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有限元法研究填料形貌与介电常数对无机/有机介电复合材料介电性能的影响

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复合材料学报 2019年第12期36卷 2887-2893页

作者：朱新丰曲鹏彭晓晗杨冰张美玉刘晓林北京化工大学有机无机复合材料国家重点实验室

为了开发高储能密度的无机/有机介电复合材料,本文采用有限元法分别研究了直径为100nm的球形填料与基体介电常数的比值(k)、球形填料在复合材料中的排列方式、球形填料尺寸(100~300nm)、纤维状填料长径比(α)和片状填料的球形度(β)对... 详细信息

为了开发高储能密度的无机/有机介电复合材料,本文采用有限元法分别研究了直径为100nm的球形填料与基体介电常数的比值(k)、球形填料在复合材料中的排列方式、球形填料尺寸(100~300nm)、纤维状填料长径比(α)和片状填料的球形度(β)对复合材料介电性能的影响。计算结果表明,当k值大于20时,复合材料的介电常数变化不明显;球形填料沿电场方向成链式排列时,复合材料有较大的介电常数,且材料中球形填料附近处存在较大的电位移和较大的电场,说明这种填料排列方式有利于材料介电常数的提高,但会削弱材料的耐击穿能力;当球形填料随机分布时,颗粒尺寸变化对复合材料介电常数的影响不明显。对于纤维状填料,其长径比α越大且长轴沿电场方向分布时,填料自身及周边会产生较大的电位移,表明这种情况有利于复合材料介电常数的提高。对于片状填料,其球形度β越小,填料与基体界面处高电场区域越小,表明材料的耐击穿能力越高。本研究可为高介高储能材料的实验研究提供理论指导。

关键词：无机/有机介电复合材料有限元法填料形貌介电常数电场分布

高刚度环氧树脂与高模碳纤维的界面相容和性能匹配

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复合材料学报 2019年第9期36卷 2076-2085页

作者：许鹏李刚于运花杨小平北京化工大学有机无机复合材料国家重点实验室

自行开发了一种高刚度环氧树脂(5182树脂),研究了5182树脂的增刚机制、耐热性能和力学性能。结果表明,原位生成的酰亚胺刚性链段及增加的多交联位点提高了5182树脂交联网络的刚性,其玻璃化转变温度达228℃,拉伸模量达到4 375MPa。采用... 详细信息

自行开发了一种高刚度环氧树脂(5182树脂),研究了5182树脂的增刚机制、耐热性能和力学性能。结果表明,原位生成的酰亚胺刚性链段及增加的多交联位点提高了5182树脂交联网络的刚性,其玻璃化转变温度达228℃,拉伸模量达到4 375MPa。采用高刚度5182树脂制备了国产BHM3和东丽M40J高模碳纤维增强高刚度环氧树脂复合材料,考察了高模碳纤维/高刚度环氧树脂单丝复合材料的界面黏结性能和断面微观形貌,并评价了高模碳纤维/高刚度环氧树脂单向复合材料的宏观力学性能。结果表明,由于树脂模量的提高及界面破坏区域由碳纤维表面转移到环氧树脂区,高模碳纤维/高刚度环氧树脂复合材料的界面剪切强度最高达106.8 MPa,宏观力学性能优异,尤其弯曲性能和层间剪切强度大幅提高。

关键词：高模碳纤维环氧树脂模量匹配力学性能界面性能

利用κ-K?hler理论研究大气气溶胶的吸湿特性

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化工学报 2019年第7期70卷 2691-2698,I0004页

作者：王昱焜张现仁曹达鹏北京化工大学有机无机复合材料国家重点实验室

利用κ-Kohler理论对西安、北京两地大气气溶胶体系的吸湿特性进行研究。选取多种代表性无机物(硫酸盐、硝酸盐、氯盐)及有机物(烯烃、芳香烃、羧酸)建立气溶胶体系模型,使研究体系更接近于真实大气成分。结果表明,在空气质量由清洁状... 详细信息

利用κ-Kohler理论对西安、北京两地大气气溶胶体系的吸湿特性进行研究。选取多种代表性无机物(硫酸盐、硝酸盐、氯盐)及有机物(烯烃、芳香烃、羧酸)建立气溶胶体系模型,使研究体系更接近于真实大气成分。结果表明,在空气质量由清洁状态向雾霾发生状态转变的过程中,两种体系中均呈现有机物含量逐渐减少而(NH4)2SO4和NH4NO3含量逐渐增多的趋势,这种变化趋势总是促使气溶胶体系整体吸湿能力增强,因此更易吸湿增长形成雾霾。对体系中不同组分对吸湿性的影响进行了定量预测,理论预测的变动趋势与实际观测的变动趋势相同,揭示了雾霾形成过程中各组分的变动趋势及影响程度,为针对性解决雾霾问题提供思路。

