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Er^(3+)/Nd^(3+)/Tm^(3+)共掺碲酸盐玻璃近红外发射和能量传递机理

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光谱学与光谱分析 2024年第4期44卷 1171-1176页

作者：陈安民马飞云崔令江张鹏王传杰威海长和光导科技有限公司威海市光纤预制棒工程技术研究中心山东威海264200 哈尔滨工业大学(威海)材料科学与工程学院山东威海264209 宏安集团有限公司技术部山东威海264200

为满足通信网络飞速发展对密集波分复用系统(DWDM)传输容量需求的不断增加,对DWDM系统核心器件掺铒光纤放大器(EDFA)性能的要求也越来越高。碲酸盐玻璃因其具有稀土离子溶解度高,声子能量低和高折射率等优点已成为替代传统掺铒石英光纤... 详细信息

为满足通信网络飞速发展对密集波分复用系统(DWDM)传输容量需求的不断增加,对DWDM系统核心器件掺铒光纤放大器(EDFA)性能的要求也越来越高。碲酸盐玻璃因其具有稀土离子溶解度高,声子能量低和高折射率等优点已成为替代传统掺铒石英光纤的理想材料。掺稀土碲酸盐玻璃可以作为宽带光纤放大器的理想增益介质来实现信号有效放大,因此提高掺铒碲酸盐玻璃光谱性能并拓展其放大带宽对DWDM系统扩容具有重要意义。通过Er^(3+)、Nd^(3+)和Tm^(3+)共同掺杂提高碲酸盐玻璃的放大带宽以获得超宽带发光。Er^(3+)、Nd^(3+)和Tm^(3+)分别通过跃迁产生1.55、1.34和1.85μm波段的发光,且三个近红外发射波段基本相邻。采用三种离子共掺的方式,通过离子间发生能量传递(ET)来实现碲酸盐玻璃在连续光谱中的发光。在TeO_(2)-WO_(3)-ZnO-Na_(2)O-Er_(2)O_(3)碲酸盐玻璃中,先进行Er^(3+)/Nd^(3+)掺杂,分析Er^(3+)/Nd^(3+)间能量传递机理,得到Er_(2)O_(3)、Nd_(2)O_(3)掺杂浓度分别为1、0.1 mol%时玻璃发光强度较佳。再进行不同Tm^(3+)浓度下的Er^(3+)/Nd^(3+)/Tm^(3+)三种离子掺杂,最后采用高温熔融退火法制备得到热稳定性能良好的Er^(3+)/Nd^(3+)/Tm^(3+)掺杂碲酸盐玻璃。Er^(3+)、Nd^(3+)和Tm^(3+)间发生能量传递,在1250~2100 nm范围内产生了发光中心为1.3、1.5和1.8μm的三个波段发光,覆盖了整个O、E、S、C、L和U波段。1.5μm处的荧光半高宽(FWHM)增加到131.68 nm,1.8μm处的FWHM高达251.75 nm。详细分析了三种稀土掺杂时稀土离子之间的能量传递过程机理。光谱结果表明,当Er_(2)O_(3)、Nd_(2)O_(3)、Tm_(2)O_(3)掺杂浓度分别为1、0.1、0.2 mol%时,Er^(3+)/Nd^(3+)/Tm^(3+)三掺碲酸盐玻璃是超宽带光纤放大器设计的一种有效材料。

关键词：碲酸盐玻璃近红外发光能量传递热稳定性能

CFRP拉索变刚度黏结型锚固系统受力性能研究

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建筑结构学报 2024年第3期45卷 220-231页

作者：牛延沼李承高咸贵军许国文熊浩白洁哈尔滨工业大学结构工程灾变与控制教育部重点实验室黑龙江哈尔滨150090 哈尔滨工业大学土木工程学院黑龙江哈尔滨150090 中国建筑第八工程局有限公司上海200122 上海碳纤维复合材料土木工程应用工程技术研究中心上海200122

碳纤维增强复合材料(CFRP)与钢材相比具有轻质高强、耐腐蚀、耐疲劳、蠕变小及温度敏感性低等优势,可替代传统钢索用于桥梁结构以提升桥梁跨度及服役寿命。但是,由于CFRP为正交各向异性材料,导致CFRP索难以锚固。为此,提出了一种变刚度... 详细信息

碳纤维增强复合材料(CFRP)与钢材相比具有轻质高强、耐腐蚀、耐疲劳、蠕变小及温度敏感性低等优势,可替代传统钢索用于桥梁结构以提升桥梁跨度及服役寿命。但是,由于CFRP为正交各向异性材料,导致CFRP索难以锚固。为此,提出了一种变刚度黏结剂与弯折索体结合的锚固系统,通过理论分析、有限元模拟及试验验证等方法研究了锚固系统的承载性能。结果表明:相比于传统的CFRP平行索锚系统,弯折索锚系统可明显提高锚固承载力及降低索锚滑移量,变刚度黏结介质可明显降低锚具加载端应力集中现象,避免拉索的局部断裂;当CFRP拉索(19根筋)弯折角为4°,黏结材料弹性模量范围为8~18 GPa时,锚固效率达96%,拉索所受压应力和剪应力峰值分别降低约48%和64%。

