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碳材料纳米结构的调控及吸附水中有毒污染物研究进展

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材料工程 2024年第10期52卷 57-69页

作者：李秋爽李芬杨莹于彩莲燕红郑梦龙陈慧宇哈尔滨理工大学材料科学与化学工程学院哈尔滨150040

纳米碳材料因具有比表面积大、孔结构复杂、表面官能团丰富等结构特点,在水中污染物治理上应用广泛。本文总结了纳米碳材料的碳源和制备方法,分析了碳材料纳米结构调控的原理和影响因素,综述了纳米碳吸附水中有毒污染物的研究成果,并提... 详细信息

纳米碳材料因具有比表面积大、孔结构复杂、表面官能团丰富等结构特点,在水中污染物治理上应用广泛。本文总结了纳米碳材料的碳源和制备方法,分析了碳材料纳米结构调控的原理和影响因素,综述了纳米碳吸附水中有毒污染物的研究成果,并提出了未来纳米碳材料工业化应用需要突破的瓶颈问题。水热法、热解法和化学气相沉积是目前常用的纳米碳制备方法,糖类、石油化工产品以及生物质等传统碳源通过制备温度、活化剂等参数的调控均可获得纳米结构碳。开发的碳纳米管、碳纳米球和纳米孔碳等可与污染物更好的接触,因此对酚类、苯类、染料类、抗生素以及重金属离子等有毒污染物有明显的吸附优势。为了实现纳米碳吸附材料的广泛应用,未来还需要在纳米碳绿色高效制备工艺的研发、碳结构形成演变规律的探索、纳米碳宏观使用方案的设计以及纳米碳基复合材料开发等方面开展进一步的研究工作。

关键词：纳米结构碳材料吸附有机污染物重金属离子

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勃姆石溶胶改性HGMs的制备及其水性复合涂层的性能

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复合材料学报 2024年第2期41卷 775-786页

作者：王召阳巩桂芬崔巍巍王一迪楼晨霞哈尔滨理工大学材料科学与化学工程学院哈尔滨150040

保温隔热对节能减排、减少能源消耗有着重大战略意义。本文以勃姆石溶胶对空心玻璃微球(Hollow glass microspheres,HGMs)进行表面改性,引入气腔结构以提高涂层保温隔热性能,制备可连续生产的高性能水性复合涂层。通过FTIR、XRD、SEM等... 详细信息

保温隔热对节能减排、减少能源消耗有着重大战略意义。本文以勃姆石溶胶对空心玻璃微球(Hollow glass microspheres,HGMs)进行表面改性,引入气腔结构以提高涂层保温隔热性能,制备可连续生产的高性能水性复合涂层。通过FTIR、XRD、SEM等表征手段对复合微球的微观形貌及结构进行分析。采用热失重分析、热导率、红外热成像等技术手段,系统研究涂层的微观结构、综合性能、保温隔热机制。结果表明:勃姆石溶胶成功对HGMs进行表面改性,HGMs@Al_(2)O_(3)保留HGMs的基本结构与特征,增强与水性聚合物基体的界面相容性,解决HGMs与水性基体界面粘结性差、致使其热导率波动大的实际问题。与未添加隔热填料的复合涂层相比,当HGMs@Al_(2)O_(3)含量为7wt%时达逾渗阈值,涂层综合性能最佳,显著提高复合涂层保温隔热性,导热系数降低58.7%;复合涂层最大热分解温度提高11%,在100℃热场环境下,能达到温度差为18.1℃的隔热效果,应用潜力及商业化前景巨大。

关键词：保温隔热复合涂层空心玻璃微球耐热性热导率热传输速率

改性BN-Si-B/环氧树脂复合材料的制备及绝缘性能

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复合材料学报 2024年第5期41卷 2477-2486页