关键词：环境污染气溶胶吸湿性 κ-Kohler理论

不同氧化锰载体对费托钴基催化剂合成低碳烯烃的影响

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化工学报 2015年第9期66卷 3413-3420页

作者：刘意刘勇陈建峰张燚北京化工大学有机无机复合材料国家重点实验室北京100029

制备不同的Co/MnOx（Co/MnO、Co/MnO2、Co/Mn2O3、Co/Mn3O4）催化剂,并利用XRD、SEM、TEM、BET、TPR、DRIFTS、XPS表征手段分析催化剂的理化性质,比较不同氧化锰载体对催化性能的影响,考察催化剂对低碳烯烃（C2^=～C4^=）的选择性影响... 详细信息

制备不同的Co/MnOx（Co/MnO、Co/MnO2、Co/Mn2O3、Co/Mn3O4）催化剂,并利用XRD、SEM、TEM、BET、TPR、DRIFTS、XPS表征手段分析催化剂的理化性质,比较不同氧化锰载体对催化性能的影响,考察催化剂对低碳烯烃（C2^=～C4^=）的选择性影响。结果表明催化剂Co/MnO和Co/Mn3O4更容易还原,并且CO的吸附量较大,有利于实现较高的CO转化率;Co/Mn2O3和Co/Mn3O4中CO桥式吸附更高,有利于生成更多的—CH2—物种。综合考虑催化剂的活性和C2^=～C4^=选择性,Co/Mn3O4的费托合成（FTS）性能最好,其中C2^=～C4^=选择性为50.91%,烯烷比（O/P）为3.40。

关键词：费托合成合成气 Co/MnOx催化剂固定床低碳烯烃

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反溶剂重结晶法制备青蒿素超细粉体

化工学报 2012年第5期63卷 1607-1614页

作者：谢玉洁乐园王洁欣赵宏陈建峰北京化工大学有机无机复合材料国家重点实验室北京100029

采用反溶剂重结晶法进行了青蒿素超细粉体的制备研究。以乙醇为溶剂,水为反溶剂,系统考察了药用辅料类型、反溶剂溶剂体积比、药物溶液浓度和混合强度对产品颗粒形貌和大小的影响。结果表明,辅料羟丙甲纤维素(HPMC)与聚乙烯吡咯烷酮(PVP... 详细信息

采用反溶剂重结晶法进行了青蒿素超细粉体的制备研究。以乙醇为溶剂,水为反溶剂,系统考察了药用辅料类型、反溶剂溶剂体积比、药物溶液浓度和混合强度对产品颗粒形貌和大小的影响。结果表明,辅料羟丙甲纤维素(HPMC)与聚乙烯吡咯烷酮(PVP)联用可有效控制颗粒形貌,反溶剂溶剂体积比为20,青蒿素乙醇溶液浓度为***-1,搅拌转速为***-1时,浆料中可得到平均短径0.84μm、长径3μm的针状颗粒,此浆料经喷雾干燥可得到粒径为2～3μm的类球形粉体颗粒。进一步采用红外光谱、X射线衍射、差热分析、比表面积测试对原料药及产品的特性进行了表征,结果显示,青蒿素经反溶剂重结晶过程与辅料HPMC间产生一定的氢键作用,超细粉体产品的结晶度及熔点降低,比表面积增至原料药的26.4倍。体外溶出测试结果表明,青蒿素超细粉体的溶出速率远优于原料药,超细药物粉体15min即可溶出88.3%,而同期原料药的溶出度仅为2.1%。

关键词：青蒿素反溶剂重结晶超细粉体溶出速率

静电纺丝法制备聚醚酰亚胺纤维膜的结构和介电性能研究

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高分子学报 2012年第12期22卷 1409-1416页

作者：赵利洁隋刚杨小平北京化工大学有机无机复合材料国家重点实验室北京100029

采用静电纺丝法制备了聚醚酰亚胺(PEI)纤维膜,通过扫描电子显微镜(SEM)和偏振红外对PEI纤维膜的微观结构进行研究.实验结果显示纺丝液溶剂决定了PEI的可纺性,以N-甲基吡咯烷酮(NMP)为溶剂时,空气湿度显著地影响纺丝过程以及纤维的形态.... 详细信息

采用静电纺丝法制备了聚醚酰亚胺(PEI)纤维膜,通过扫描电子显微镜(SEM)和偏振红外对PEI纤维膜的微观结构进行研究.实验结果显示纺丝液溶剂决定了PEI的可纺性,以N-甲基吡咯烷酮(NMP)为溶剂时,空气湿度显著地影响纺丝过程以及纤维的形态.在相同纺丝工艺条件下,随着纺丝液浓度的增加,所得PEI取向纤维沿辊筒收集方向的排列规整性提高,纤维平均直径由405 nm增加到3.25μ***纤维膜介电性能的研究表明,取向纤维膜的介电常数很小,最低可达到1.1,其介电损耗也维持在较低的水平,纤维膜的接收方式以及热牵伸处理会对PEI纤维膜的介电性能产生影响。