关键词：桥梁结构 CFRP拉索变刚度弯折锚固系统有限元模拟锚固性能应力分布

聚丙烯/聚硅氧烷-二氧化硅中空纤维膜的制备与性能分析

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化工进展 2024年第9期43卷 5106-5112页

作者：阳梦萍孙军军张晨曦薛昊龙肖长发上海工程技术大学纤维材料研究中心上海201620 天津工业大学材料科学与工程学院天津300387

为了提高气液分离用聚丙烯(PP)微孔膜的疏水性能,本研究将聚硅氧烷-二氧化硅纳米粒子和聚丙烯树脂熔融共混,采用熔融-拉伸法制备疏水聚丙烯中空纤维膜,进行了差示扫描量热仪、综合热分析仪、扫描电子显微镜、原子力显微镜、孔隙率、水... 详细信息

为了提高气液分离用聚丙烯(PP)微孔膜的疏水性能,本研究将聚硅氧烷-二氧化硅纳米粒子和聚丙烯树脂熔融共混,采用熔融-拉伸法制备疏水聚丙烯中空纤维膜,进行了差示扫描量热仪、综合热分析仪、扫描电子显微镜、原子力显微镜、孔隙率、水接触角、气体/纯水通量等测试与表征,研究了不同含量的聚硅氧烷-二氧化硅对中空纤维膜结构和性能的影响。结果表明,随着聚硅氧烷-二氧化硅质量分数的增加,膜的水接触角逐渐增大,平均孔径、纯水通量和气体通量均呈现先增大后减小的趋势。当聚硅氧烷-二氧化硅质量分数为2%时,膜的水接触角从108.6°增加到127.6°,表明PP微孔膜的疏水性能得到明显改善。膜孔隙率为59.4%,气体通量为61.76L/(m^(2)·s),是纯PP膜的2.16倍。同时聚硅氧烷-二氧化硅可以起到异相成核的作用,改善聚丙烯PP微孔膜的退火效果,使主片层结构变得稳定,孔结构依然由分离的片晶组成。

关键词：聚硅氧烷二氧化硅聚丙烯微孔膜疏水性

激光定向能量沉积Inconel 718合金高频窄脉冲电化学后处理行为研究

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中国激光 2024年第10期51卷 255-266页

作者：耿建峰吴琳郭鹏飞王慧君林鑫张宇锋杨光黄卫东青岛理工大学山东增材制造工程技术研究中心山东青岛266520 西北工业大学凝固技术国家重点实验室陕西西安710072 沈阳航空航天大学机电工程学院辽宁沈阳110136

高频窄脉冲电解加工技术能有效提高加工精度和表面质量,在镍基高温合金等难加工金属材料的精密制造方面有着广泛的应用。然而,对于微观组织极不均匀的激光定向能量沉积构件,其加工质量尚不清晰,尤其是采用无水电解液时。以激光定向能量... 详细信息

高频窄脉冲电解加工技术能有效提高加工精度和表面质量,在镍基高温合金等难加工金属材料的精密制造方面有着广泛的应用。然而,对于微观组织极不均匀的激光定向能量沉积构件,其加工质量尚不清晰,尤其是采用无水电解液时。以激光定向能量沉积Inconel 718合金为研究对象,采用频率为30~100 kHz、占空比为30%~80%的高频窄脉冲电流以及饱和NaCl乙二醇电解液进行射流电解加工实验。结果表明:沉积态Inconel 718合金组织由γ基体相、Nb偏析区与枝晶间相(主要为γ/Laves共晶相)组成;在10.50 A/cm^(2)的电流密度下,加工区表面粗糙度随脉冲频率的增加而增大,且脉冲频率为30 kHz时表面粗糙度最小(R_(a)=1.562μm),加工精度最高;表面粗糙度随占空比的增加先减小后增大,占空比为50%时表面粗糙度最小,占空比为60%时加工精度最高;而在直流模式下,表面粗糙度随电流密度的增大而降低,且电流密度为10.50 A/cm^(2)时,表面质量最优(R_(a)=0.526μm),这是由于高电流密度更容易诱导表面“过饱和盐膜”的形成,从而有效抑制选择性溶解,降低表面粗糙度。但在加工精度方面,高频窄脉冲电流模式的加工定域性较好。最后,基于“盐膜”理论和双电层模型,揭示了高频窄脉冲电流模式下沉积态Inconel 718合金的微区阳极溶解机理,为提高激光增材制造镍基高温合金射流电解加工表面质量提供了理论支撑和实验依据。

