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超高温陶瓷复合材料研究进展

无机材料学报 2024年第6期39卷 571-590页

作者：张幸红王义铭程源董顺胡平哈尔滨工业大学航天学院复合材料与结构研究所哈尔滨150001

随着高速飞行器朝着更宽空域、更长时间和更高速度的方向发展,对飞行器的鼻锥、前缘和发动机燃烧室等关键结构的热防护性能提出了更加严苛的要求,发展在极端环境下使用的高性能热防护材料是当前的研究重点。超高温陶瓷复合材料具有优异... 详细信息

随着高速飞行器朝着更宽空域、更长时间和更高速度的方向发展,对飞行器的鼻锥、前缘和发动机燃烧室等关键结构的热防护性能提出了更加严苛的要求,发展在极端环境下使用的高性能热防护材料是当前的研究重点。超高温陶瓷复合材料具有优异的抗氧化烧蚀性能,是一类极具应用潜力的非烧蚀型热防护材料。然而,本征脆性问题限制了超高温陶瓷复合材料的工程化应用,需通过组分结构调控对其进行强韧化。同时,飞行器有效载荷提升也对超高温陶瓷复合材料提出了轻量化的要求。本文系统概述了超高温陶瓷复合材料近年来取得的主要研究进展,包括压力烧结、泥浆浸渍、前驱体浸渍裂解、反应熔渗、化学气相渗透/沉积与“固-液”组合工艺等制备方法,颗粒、晶须、软相物质、短切纤维和连续纤维等强韧化方法及其机制,抗氧化烧蚀性能与机理,以及轻量化设计等。讨论了超高温陶瓷复合材料组分、微结构和性能之间的关系,并指出了超高温陶瓷复合材料目前存在的挑战以及未来的发展趋势。

关键词：超高温陶瓷复合材料强韧化抗氧化烧蚀轻量化综述

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玻璃纤维及偶联剂对聚乳酸降解性能的影响

复合材料学报 2024年第2期41卷 694-701页

作者：吕东阳陈利王静天津工业大学纺织科学与工程学院天津300387 天津工业大学复合材料研究院先进纺织复合材料教育部重点实验室天津300387

聚乳酸因其优异的性能广泛应用在骨折内固定领域,但其存在降解速度过快导致的弯曲和剪切性能下降问题,因此复合改性是提高其性能的途经之一。本文采用三维编织技术制备了玻璃纤维(GF)和聚乳酸(PLA)混编预制体,并采用偶联剂KH550对预制... 详细信息

聚乳酸因其优异的性能广泛应用在骨折内固定领域,但其存在降解速度过快导致的弯曲和剪切性能下降问题,因此复合改性是提高其性能的途经之一。本文采用三维编织技术制备了玻璃纤维(GF)和聚乳酸(PLA)混编预制体,并采用偶联剂KH550对预制体进行改性处理。采取热压成型工艺制备复合材料。在37℃条件下将复合材料浸泡在磷酸盐缓冲溶液(PBS)中进行体外降解实验。结果显示:GF质量分数增加会降低复合材料的质量损失率及吸水率。降解28天后,GF质量分数为40wt%的结晶度较GF质量分数为30wt%的试样增加了12.3%,GF质量分数为30wt%、35wt%和40wt%时,弯曲强度分别下降了32.3%、28.13%和16.16%,剪切强度分别下降了53.74%、51.1%和47.18%。说明提高GF质量分数有助于维持复合材料的力学性能,缓解因降解引起的界面损伤。KH550的引入使降解介质(PBS缓冲液)pH值下降幅度小。降解28天后,改性复合材料弯曲强度下降了22.85%,剪切强度下降了56.11%。结合SEM图像,发现降解第7天时GF质量分数为30wt%的试样出现细小沟壑,第28天时表面损伤明显。而GF质量分数为40wt%的试样降解损伤较小。可见,GF对PLA复合材料的力学性能和结晶度起到促进作用,同时抑制了PLA的降解。KH550改善了GF和PLA的界面,对降解介质p H值变化影响较小。