关键词：静电纺丝聚醚酰亚胺介电性能微观结构

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金属-有机骨架材料用于废水处理

化学进展 2012年第9期24卷 1646-1655页

作者：童敏曼赵旭东解丽婷刘大欢阳庆元仲崇立北京化工大学有机无机复合材料国家重点实验室北京100029

废水中的各种有害物质常常具有生物毒性或致癌性,因此如何高效、节能地处理水体污染是一个亟待解决的重要问题。金属-有机骨架材料(metal-organic frameworks,MOFs)是一种新型纳米多孔材料,具有种类多样性、结构可设计性与可调控性、高... 详细信息

废水中的各种有害物质常常具有生物毒性或致癌性,因此如何高效、节能地处理水体污染是一个亟待解决的重要问题。金属-有机骨架材料(metal-organic frameworks,MOFs)是一种新型纳米多孔材料,具有种类多样性、结构可设计性与可调控性、高比表面积及良好的热稳定性等优点,已成为当前化学、材料学科的一个研究热点,在多个领域显示出潜在的应用前景,尤其是在分离方面。与气相分离相比,MOFs用于液相分离的研究较少。本文综述了近年来MOFs用于含有染料、药物、醇、芳香族化合物、重金属离子及其他离子的废水处理的研究进展,重点剖析了MOFs的孔结构、骨架电荷及功能性对分离效果的影响,并结合本课题组的研究工作,对这种新型多功能材料在水处理方面的前景和今后的研究重点作了展望。

关键词：金属-有机骨架材料废水处理分离构效关系

基于电泳沉积法的Ti_(3)C_(2)T_(x) MXene改性国产高模高强碳纤维

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复合材料学报 2024年第6期41卷 2968-2979页

作者：曹洪硕黄玲刘哲田艳红张学军北京化工大学有机无机复合材料国家重点实验室北京100029

为提升国产高模高强碳纤维的表面特性及其复合材料的界面性能,采用连续化电泳沉积工艺,在国产高模高强碳纤维(BHM5碳纤维)表面构筑Ti_(3)C_(2)T_(x)MXene纳米片层。通过SEM、XPS、动态接触角、INSTRON万能材料试验机对改性前、后BHM5碳... 详细信息

为提升国产高模高强碳纤维的表面特性及其复合材料的界面性能,采用连续化电泳沉积工艺,在国产高模高强碳纤维(BHM5碳纤维)表面构筑Ti_(3)C_(2)T_(x)MXene纳米片层。通过SEM、XPS、动态接触角、INSTRON万能材料试验机对改性前、后BHM5碳纤维的表面形态、表面元素含量、表面润湿性及其复合材料的力学性能和断面形貌进行了表征,探讨了Ti_(3)C_(2)T_(x)MXene改性BHM5碳纤维复合材料的界面增强机制。结果表明:经Ti_(3)C_(2)T_(x)MXene改性后的BHM5碳纤维表面粗糙度和比表面积增加,具备了与环氧树脂基体良好的机械互锁能力。碳纤维表面极性基团的含量明显上升,表面润湿性得以增强。在15 V电压下对BHM5碳纤维处理2 min后,其复合材料的层间剪切强度达到82.54 MPa,相较于未处理的碳纤维制成的复合材料,提升了28.2%。

关键词：高模高强碳纤维电泳沉积复合材料 Ti_(3)C_(2)T_(x)MXene 界面性能

质子交换膜燃料电池膜电极结构与设计研究进展

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化工进展 2021年第9期40卷 4882-4893页

作者：杨博龙韩清向中华北京化工大学有机无机复合材料国家重点实验室北京100029

膜电极(MEA)为质子交换膜燃料电池(PEMFC)提供了电子、质子、反应气体和产物水等多相物质传递和电化学反应的重要场所。设计和制备具有优异特性的MEA对提高PEMFC的性能,降低制造成本,加快其商业化应用是至关重要的。本文首先对PEMFC的... 详细信息

膜电极(MEA)为质子交换膜燃料电池(PEMFC)提供了电子、质子、反应气体和产物水等多相物质传递和电化学反应的重要场所。设计和制备具有优异特性的MEA对提高PEMFC的性能,降低制造成本,加快其商业化应用是至关重要的。本文首先对PEMFC的反应机理进行了分析,接着从气体扩散层(GDL)、催化层(CL)、质子交换膜构造(PEM)3个方面阐述各部件在MEA中的作用,归纳总结了各部件的制备方法、传热传质方式、仿真模型、构效关系以及优缺点,最后对影响MEA的各种因素进行了总结,并且结合目前涌现出的许多新兴技术对PEMFC的发展进行了展望。本综述对未来高性能、长寿命和低成本的MEA开发具有指导意义。

关键词：燃料电池膜电极传质传热数值模拟