作者：陈昊黄紫微赵伟宋吉祥周昱林晓艺翁凌哈尔滨理工大学材料科学与化学工程学院哈尔滨150040

电晕放电影响电气设备的稳定运行和使用寿命,提高绝缘材料的耐电晕性能对于保证电气设备的正常运行具有重要意义。本文利用硅烷偶联剂改性氮化硼(BN)制备改性BN(fBN),并将其与分散剂(有机硅硼复合氧化物(Si-B))共混对环氧树脂(EP)进行... 详细信息

电晕放电影响电气设备的稳定运行和使用寿命,提高绝缘材料的耐电晕性能对于保证电气设备的正常运行具有重要意义。本文利用硅烷偶联剂改性氮化硼(BN)制备改性BN(fBN),并将其与分散剂(有机硅硼复合氧化物(Si-B))共混对环氧树脂(EP)进行了改性。采用共混法和热固法制备了不同fBN含量的f BN-Si-B/EP复合材料,提高了环氧树脂的耐电晕寿命。实验结果表明:在30℃和30 kV·mm^(-1)电场强度下,f BN-Si-B/EP复合材料的耐电晕寿命最高可达114.8 h,是纯环氧树脂5.01倍。随着fBN掺杂量的增加,fBNSi-B/EP复合材料的介电常数呈现增加的趋势。同时,该复合材料的体积电阻率和击穿场强则表现出先降低后增加的趋势。少量fBN的加入可以降低复合材料的相对介电常数,抑制介电损耗增加。虽然fBN-Si-B/EP复合材料的击穿场强和体积电阻率略微降低,体积电阻率极小值为6.65×10^(14)Ω·cm,击穿场强极小值为24.04 kV·mm^(-1),但仍具有较好的绝缘性能。

关键词：耐电晕寿命介电性能环氧树脂氮化硼复合材料

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含氟基团对聚酰亚胺耐电晕及介电性能的影响

复合材料学报 2024年第5期41卷 2425-2435页

作者：赵伟宋吉祥陈昊林晓艺黄紫微周昱翁凌哈尔滨理工大学材料科学与化学工程学院哈尔滨150040

电气设备的高频化趋势对绝缘材料的耐电晕老化性能及介电性能提出了更高的要求。因此,提高绝缘材料的绝缘性能对高频电力系统的发展至关重要。本文以2,2’-双(三氟甲基)-4,4’-二氨基苯基醚(6FODA)、4,4’-二氨基二苯醚(ODA)、均苯四甲... 详细信息

电气设备的高频化趋势对绝缘材料的耐电晕老化性能及介电性能提出了更高的要求。因此,提高绝缘材料的绝缘性能对高频电力系统的发展至关重要。本文以2,2’-双(三氟甲基)-4,4’-二氨基苯基醚(6FODA)、4,4’-二氨基二苯醚(ODA)、均苯四甲酸二酐(PMDA)为反应单体,设计制备了嵌段共聚型含氟聚酰亚胺(FPI)三层薄膜,并重点研究了材料的耐电晕性能和介电性能。结果表明:不同含氟量嵌段共聚型FPI三层薄膜的耐电晕寿命均高于纯聚酰亚胺(PI)三层薄膜,且随着含氟量的增加,薄膜耐电晕寿命相应增大。当ODA与6FODA摩尔比为1∶9时三层薄膜的耐电晕寿命在常温(20℃)、80 kV/mm下最高可达4.0 h,是纯PI三层薄膜(1.4 h)的2.86倍。随着含氟量的增加,FPI三层薄膜的介电常数呈现先减后增趋势,ODA与6FODA摩尔比为1∶1时三层薄膜的介电常数在1 MHz时最低可降至2.26,介电损耗与电导率呈现先增后减趋势。介电强度随着含氟量的增加有所下降,但均高于纯PI三层薄膜,ODA与6FODA摩尔比为9∶1时,三层薄膜的介电强度高达434 kV/mm。