关键词：聚乳酸玻璃纤维偶联剂三维编织降解性能

针刺/缝合多尺度联锁复合材料Ⅱ型层间力学行为

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复合材料学报 2024年第3期41卷 1567-1576页

作者：苏星兆陈小明郑宏伟吴凯杰辛世纪郭东升天津工业大学纺织科学与工程学院天津300387 天津工业大学先进纺织复合材料教育部重点实验室天津300387 天津工业大学机械工程学院天津300387

针刺/缝合多尺度联锁复合材料具有优异的层间性能,在航天热结构复合材料中得到越来越多的应用,然而,缝合工艺对于针刺复合材料双切口层间剪切(DNS)性能的影响还不清楚。以石英缎纹基布、石英斜纹半切布为原料,设计制备了3种缝合矩阵、4... 详细信息

针刺/缝合多尺度联锁复合材料具有优异的层间性能,在航天热结构复合材料中得到越来越多的应用,然而,缝合工艺对于针刺复合材料双切口层间剪切(DNS)性能的影响还不清楚。以石英缎纹基布、石英斜纹半切布为原料,设计制备了3种缝合矩阵、4种缝合纤维束的石英纤维增强树脂基针刺/缝合多尺度联锁复合材料,测试并分析了复合材料的DNS性能。采用Micro-CT对织物内部结构进行表征,同时通过扫描电镜(SEM)观察试样断口形貌,阐明层间增强机制。使用内聚力模型(Cohesive zone model,CZM)结合Abaqus软件进一步探究针刺/缝合多尺度联锁复合材料的DNS行为,预测材料的极限破坏强度。研究结果表明:缝合工艺的引入极大地改善了复合材料的层间性能,其DNS的破坏载荷最大可达到32.73 MPa,相比针刺复合材料提升了86.46%。针刺/缝合多尺度联锁复合材料DNS的主要破坏方式是基体开裂、纤维束的脆性断裂和拔出。同时,模拟结果和针刺/缝合多尺度联锁复合材料的DNS实验结果吻合较好,误差最大不超过8%,证明本文建立的内聚力模型能够有效预测针刺/缝合多尺度联锁复合材料的层间剪切性能。

关键词：针刺缝合织物复合材料 Ⅱ型层间力学性能内聚力模型

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柔性汗液传感器的研究及其应用进展

丝绸 2024年第2期61卷 85-94页

作者：闫晗刘丽妍李至洁罗丹刘皓天津工业大学纺织科学与工程学院天津300387 天津工业大学智能可穿戴电子纺织品研究所天津300387

可穿戴传感器以独特的监测模式(实时、连续、非侵入性)在医疗、体育、健康监测等领域得到了迅速发展。汗液中含有多种生物标记物,如代谢物、电解质和各种激素等。汗液可以反映人体的劳累程度、疾病、压力水平、运动情况等,与可穿戴技术... 详细信息

可穿戴传感器以独特的监测模式(实时、连续、非侵入性)在医疗、体育、健康监测等领域得到了迅速发展。汗液中含有多种生物标记物,如代谢物、电解质和各种激素等。汗液可以反映人体的劳累程度、疾病、压力水平、运动情况等,与可穿戴技术相结合,汗液传感器有望实现低成本、实时、原位的汗液监测。本文从柔性汗液传感器的基底材料种类入手,介绍了近年来汗液传感器常用的基底材料,并概述了柔性汗液传感器在监测方面的应用。最后,总结了目前存在的局限性及对未来发展的展望。

关键词：汗液传感器柔性智能可穿戴健康监测应用

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仿真模拟主动调节负泊松比力学超材料

复合材料学报 2024年第1期41卷 467-476页

作者：姚永涛丛琳王鸿涛王军哈尔滨工业大学复合材料与结构研究所哈尔滨150080 内蒙动力机械研究所呼和浩特010000

负泊松比材料作为一种新型的超材料,鉴于其优异的力学性能,在航天、航空、工业、医药科学等领域具有广泛的应用前景。为得到性能、结构可主动调节的超材料,首先以负泊松比结构为基础,结合形状记忆智能材料,设计出性能可调控的超材料结... 详细信息

