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高性能箱型复合结构增韧模型与优化计算

工程力学 2024年第S01期41卷 38-49页

作者：喻江胡少伟范向前陆俊水科学与水工程国际联合研究中心江苏南京210029 南京水利科学研究院江苏南京210024 郑州大学水利与土木工程学院河南郑州450001

为了深入揭示高性能箱型复合结构受力机理并有效提升结构整体性能,通过定义四种混凝土翼板模式开展高性能箱型复合结构增韧模型理论研究。通过建立剪力滞翘曲位移模型和界面滑移模式,推导出考虑剪力滞行为与界面滑移相互影响的控制微分... 详细信息

为了深入揭示高性能箱型复合结构受力机理并有效提升结构整体性能,通过定义四种混凝土翼板模式开展高性能箱型复合结构增韧模型理论研究。通过建立剪力滞翘曲位移模型和界面滑移模式,推导出考虑剪力滞行为与界面滑移相互影响的控制微分方程,求得在均布荷载作用下的增韧模型理论解析解,进一步以界面滑移量、剪力滞系数、混凝土材料为韧性指标,对提出的增韧模型进行优化计算分析表明:II型增韧模型受剪力滞影响程度仅为0.04%~0.05%,混凝土材料用量节约35.00%,为四种模型中基于剪力滞与滑移耦合行为的最优高性能箱型复合结构增韧模型,便于为水利、土木工程韧性指标设计提供技术支撑。

关键词：高性能复合结构增韧模型韧性指标优化计算

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高性能数控激光切割机进给误差补偿方法研究

激光杂志 2024年第6期45卷 259-264页

作者：刘睿广东理工学院智能制造学院广东肇庆526114

数控激光切割机是现今制造工业应用范围较为广泛的大型设备,内部进给系统由于振动、偏斜现象的存在,使得进给误差无法避免,若是不对其进行补偿,会影响切割机的应用效果,故提出高性能数控激光切割机进给误差补偿方法研究。深入分析切割... 详细信息

数控激光切割机是现今制造工业应用范围较为广泛的大型设备,内部进给系统由于振动、偏斜现象的存在,使得进给误差无法避免,若是不对其进行补偿,会影响切割机的应用效果,故提出高性能数控激光切割机进给误差补偿方法研究。深入分析切割机进给误差来源,确定进给误差组成公式(定位误差+力变形误差),阐明定位误差与力变形误差的测量方式,获取同一时刻多个测量点的进给误差数据,利用加权平均计算最终需要补偿的进给误差,结合硬件设备与软件设备制定进给误差补偿程序,执行制定程序即可实现进给误差的有效补偿。实验数据显示:应用提出方法获得的进给误差补偿结果与预期进给位置一致,进给误差补偿响应时间最小值为0.1 s,充分证实了提出方法进给误差补偿性能更强。

关键词：进给误差数控激光切割机误差补偿高性能进给系统补偿精度

高性能可重塑全生物基双苯并噁嗪合成、固化与降解行为研究

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高性能可重塑全生物基双苯并噁嗪合成、固化与降解行为研究

作者：杨名远北京化工大学

学位级别：硕士

近年来,苯并噁嗪凭借自固化、高玻璃化转变温度、优异的热性能与机械性能等出众的特性成为热固性树脂家族最重要的树脂种类之一,广泛用于微型电子器件、航空航天材料、防火涂料等领域。但是,在带来高性能的同时苯并噁嗪树脂也面临着固... 详细信息