关键词：绝缘材料含氟聚酰亚胺嵌段共聚三层耐电晕性能介电性能

熔体纺丝纤维的磁热性能与磁制冷应用研究进展

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材料导报 2024年第11期38卷 260-269页

作者：张若琛钱明芳张学习沈阳理工大学材料科学与工程学院沈阳110159 哈尔滨工业大学材料科学与工程学院哈尔滨150001

本文对熔体纺丝合金纤维的磁热性能和磁制冷应用的研究进展进行了综述,总结了不同种类具有磁热性能的合金纤维在磁场驱动下能够产生的磁熵变最大值、半高宽和磁制冷能力。概述了熔体纺丝法的基本原理和操作过程,以及小尺寸纤维形态在实... 详细信息

本文对熔体纺丝合金纤维的磁热性能和磁制冷应用的研究进展进行了综述,总结了不同种类具有磁热性能的合金纤维在磁场驱动下能够产生的磁熵变最大值、半高宽和磁制冷能力。概述了熔体纺丝法的基本原理和操作过程,以及小尺寸纤维形态在实际磁制冷机中的应用优势,并重点介绍了将合金制备成纤维形态能够解决大块合金中存在的相关问题,描述了不同种合金纤维产生磁热效应的原理,阐明了纤维相变特征对制冷温度区间、磁熵变及磁热效应的影响机制,最后总结了合金纤维在活性蓄热器中的制冷功率和性能系数的研究情况,简述了将小尺寸合金纤维大批量应用于实际磁制冷装置以解决该类装置制冷效率低、制冷功率小的可行性。

关键词：熔体纺丝法纤维磁熵变磁热效应磁制冷

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复合材料原位光固化工艺铺层时间优化

复合材料学报 2024年第5期41卷 2732-2743页

作者：许家忠徐庆朋刘美军蒋悦哈尔滨理工大学自动化学院哈尔滨150080 哈尔滨理工大学机械动力工程学院哈尔滨150080

紫外光固化技术存在可固化厚度有限的问题,而原位光固化工艺以层层叠加、逐层固化的方式,在固化较大厚度的复合材料方面有着独特优势。为了在原位光固化工艺中实现各层同时完成固化且固化度分布均匀的目标,首先给出单层紫外光固化的数... 详细信息

紫外光固化技术存在可固化厚度有限的问题,而原位光固化工艺以层层叠加、逐层固化的方式,在固化较大厚度的复合材料方面有着独特优势。为了在原位光固化工艺中实现各层同时完成固化且固化度分布均匀的目标,首先给出单层紫外光固化的数学模型,基于该模型建立一个描述原位光固化过程的数学模型,进而对铺层时间进行优化,使用遗传算法结合梯度下降算法的方式求解出优化后的铺层时间,对原位光固化过程进行有限元仿真。仿真结果表明:与其他固化方式相比,原位光固化工艺优化铺层时间后,到达固化结束时间时,各层均能完成固化,固化度均在以期望固化度为中值的区间内且分布均匀,通过玻璃纤维增强树脂基复合材料层合板固化实验对算法及仿真进行验证,实验结果与仿真对照表明,优化后的原位光固化工艺能够实现同步固化的效果。

关键词：复合材料紫外光固化原位光固化工艺逐层固化同步固化铺层时间优化

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振动条件下铣刀切削过程物质信息流构建方法

振动与冲击 2024年第20期43卷 200-212,262页

作者：范丽丽姜彬赵培轶李世航哈尔滨理工大学机械动力工程学院哈尔滨150080

振动条件下铣刀切削过程物质的传递转换关系是揭示其加工表面形成过程多时变性的关键。依据立铣刀、刀齿、工件之间物质能量的输入输出关系与立铣刀动态切削行为特性,构建铣刀切削过程的物质流结构,揭示各组元间的传递转换关系;利用铣... 详细信息