负泊松比材料作为一种新型的超材料,鉴于其优异的力学性能,在航天、航空、工业、医药科学等领域具有广泛的应用前景。为得到性能、结构可主动调节的超材料,首先以负泊松比结构为基础,结合形状记忆智能材料,设计出性能可调控的超材料结构单元模型。然后通过基本梁理论计算,获得宏观结构泊松比正负转变与刚体结构之间的临界参数。其次,通过有限元仿真,确定材料泊松比正负调节与填充单元组合比例及排列方式之间的关系。最后对这种二维结构材料的振动特性和力学性能进行了详细的分析。结果表明:这种材料在调节结构力学性能和振动调控方面表现出优异的性能。调节内部单元的填充形式和排列方式,可以得到不同的力学性能和吸能效果;同时,通过引入形状记忆材料和微结构,使材料表现出优异的宏观结构和刚度智能调节性能。

关键词：力学超材料负泊松比吸能可调节设计有限元仿真

酸-碱改性粉煤灰吸附剂的制备及其对染料的去除性能

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材料研究学报 2024年第5期38卷 379-389页

作者：王琰张昊常娜王海涛天津工业大学环境科学与工程学院天津300387 天津工业大学纺织科学与工程学院天津300387 天津工业大学化学工程与技术学院天津300387

以粉煤灰(CFA)为原料、以HCl和NaOH为改性剂制备改性粉煤灰多孔吸附剂(MCFA),使用SEM观察、XRD谱、BET、FT-IR、XPS等手段表征改性前后CFA的结构,研究了MCFA的投加量和染料的pH值对染料吸附性能的影响并揭示了吸附机理。结果表明,CFA改... 详细信息

以粉煤灰(CFA)为原料、以HCl和NaOH为改性剂制备改性粉煤灰多孔吸附剂(MCFA),使用SEM观察、XRD谱、BET、FT-IR、XPS等手段表征改性前后CFA的结构,研究了MCFA的投加量和染料的pH值对染料吸附性能的影响并揭示了吸附机理。结果表明,CFA改性后MCFA的表面粗糙多孔,比表面积从5.2 m^(2)/g增大到32.0 m^(2)/g,其活性提高和吸附位点增多使其吸附性能提高。在吸附剂投加量为2 mL和染料的初始浓度为100 mg/L的条件下,对碱性品红和孔雀石绿的最大去除率可达99%。MCFA对印染废水的吸附过程包括物理吸附和化学吸附,用Freundlich模型能很好地加以描述。用准二级动力学比准一级动力学可描述对4种染料的吸附行为。

关键词：无机非金属材料粉煤灰改性染料废水脱色率吸附

基于葫芦[8]脲主客体化学的双客体组分动态交联水凝胶的制备和性能研究

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高分子学报 2024年第1期55卷 79-90页

作者：张鹏亮张莹莹李新桐任家骏邹磊赵琢高偲嘉王亚斐张岩骆莹张拥军天津工业大学材料科学与工程学院天津300387 天津工业大学药学院天津300387 天津工业大学化学学院天津300387 天津市第三中心医院天津市肝胆疾病研究所天津市重症疾病体外生命支持重点实验室天津300170

基于超分子主客体作用的动态交联在构筑用于生物大分子和细胞载体的可注射水凝胶输送材料方面具备很多优势,但单一性质交联点的动态快慢程度固定,无法进行调节,难以实现水凝胶动态可调的性能.本研究利用葫芦[8]脲(CB[8])能够与它的客体... 详细信息