近年来,苯并噁嗪凭借自固化、高玻璃化转变温度、优异的热性能与机械性能等出众的特性成为热固性树脂家族最重要的树脂种类之一,广泛用于微型电子器件、航空航天材料、防火涂料等领域。但是,在带来高性能的同时苯并噁嗪树脂也面临着固化后不易加工成型、产品无法降解回收、所用石油基原料与试剂的生物毒性造成环境污染与破坏等突出问题。因此,将高性能、生态友好和易于加工三要素结合于全生物基苯并噁嗪中是一个挑战,并且通过研究得出具有广泛应用的普适规律是十分有价值的。本文采用生物基原料、绿色合成工艺,分别合成了兼具高性能与可降解性能的全生物基双苯并噁嗪,和兼具易加工与可再加工性的两种高生物质的双苯并噁嗪,并对相应树脂的固化机理与工艺、性能及影响加工的因素进行表征分析,主要研究内容和取得的成果如下:在苯并噁嗪分子中引入刚性结构醛和双缩醛结构,前者提供高性能,后者提供可热/化学降解性能,实现高性能和可降解性能的统一。以香草醛、赤藓糖醇、糠胺和天然苯甲醛为原料,用两步法合成了具有双缩醛结构的全生物基双苯并噁嗪（VE-BZ）,玻璃化转变温度（Tg）为286.56℃,在800℃燃烧下产生与双酚A型苯并噁嗪（BPA-BZ）相当的残碳量（57.94%）,热释放速率为69.9 J·g-1·K-1,具有优异的热稳定性与阻燃性能。同时,通过与BPA-BZ对比,VE-BZ表现出更高的剪切强度（7.28 MPa）,并且能在天然柠檬酸中溶液中完全降解（8 h）,降解产物碎片在热压机处理后能够实现重塑与再利用。在苯并噁嗪分子中引入柔性长链胺和动态亚胺键,前者提供树脂易加工性,后者提供可重塑性,实现了苯并噁嗪的易加工性和可再加工性。以香草醛和水杨醛为原料先与癸二胺反应形成带有动态亚胺键柔性长链的酚源,用生物基糠胺和多聚甲醛以无溶剂法成环合成两种柔性链位置不同的生物基双苯并噁嗪——柔性链与噁嗪环位于苯环间位的（JQ-BZ）与位于苯环邻位的（LQ-BZ）。通过引入亚胺长链克服苯并噁嗪树脂在热固化过程中易鼓泡、易脆断、不易流动等难题,提升了苯并噁嗪的热机械性能,并且两种树脂最终可以在热压机20 MPa、180℃条件下通过亚胺键动态交换实现再加工循环利用。通过JQ-BZ与LQ-BZ的加工性能和热机械性能对比研究,探究噁嗪环在苯环上与柔性长链之间的相对位置对苯并噁嗪树脂反应活性、交联网络密度、热性能及关键的加工性能影响。实验结果表明:噁嗪环与柔性长链处于邻位的树脂LQ-BZ完全固化反应活化能更低,为33.3 k J·mol-1;室温下易于流动,粘度仅为30.99 m Pa·s,同时,动态力学分析测试中LQ-BZ的交联密度为842 mol·m-3,约为JQ-BZ的1/3;另外,LQ-BZ具有与金属铝板更小的接触角（47.53°）及更高的剪切强度（6.95 MPa）。而JQ-BZ在热失重测试中表现出了更高的热分解温度和更高的残碳量（40.98%）;在原子力显微镜观察下JQ-BZ的断裂面也更粗糙。因此,邻位取代苯并噁嗪具有高的固化反应活性、低粘度、易加工性和良好的粘接性;间位取代的苯并噁嗪具有更好的热稳定性以及抗冲击的潜能。

关键词：全生物基双苯并噁嗪高性能加工性能降解再加工

可回收高性能双固化环氧树脂的制备及其电气性能

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复合材料学报 2024年第8期41卷 4103-4112页

作者：王浩欢秦岭王天兴史玲娜吴金锁文森国家山区公路工程技术研究中心招商局重庆交通科研设计院有限公司重庆大巴山新材料有限公司重庆高速工程顾问有限公司

环氧树脂为交通电气化进程提供了优异的绝缘、支撑和保护功能，但传统环氧树脂难以回收，这不符合绿色交通的可持续发展目标。现有的可回收环氧树脂综合性能较差，限制了其在交通电气化进程中的应用，亟需开发高性能可回收的环氧树脂。... 详细信息