振动条件下铣刀切削过程物质的传递转换关系是揭示其加工表面形成过程多时变性的关键。依据立铣刀、刀齿、工件之间物质能量的输入输出关系与立铣刀动态切削行为特性,构建铣刀切削过程的物质流结构,揭示各组元间的传递转换关系;利用铣刀、工件等不同物质载体的结构、运动及切削力等参数,定量表征物质流结构各节点的瞬时切削状态;构建物质流结构相邻节点的邻接矩阵,阐明相邻节点之间的传递关系;采用均方根值、峭度、主频与分形维数,揭示铣刀切削过程中物质信息流内部节点的动态特性。对物质信息流输入端、切削层节点及输出端进行试验验证。结果表明,该方法可揭示机床驱动下铣刀切削过程物质的传递与转换过程,为铣削工艺设计提供基础模型。

关键词：铣削振动铣刀物质流物质信息流流结构

铝板水热碳吸附工艺制备APC/Al层状复合材料的显微组织、力学性能和摩擦学性能

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Transactions of Nonferrous Metals Society of China 2024年第1期34卷 108-121页

作者：陈奕涵许红雨姜博王晔胡茂良吉泽升哈尔滨理工大学材料科学与化学工程学院哈尔滨150080 哈尔滨理工大学先进制造智能化技术教育部重点实验室哈尔滨150080

采用铝板水热碳吸附工艺(HTCAP)和真空热压烧结工艺(VHPS)制备无定形碳(APC)/Al层状复合材料,研究葡萄糖溶液浓度对其显微组织、力学性能和摩擦学性能的影响。结果表明,APC在层间分布均匀,并且通过Al的扩散与基体形成良好的界面结合。... 详细信息

采用铝板水热碳吸附工艺(HTCAP)和真空热压烧结工艺(VHPS)制备无定形碳(APC)/Al层状复合材料,研究葡萄糖溶液浓度对其显微组织、力学性能和摩擦学性能的影响。结果表明,APC在层间分布均匀,并且通过Al的扩散与基体形成良好的界面结合。随着葡萄糖溶液浓度的增加,层间硬度、极限抗拉强度(UTS)和伸长率先增大后减小,而磨损率则呈现相反的趋势,摩擦因数(COF)逐渐减小。当葡萄糖溶液浓度为0.3 mol/L时,伸长率最大,为16.4%,磨损率最小,为0.344×10^(-5)mm^(3)/(N·m)。粘着磨损是APC/Al层状复合材料的主要磨损机制。耐磨性的提高是由于在磨损表面形成均匀的APC润滑膜。

关键词：铝基层状复合材料无定形碳水热反应界面显微组织摩擦学性能

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氦气风机驱动电机转子径向通风结构研究

电机与控制学报 2024年第3期28卷 96-109页

作者：陶大军孟卓然徐金燕戈宝军哈尔滨理工大学电气工程学院黑龙江哈尔滨150080

氦气风机驱动电机是高温气冷堆一回路唯一能动设备,其安全性直接影响到高温气冷堆的安全稳定运行。针对高温高压环境及氦气传热工质对驱动电机风路结构设计及相关参数影响引发的新问题,通过建立双侧转子铁心三维风路结构流固耦合传热模... 详细信息

氦气风机驱动电机是高温气冷堆一回路唯一能动设备,其安全性直接影响到高温气冷堆的安全稳定运行。针对高温高压环境及氦气传热工质对驱动电机风路结构设计及相关参数影响引发的新问题,通过建立双侧转子铁心三维风路结构流固耦合传热模型,计算分析了高温高压环境下传热工质氦气在转子径向风沟内的流动特性,研究了转子分别在动态和静态情况下,通风结构内流体流动规律及转子铁心和导条的温升变化规律。同时,对不同种类传热工质的对应规律进行了对比研究,搭建了模拟实验测试装置,实测数据与数值计算结果吻合较好,验证了计算分析结果的合理性和正确性,为氦气风机驱动电机转子风路结构优化、冷却性能的有效提升提供一定的理论参考。

关键词：高温气冷堆氦气风机驱动电机通风结构传热特性流固耦合