基于超分子主客体作用的动态交联在构筑用于生物大分子和细胞载体的可注射水凝胶输送材料方面具备很多优势,但单一性质交联点的动态快慢程度固定,无法进行调节,难以实现水凝胶动态可调的性能.本研究利用葫芦[8]脲(CB[8])能够与它的客体分子以摩尔比为1/2的比例形成同种三元复合物主客体的相互作用,设计了一种双组分超分子动态交联水凝胶系统.在水凝胶聚合物骨架的侧链上同时引入偶氮苯与苯基吡啶盐2种客体基团,其中偶氮苯客体与CB[8]的结合较弱,呈现较快的动态可逆性质;苯基吡啶盐客体与CB[8]的结合较强,呈现较慢的动态可逆性质.设计不同比例的2种动态交联,得到了系列网络结构相同,但交联点性质动态可调的水凝胶材料.水凝胶性能研究结果显示,得到的材料能够在流变学机械性能、自修复、剪切变稀、应力松弛、大分子药物释放等生物医用关键性质上随客体比例变化而进行调控,具备良好的应用前景.

关键词：葫芦脲水凝胶主客体化学动态交联

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冬季运动智能柔性人台关键技术开发

纺织学报 2024年第2期45卷 221-230页

作者：何崟邓凌林美霞李倩倩肖爽刘皓刘莉天津工业大学纺织科学与工程学院天津300387 天津工业大学智能可穿戴电子纺织品研究所天津300387 北京服装学院服装艺术与工程学院北京100029

为精确获得运动姿态下服装对运动员整体和局部关键部位的减阻效果,基于运动员冬季运动动态姿势的三维人体数据,合理构建人台硬质内壳与柔性皮肤层的结构,并结合空气动力学等方法设计薄膜压电传感器的置入点位,为人台搭建完整的传感系统... 详细信息

为精确获得运动姿态下服装对运动员整体和局部关键部位的减阻效果,基于运动员冬季运动动态姿势的三维人体数据,合理构建人台硬质内壳与柔性皮肤层的结构,并结合空气动力学等方法设计薄膜压电传感器的置入点位,为人台搭建完整的传感系统,开发了一款冬季运动智能柔性人台,并对该柔性人台进行了实际的风洞测试。结果表明,该人台可实现多点压力信号实时同步采集,不仅可得到人体局部关键部位的具体阻力数据,还可模拟测试速滑运动员在运动情况下穿着不同材料或不同结构设计的竞赛服装的减阻效果,测试竞赛服装不同部位的减阻情况。智能人台发挥了柔性传感器在服装减阻结构设计中的应用价值,使服装减阻测试更为简单和精确。

关键词：柔性人台柔性传感器服装减阻速滑服冬季运动

碳纤维增韧陶瓷基复合材料高温氧化性能研究进展：氧化机理、氧化损伤实验与模型

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复合材料学报 2024年

作者：方国东王章文李赛王兵孟松鹤哈尔滨工业大学复合材料与结构研究所

碳纤维增韧陶瓷基复合材料兼具陶瓷材料优良的抗氧化腐蚀性能和碳纤维材料增强增韧的力学性能，已成为最有潜力的高超声速飞行器热防护候选材料。碳纤维增韧陶瓷基复合材料在多物理场耦合服役环境下的高温氧化损伤失效机理对热防护材料... 详细信息

碳纤维增韧陶瓷基复合材料兼具陶瓷材料优良的抗氧化腐蚀性能和碳纤维材料增强增韧的力学性能，已成为最有潜力的高超声速飞行器热防护候选材料。碳纤维增韧陶瓷基复合材料在多物理场耦合服役环境下的高温氧化损伤失效机理对热防护材料设计及性能表征与评价至关重要，也一直是国内外学者研究的热点。本文从高温氧化机理、耦合失效实验、高温氧化模型三个方面对C/SiC和C/ZrB2-SiC复合材料进行详细论述和总结，对相应的研究方法的局限性和适用范围进行分析和评价，并展望了碳纤维增韧陶瓷基复合材料氧化损伤研究的发展趋势，进而为碳纤维增韧陶瓷基复合材料在热力氧耦合条件下的热/力响应及性能评价研究奠定理论模型基础。

关键词：碳纤维增韧陶瓷基复合材料氧化机理损伤失效实验氧化模型