环氧树脂为交通电气化进程提供了优异的绝缘、支撑和保护功能，但传统环氧树脂难以回收，这不符合绿色交通的可持续发展目标。现有的可回收环氧树脂综合性能较差，限制了其在交通电气化进程中的应用，亟需开发高性能可回收的环氧树脂。本文提出了光敏油基树脂和环氧树脂的光-热双固化方法，利用酯交换机制，在无催化剂的高温高压环境下实现了双固化环氧树脂的回收，同时回收树脂仍保持出色的理化和电气性能。结果表明：回收前双固化环氧树脂的综合性能良好；回收树脂的粒径越小、热压压强越大，回收后树脂的理化和电气性能越好，在220℃、10 MPa的环境下热压3 h后回收树脂的综合性能较优，弯曲和拉伸强度恢复率分别为92.0%和93.7%，工频下介电常数和介质损耗与回收前相差不大，击穿强度恢复率达到98.4%。该树脂在推进交通电气化的过程中具有一定潜力和应用前景。

关键词：可回收高性能酯交换双固化环氧树脂力学性能电气性能

基于功能化离子液体的高性能纳滤膜的制备及性能研究

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塑料科技 2024年第08期 60-64页

作者：胡然亢健张毅向明四川大学高分子研究所高分子材料工程国家重点实验室重庆工业职业技术学院

选用1-胺丙基-3-甲基咪唑溴盐（AMIB）作为水相添加剂，通过界面聚合制备了高性能纳滤膜，通过傅里叶变换红外光谱仪和X射线光电子能谱分析膜化学组成，通过扫描电子显微镜观察改性前后膜的表面和截面形貌变化，通过原子力显微镜观察膜... 详细信息

选用1-胺丙基-3-甲基咪唑溴盐（AMIB）作为水相添加剂，通过界面聚合制备了高性能纳滤膜，通过傅里叶变换红外光谱仪和X射线光电子能谱分析膜化学组成，通过扫描电子显微镜观察改性前后膜的表面和截面形貌变化，通过原子力显微镜观察膜的粗糙度变化，通过水接触角测试仪对改性前后膜表面亲水性进行对比，采用错流过滤平板膜测试仪对改性前后膜的分离性能和水通量进行测试。结果表明：与未改性纳滤膜相比，改性膜结构更疏松、膜厚更薄，表面变得亲水，改性膜在对Na2SO4保持在99%的高水平截留下，水通量大幅提升，从改性前的50.27 L/（m2·h）提升到75.97 L/（m2·h），长期稳定性优异。进一步对AMIB复合改性纳滤膜的结构与性能联系机理进行了探讨，为制备高性能纳滤膜提供了新的思路和方法。

关键词：聚酰胺纳滤膜离子液体高性能

新型高性能双金属硫化物负极材料的结构设计、制备与储能机理的研究

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新型高性能双金属硫化物负极材料的结构设计、制备与储能机理的研...

作者：陈文景德镇陶瓷大学

学位级别：硕士

在过去的十年中,锂离子电池大力地推动了我国在新能源发展战略和实现“双碳”目标方面的进步。然而,由于锂元素地壳丰度极低且分布不均衡,钠和钾离子电池正逐渐被视为下一代大规模储能技术的有力竞争者。当前各类电车、智能机器、仿生... 详细信息

