载微生物材料本身对裂缝产生、发展与自修复的纤维对混凝土材料具有微观补强作用,主要是载菌纤维对混凝土的增强弥补混凝土的内部缺陷,纤维-微生物协同促进自修复混凝土材料增强。

关键词：混凝土裂缝 MICP 自修复增强机理

TiC基高熵钢结硬质合金的制备及增强机理研究

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TiC基高熵钢结硬质合金的制备及增强机理研究

作者：马晓腾齐鲁工业大学

学位级别：硕士

钢结硬质合金是一种以钢作为粘结相,TiC或WC等碳化物作为硬质相的复合材料,其结合了钢和硬质合金的特点,具有良好的韧性、可加工性和可锻性,广泛应用于耐磨领域。但是与传统硬质合金相比,其硬度和耐磨性相对较差,限制了钢结硬质合金的... 详细信息

钢结硬质合金是一种以钢作为粘结相,TiC或WC等碳化物作为硬质相的复合材料,其结合了钢和硬质合金的特点,具有良好的韧性、可加工性和可锻性,广泛应用于耐磨领域。但是与传统硬质合金相比,其硬度和耐磨性相对较差,限制了钢结硬质合金的进一步推广应用。为解决以上问题,本文通过在TiC-Fe钢结硬质合金中添加高熵合金、Nb C、Mo来优化合金的晶粒、界面结合强度及粘结相,从而制备出性能优良的TiC基高熵钢结硬质合金,研究了高熵合金、Nb C、Mo三种添加剂对高熵钢结硬质合金的微观结构、力学性能和耐磨性的影响及增强机理。在TiC-Fe钢结硬质合金基础上添加高熵合金AlCoCrFeNi作为增强相,通过真空烧结的方式制备TiC-Fe-HEA高熵钢结硬质合金。经显微组织观察发现,高熵钢结硬质合金呈现出核心-边缘结构和无芯结构,适量的HEA具有细化晶粒的效果,使晶粒分布均匀。经实验得出,当HEA含量为7.5wt.%时,高熵钢结硬质合金的力学性能最佳,室温硬度为1610HV,高温硬度为920HV,抗弯强度为945MPa,断裂韧性为10.7MPa·m,与未添加HEA的钢结硬质合金相比,分别提升了37.72%、61.97%、16.04%和12.63%。当HEA含量为7.5wt.%时,高熵钢结硬质合金的耐磨性最好,摩擦系数和磨损率最低。经对磨痕的显微组织观察发现,合金存在磨粒磨损、粘着磨损和氧化磨损三种磨损形式。在添加7.5wt.%HEA的基础上,将Nb C作为添加剂,通过真空烧结的方式制备TiC-Fe-HEA-Nb C高熵钢结硬质合金。经显微组织分析,高熵钢结硬质合金微观组织仍以核心-边缘结构和无芯结构为主,晶粒分布均匀,边缘相对完整。经实验得出,当Nb C含量为3wt.%时,高熵钢结硬质合金的力学性能最佳,室温硬度为1752HV,高温硬度为1096HV,抗弯强度为1115MPa,断裂韧性为11.5MPa·m,与未添加Nb C的高熵钢结硬质合金相比,分别提高了8.82%、19.13%、17.99%和7.48%。在Nb C含量为3wt.%时,高熵钢结硬质合金的摩擦系数和耐磨性最低。经对磨痕的显微组织观察发现,合金的磨损形式以磨粒磨损为主,且存在着粘着磨损和氧化磨损。在添加7.5wt.%HEA和3wt.%Nb C的基础上,将Mo作为添加剂,通过真空烧结的方式制备TiC基高熵钢结硬质合金。经显微组织分析,适量的Mo能够提高硬质相与粘结相之间的润湿性,抑制硬质相的溶解析出,致使小晶粒增多。经实验测试发现,当Mo含量为8wt.%时,相对密度和断裂韧性最高,分别为98.93%和12.1MPa·m;当Mo含量为4wt.%时,其综合性能最佳,室温硬度为1882HV,高温硬度为1195HV,抗弯强度为1225MPa,断裂韧性为11.8MPa·m,且摩擦系数与磨损率最低。经对磨痕的显微组织观察发现,合金存在着磨粒磨损、粘着磨损和氧化磨损。研究发现,在TiC-Fe钢结硬质合金中依次加AlCoCrFeNi高熵合金、Nb C和Mo三种添加剂都能够提高合金的综合性能,在AlCoCrFeNi含量为7.5wt.%、Nb C含量为3wt.%、Mo含量为4wt.%时,高熵钢结硬质合金的晶粒尺寸最小,综合性能最佳。本文对高熵钢结硬质合金的力学性能和耐磨性研究提供了理论基础,为制备高性能的高熵钢结硬质合金提供了技术指导。

关键词：高熵钢结硬质合金微观组织力学性能耐磨性增强机理

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硫酸钙晶须水泥砂浆力学性能及增强机理

西安科技大学学报 2020年第3期40卷 417-423页

作者：李文博李海滨赵桂娟王光辉西安科技大学建筑与土木工程学院陕西西安710054 中北工程设计咨询有限公司陕西西安710068

针对水泥砂浆使用环境的多样性要求,结合硫酸钙晶须的自身特点,为实现增强与增韧的目的,采用外掺法将硫酸钙晶须加入水泥砂浆,通过实验研究了2%,4%,6%和8%(质量百分数)掺量的硫酸钙晶须对水泥砂浆物理性能和力学性能的影响,提出了水泥... 详细信息

针对水泥砂浆使用环境的多样性要求,结合硫酸钙晶须的自身特点,为实现增强与增韧的目的,采用外掺法将硫酸钙晶须加入水泥砂浆,通过实验研究了2%,4%,6%和8%(质量百分数)掺量的硫酸钙晶须对水泥砂浆物理性能和力学性能的影响,提出了水泥砂浆工作性能最好,力学强度最优时的硫酸钙晶须掺量及水灰比,并通过微观试验分析了硫酸钙晶须水泥砂浆的强度增强机理。实验结果表明:水泥砂浆的凝结时间随硫酸钙晶须掺量的增大先延长后缩短,当硫酸钙晶须掺量为4%时,水泥砂浆的凝结时间最长;当水灰比为0.5,硫酸钙晶须掺量为6%时,水泥砂浆的抗折抗压强度增强效果最佳;硫酸钙晶须可以缓解水泥砂浆内部裂缝尖端的应力集中,阻碍裂纹发展,晶须与水泥基体界面的桥接效应,实现了整体的增强和增韧。

关键词：水泥砂浆硫酸钙晶须力学强度物理性能增强机理