关键词：激光技术激光定向能量沉积 Inconel 718镍基高温合金射流电解加工表面完整性加工精度

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天然植物纤维增强热塑性复合材料的研究进展

精细化工 2024年第8期41卷 1658-1664,1678页

作者：杨人元周腾王宏伟龙雪彬张道海秦舒浩贵州民族大学化学工程学院贵州贵阳550025 国家复合改性聚合物材料工程技术研究中心贵州贵阳550014

由石油化工原料制备的纤维材料的广泛应用导致环境污染问题日益严峻,研发绿色环保的新型纤维材料迫在眉睫。天然植物纤维具有可再生和可降解的特点,在当前强调绿色发展的背景下备受关注,在增强热塑性复合材料领域具有广阔的应用前景,使... 详细信息

由石油化工原料制备的纤维材料的广泛应用导致环境污染问题日益严峻,研发绿色环保的新型纤维材料迫在眉睫。天然植物纤维具有可再生和可降解的特点,在当前强调绿色发展的背景下备受关注,在增强热塑性复合材料领域具有广阔的应用前景,使用天然植物纤维复合热塑性高分子聚合物制备性能优异的复合材料已经逐步发展为一项成熟的技术。该文总结了天然植物纤维结构和改性对复合材料性能的影响,综述了近年来天然植物纤维增强可降解和不可降解热塑性复合材料性能的应用进展,展望了天然植物纤维与可降解塑料复合材料的工业化前景。

关键词：植物纤维热塑性复合材料高分子聚合物可降解

界面阻燃化玻璃纤维协同聚磷酸铵增强阻燃聚乳酸

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精细化工 2024年第4期41卷 829-839页

作者：阮阳阳陈小随张爱清钱立军中南民族大学化学与材料科学学院湖北武汉430070 北京工商大学中国轻工业先进阻燃剂工程技术研究中心北京100048

采用3-氨丙基三乙氧基硅烷(KH550)对短切玻璃纤维(GF)进行氨基化处理,得到表面富含氨基的GF-KH550,以三乙胺为缚酸剂和催化剂、POCl_(3)和4,4-二氨基二苯甲烷为反应单体,在GF-KH550表面原位聚合,获得超支化聚磷酰胺界面阻燃化玻璃纤维(G... 详细信息

采用3-氨丙基三乙氧基硅烷(KH550)对短切玻璃纤维(GF)进行氨基化处理,得到表面富含氨基的GF-KH550,以三乙胺为缚酸剂和催化剂、POCl_(3)和4,4-二氨基二苯甲烷为反应单体,在GF-KH550表面原位聚合,获得超支化聚磷酰胺界面阻燃化玻璃纤维(GF@HBPN),采用FTIR、XPS、SEM、TGA对其进行了表征。GF-KH550、GF@HBPN单独或与聚磷酸铵(APP)作为阻燃剂用于聚乳酸(PLA)复合材料(GF-KH550/PLA、GF@HBPN/PLA、APP/GF@HBPN/PLA)的制备。对复合材料的热稳定性、力学和阻燃性能进行了测试。结果表明,与PLA相比,GF-KH550/PLA的拉伸强度明显提高,但GF的“烛芯效应”严重恶化了其燃烧性能;GF@HBPN/PLA复合材料的拉伸强度也有提高,且燃烧过程中GF表面形成的界面残炭抑制其“烛芯效应”,改善了其燃烧性能(UL-94V-2),但不足以达到理想阻燃效果。当APP质量分数10%、GF@HBPN质量分数为30%时,制备的复合材料10%APP/30%GF@HBPN/PLA的极限氧指数达到26.8%±0.2%、垂直燃烧等级为UL-94V-0级,且热释放速率峰值、总热释放量和平均有效燃烧热比PLA分别下降了31.39%、23.57%和18.80%,显示出优异的火安全性能。

关键词：超支化聚磷酰胺玻璃纤维聚乳酸阻燃烛芯效应功能材料

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3D机织预制体准纤维尺度建模方法

复合材料学报 2024年第3期41卷 1528-1538页

作者：朱琬清谢军波吴兰芳陈利杨林刘静妍天津工业大学复合材料研究院纺织复合材料教育部重点实验室天津300387 天津工业大学纺织科学与工程学院天津300387 中国运载火箭技术研究院物流中心北京100076

3D机织复合材料在航空航天领域有着广泛应用,作为复合材料的增强结构,纤维预制体的几何构造对复合材料的力学性能有着决定性影响。但预制体是一种柔性结构,在成型过程中容易发生显著的几何结构变异,包括纱线路径的变化和截面的挤压变形... 详细信息