在过去的十年中,锂离子电池大力地推动了我国在新能源发展战略和实现“双碳”目标方面的进步。然而,由于锂元素地壳丰度极低且分布不均衡,钠和钾离子电池正逐渐被视为下一代大规模储能技术的有力竞争者。当前各类电车、智能机器、仿生科技等领域的迅速发展对新型电源提出了更高的要求,尤其是超快充电、高灵活性、高功率性等设备均迫切需求高功率、高能量型钠/钾离子电池。然而,发展高功率、高能量型钠/钾离子电池受限于高性能电极材料,而负极材料尤为重要;相比较于锂离子电池负极,钠/钾离子电池负极研究还不够深入,材料极其稀缺。金属硫化物因其在储能反应过程中发生转化/合金化反应,具有高容量特性,是钠/钾电子电池理想的负极材料。然而,金属硫化物在充放电过程中,一方面因为金属/NaS界面不稳定,金属颗粒容易粗化长大和电化学惰性的NaS富集,导致转化反应的可逆性下降;另一方面,金属硫化物在嵌钠/钾过程中,产生巨大的体积膨胀,导致电池倍率性能差、容量快速衰减,限制了钠/钾离子电池在高功率密度、高能量密度和长循环寿命的产业化应用。通过研究发现,双金属硫化物负极具有两种或多种储钾/钠机制材料的优势,可实现优劣互补。本研究的重点在于探讨双金属硫化物材料的制备方法、结构特征、形貌和组成,并深入研究它们在钾/钠离子电池负极中的电化学性能和储能机制。具体的研究内容涵盖以下几方面:1、通过固相反应法结合高能球磨法合成了高纯度的GeVS。Ge因其高容量而被视为极具潜力的钾离子电池材料,但是会在储钾过程中产生约188%的体积膨胀。通过设计将Ge原子分散到过渡金属V-S硫化物框架中,形成松散堆积的GeVS新型钾离子电池的负极材料。电化学性能测试表明,GeVS在0.5 C时提供了高达～400 m Ah g的可逆比容量,即使在12.5 C高倍率时也能保持160 m Ah g,在5 C下循环2000次后仍能保持～60%的容量。2、制备了非整数计量比的CrVS材料。通过不同金属-硫（M-S）键的协同作用可以避免电化学反应过程中不同中间相的聚集,从而获得良好的循环性能。作为钠离子电池的负极材料时,CrVS负极在1.6 C下循环100次后可提供551m Ah g的高可逆容量,即使在66 C下循环600次也能保持100%的容量。3、通过固相反应法成功合成了导电性极好的CuSbS材料。在稳定的嵌入框架中引入合金型单元,可以减弱合金负极在电化学过程中的体积膨胀继而大幅度增加可逆插入钠的数量,提高电极容量。因此,CuSbS负极在0.3 C时具有510.9 mAh g的高比容量,并且在15 C循环4300次后仍保持约95%的比容量。

关键词：双金属硫化物钠离子电池钾离子电池负极材料高性能

基于MXene和酶纳米凝胶的高性能葡萄糖电化学生物传感器的研究

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基于MXene和酶纳米凝胶的高性能葡萄糖电化学生物传感器的研究

作者：佟星来吉林大学

学位级别：硕士

在过去几十年中,人们在血糖检测或监测技术领域做了很多的努力,其中酶电化学生物传感器以其快速响应以及高选择性等优点得到了广泛的应用。然而酶电化学生物传感器在检测或监测过程中仍然会面临着许多问题,例如检测过程中由于酶的稳定... 详细信息

在过去几十年中,人们在血糖检测或监测技术领域做了很多的努力,其中酶电化学生物传感器以其快速响应以及高选择性等优点得到了广泛的应用。然而酶电化学生物传感器在检测或监测过程中仍然会面临着许多问题,例如检测过程中由于酶的稳定性差或外界检测环境对酶的影响等造成的传感器稳定性的降低,以及在长期监测环境下血液中的非特异性吸附造成的传感器灵敏度的降低,这些问题都限制了酶电化学葡萄糖传感器的应用。基于以上背景,本文利用酶纳米凝胶有效解决酶自身稳定性问题和减少外界环境对酶稳定性影响,利用MXene优秀的亲水性、大比表面积以及快速电子转移能力实现酶在纳米材料上稳定的负载,从而实现酶电化学葡萄糖传感器的稳定性显著提高。此外,通过BSA与MXene交联制备了电化学防污涂层,减少了长期监测过程中的非特异性吸附的问题,实现了长期高灵敏度监测。本文成功制备了两个基于MXene和酶纳米凝胶的高性能葡萄糖电化学生物传感器。具体研究内容如下:（1）为解决酶电化学葡萄糖传感器稳定性差的问题,本部分我们制备了具有多重稳定界面结构的纳米复合材料来构建酶电化学生物传感器。具体地说,通过酶纳米凝胶（PGOx）有效解决了酶自身稳定性和外界环境对酶稳定性影响的问题,然后通过壳聚糖凝胶网络高效静电组装到MXene纳米片上,实现酶稳定的负载,制备得到了用于葡萄糖检测的纳米复合材料（PGOx@MXene/CS）。经过200次循环后,电流仍保持初始响应电流值的85.83%,同时在有机溶剂和高温环境下仍保持较高的响应电流,该灵敏度为48.98μA·m M-1·cm-2,说明该传感器具有较好的使用稳定性。（2）为了解决在长期监测血糖的传感器中非特异性吸附导致传感器灵敏度的降低的问题,这一部分我们在传统的BSA防污涂层上利用MXene和BSA交联得到了三维多孔防污涂层,既减少了非特异性吸附造成灵敏度降低的问题,又能扩大比表面积实现酶负载量的提升,通过协同作用实现传感器长期高灵敏度监测。实验结果表明该电化学生物传感器的检测限为2.2μM,灵敏度为81.25μA·mm-1·cm-2,在该传感器循环300次后,该传感器灵敏度为72.94μA·mm-1·cm-2,检测限为2.5μM,说明该传感器在长期使用过程中仍然具有较高的灵敏度,即可以实现长期高灵敏度的监测葡萄糖。综上所述,本论文通过高分子化学与物理、材料学与电化学等多个学科的交叉研究,对基于MXene和酶纳米凝胶的高稳定性和长期高灵敏度的葡萄糖电化学生物传感器研究进行了详细的介绍,这些制备技术展现出了卓越的优势,具有广阔的应用前景,为长期血糖监测传感器的发展拓宽了思路。

关键词：酶电化学生物传感器 MXene纳米片酶纳米凝胶防污涂层高性能

高性能氯丁橡胶基动态密封材料的生胶和补强体系优化

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弹性体 2024年第1期34卷 69-74页

作者：王慧王浩翔张韶姣宋仕隆孙学红青岛科技大学高分子科学与工程学院山东青岛266042

为了提高氯丁橡胶(CR)基动态密封材料的综合性能,通过改变生胶和补强体系,考察了并用顺丁橡胶(BR)和白炭黑对材料耐疲劳性、耐老化性、耐磨性和弹性等主要性能指标的影响。结果表明,并用BR后,胶料硫化速率、拉断伸长率、回弹性、耐磨性... 详细信息

为了提高氯丁橡胶(CR)基动态密封材料的综合性能,通过改变生胶和补强体系,考察了并用顺丁橡胶(BR)和白炭黑对材料耐疲劳性、耐老化性、耐磨性和弹性等主要性能指标的影响。结果表明,并用BR后,胶料硫化速率、拉断伸长率、回弹性、耐磨性以及动态疲劳性能均有改善,但撕裂强度、耐热空气老化性能变差,CR与BR的最佳并用质量比为70/30;并用白炭黑后,胶料的拉伸强度、撕裂强度、硬度、定伸应力、耐磨性提高,但回弹性、耐疲劳性能降低,炭黑与白炭黑并用质量比为20/20时,胶料的综合性能最佳。

关键词：氯丁橡胶动态密封材料氯丁橡胶/顺丁橡胶并用炭黑/白炭黑并用高性能

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高性能防弹防刺材料研究进展

纺织科技进展 2024年第8期46卷 13-16,66页

作者：孟花张燕刘永佳张凯凯北京普凡防护科技股份有限公司北京100161

高性能纤维具有强度高、模量高、耐腐蚀和抗冲击的特性,其织物不但具备较好的弹道吸能作用,且轻质柔软,穿着舒适性好,被广泛应用于软质防弹防刺服。介绍防弹防刺材料的防护机理、相关标准、纤维及织物结构,展望未来柔性防弹防刺服研究... 详细信息

高性能纤维具有强度高、模量高、耐腐蚀和抗冲击的特性,其织物不但具备较好的弹道吸能作用,且轻质柔软,穿着舒适性好,被广泛应用于软质防弹防刺服。介绍防弹防刺材料的防护机理、相关标准、纤维及织物结构,展望未来柔性防弹防刺服研究方向和发展前景,为制备具有高防护、轻量化、灵活性的软质防弹防刺服提供参考。

关键词：高性能防弹防刺材料防护机理轻量化

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