3D机织复合材料在航空航天领域有着广泛应用,作为复合材料的增强结构,纤维预制体的几何构造对复合材料的力学性能有着决定性影响。但预制体是一种柔性结构,在成型过程中容易发生显著的几何结构变异,包括纱线路径的变化和截面的挤压变形。实现预制体的精细化、高保真度建模是对复合材料进行性能预测和结构设计的重要前提。针对碳纤维3D机织预制体的复杂纤维结构,基于虚拟纤维的概念提出了准纤维尺度建模方法,模拟了织造过程中纱线的运动和变形,实现了预制体的精确重构。利用Micro-CT技术表征了预制体样件的内部单胞结构,验证了模型的可靠性。

关键词： 3D机织预制体虚拟纤维机织复合材料 Micro-CT技术纤维结构建模

编织密度对2D-SiC_(f)/SiC力学行为的影响与机制

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复合材料学报 2024年第5期41卷 2694-2703页

作者：钱磊腾雪峰罗潇李坚刘小冲胡晓安中国航发湖南动力机械研究所株洲412000 南昌航空大学飞行器工程学院南昌330063 通航涡轮动力技术教育部工程研究中心南昌330063 西北工业大学材料学院西安710072

编织陶瓷基复合材料逐渐成为提升航空发动机综合性能的热门材料。材料的失效机制分析为材料/结构的性能设计与优化提供着重要的理论与方法支持。本文针对不同编织密度的2D-SiC_(f)/SiC复合材料开展室温拉伸试验,通过对力学行为、损伤演... 详细信息

编织陶瓷基复合材料逐渐成为提升航空发动机综合性能的热门材料。材料的失效机制分析为材料/结构的性能设计与优化提供着重要的理论与方法支持。本文针对不同编织密度的2D-SiC_(f)/SiC复合材料开展室温拉伸试验,通过对力学行为、损伤演化进行对比分析,研究编织复合材料的力学行为及内在的损伤机制。结果表明:比例极限应力随着横向纤维束编织密度的增加逐渐降低,纵向纤维束编织密度对比例极限应力影响较小;纵向纤维编织密度较小时,拉伸强度较低,随着纵向编织密度的增加,拉伸强度增大并趋于稳定,横向纤维编织密度的增加,对拉伸强度有一定的弱化作用;根据拉伸应力/应变的演化过程,编织SiC_(f)/SiC复合材料的拉伸过程可以划分为4个典型阶段;缝合孔对材料的拉伸强度有一定弱化作用,需要在材料制备、后处理过程中消除缝合孔的不利影响。

关键词：编织陶瓷基复合材料 SiC_(f)/SiC 编织密度力学行为比例极限应力损伤机制

纤维包覆纱改性PVA基气凝胶的制备及吸波性能研究

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塑料科技 2024年 38-44页

作者：秦爱文王佳乐訾皓然闫宇航郭洋朱洪立李俊河南工程学院材料工程学院河南省纤维制备与改性工程技术研究中心中国人民解放军32382部队山东非金属材料研究所

以湿法纺聚偏氟乙烯（PVDF）纤维为芯层，以正硅酸乙酯和聚丙烯腈（PAN）为皮层，通过静电纺纱仪制备SiO2/PVDF和PAN/PVDF两种纤维包覆纱，并将纤维包覆纱进行碳化处理，然后加入聚乙烯醇（PVA）中通过冷冻干燥的方式制备气凝胶，研究... 详细信息

以湿法纺聚偏氟乙烯（PVDF）纤维为芯层，以正硅酸乙酯和聚丙烯腈（PAN）为皮层，通过静电纺纱仪制备SiO2/PVDF和PAN/PVDF两种纤维包覆纱，并将纤维包覆纱进行碳化处理，然后加入聚乙烯醇（PVA）中通过冷冻干燥的方式制备气凝胶，研究两种纤维包覆纱对PVA基气凝胶压缩性能、隔热性能及电磁波吸收性能的影响。结果表明：纤维包覆纱的加入能够增强PVA基气凝胶的抗压缩性，其中加入PAN/PVDF包覆纱的气凝胶其抗压缩性能最佳，压缩应力达到112.3 kPa，相比未改性的气凝胶提升了45%，且经过5轮压缩回弹实验后，恢复率仍能保持90%以上。此外，加入纤维包覆纱后，两种改性气凝胶的介电损耗性能均提高。其中，当PAN/PVDF包覆纱改性后的气凝胶厚度为1 mm时，其有效吸波带宽为1.08 GHz，最强吸收峰值达到-40.4 dB，展现出优异的电磁波吸收性能。

关键词：气凝胶纤维包覆纱电磁波吸收压缩性能