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基于MXene电磁屏蔽材料的研究

复合材料学报 2024年第5期41卷 2280-2293页

作者：梅婷冉娅蔡雄睿孟诗云李晓丹重庆工商大学环境与资源学院催化与环境新材料重庆市重点实验室重庆400067

电子设备的电磁辐射问题日益严重,开发高性能电磁屏蔽材料是现实的迫切需求。MXene由于其独特的层状结构、丰富的表面基团、优异的力学性能和突出的导电性,被认为在电磁屏蔽方面具有潜在的应用前景。为获得轻质、高效、稳定的电磁屏蔽材... 详细信息

电子设备的电磁辐射问题日益严重,开发高性能电磁屏蔽材料是现实的迫切需求。MXene由于其独特的层状结构、丰富的表面基团、优异的力学性能和突出的导电性,被认为在电磁屏蔽方面具有潜在的应用前景。为获得轻质、高效、稳定的电磁屏蔽材料,多种改性方法被用于提高MXene材料的电磁屏蔽效能,如通过定量控制MXene层状结构构建三维多孔、多层和插层等多种形态,通过氧化、掺杂、热处理和接枝等手段调控MXene表面终止基团及将MXene与其他材料杂化组装获得其他性能等。本文从结构设计、表面改性、复合杂化三方面综述了近几年国内外对MXene材料改性的研究进展,并对其提高电磁屏蔽效能进行了比较。

关键词： MXene 电磁屏蔽结构设计表面改性复合杂化

基于环氧基POSS改性的低介电纳米多孔复合材料:微观结构对介电性能的影响

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复合材料学报 2024年第2期41卷 702-711页

作者：李晓丹刘小清何瑞刘宏宇王锋孟诗云重庆工商大学环境与资源学院催化与环境新材料重庆市重点实验室重庆400067

随着超大规模集成电路的迅速发展,微型集成化高密度半导体元件迫切需要低介电材料。本文合成了具有笼型结构的环氧基倍半硅氧烷(EOVS),并与环氧树脂E51共混得到纳米多孔EOVS/E51复合材料。改性后,EOVS在E51基体中均匀分散。随着EOVS的增... 详细信息

随着超大规模集成电路的迅速发展,微型集成化高密度半导体元件迫切需要低介电材料。本文合成了具有笼型结构的环氧基倍半硅氧烷(EOVS),并与环氧树脂E51共混得到纳米多孔EOVS/E51复合材料。改性后,EOVS在E51基体中均匀分散。随着EOVS的增多,其笼型结构引入的纳米孔隙使EOVS/E51复合材料的自由体积增大,单位体积内极化分子的密度降低,EOVS含量为15wt%时,介电常数由4.21下降至2.51(1 MHz)。但是,EOVS上的环氧基团提供了新的反应位点,EOVS/E51复合体系的交联密度随EOVS增多而增大,EOVS含量达20wt%时,复合材料的自由体积减小,介电常数转而增大。此外,EOVS中Si-O-Si键的疏水性使复合材料的耐湿性增强,而无机骨架的热稳定性及纳米增韧效应导致复合材料的耐热性和抗冲性能明显提升,在微电子领域应用前景广阔。

关键词：环氧基POSS 环氧树脂复合材料介电常数自由体积交联密度

聚合物转化SiHfCN陶瓷的制备及其吸波性能

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无机材料学报 2024年第6期39卷 681-690页

作者：张育育吴轶城孙佳付前刚西北工业大学超高温结构复合材料重点实验室陕西省纤维增强轻质复合材料重点实验室西安710072

聚合物转化SiCN陶瓷得益于质量轻和热膨胀系数低等优势,在电磁波吸收领域受到广泛关注。由于电磁损耗机制单一及耐温性不足,SiCN陶瓷的吸波性能有待进一步提高,借助多组元协同作用增强吸波性能是可行的途径之一。本工作对聚氮硅烷结合... 详细信息

聚合物转化SiCN陶瓷得益于质量轻和热膨胀系数低等优势,在电磁波吸收领域受到广泛关注。由于电磁损耗机制单一及耐温性不足,SiCN陶瓷的吸波性能有待进一步提高,借助多组元协同作用增强吸波性能是可行的途径之一。本工作对聚氮硅烷结合不同化合物进行单源化改性得到SiHfCN、SiHfCN-C、SiHfCN-B和SiHfCN-N等四种纳米陶瓷。结果表明:SiHfCN中由于Hf源的含氧量高达13.5%(质量分数),生成HfO_(2)和SiO_(2),使其最低反射损耗(Reflection loss,RL_(min))仅为–13.8 dB,有效吸收带宽(Effective absorption bandwidth,EAB)仅为0.42 GHz。相比于SiHfCN,含Hf聚合物分别与C源、B源和N源共改性增加了聚合物转化陶瓷的界面和导电相,SiHfCN-C、SiHfCN-B和SiHfCN-N的介电常数实部和虚部分别提高了1.4~1.8和2.7~3.9倍,RL_(min)分别为-50.6、-57.3和-63.5 dB,EAB分别为3.53、3.99和4.01 GHz,吸波性能得到了显著改善。SiHfCN-C中大量的自由碳抑制了HfO_(2)的生成,增强了电导损耗。SiHfCN-B中生成了B–N和B–C键,且析出的纳米棒状HfSiO_(4)提供了更多的异质界面,增强了极化损耗。SiHfCN-N中因引入大量N使N–C键数量增加,强化了偶极子极化损耗,同时生成纳米碳片,不仅可以增强电导损耗,而且提供大量界面,改善了阻抗匹配并增强了界面极化,因而SiHfCN-N具有最佳的吸波性能。

关键词：聚合物转化陶瓷聚氮硅烷超高温陶瓷吸波性能

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磁声耦合:物理、材料与器件

物理学报 2024年第5期73卷 1-23页

作者：陈崇马铭远潘峰宋成清华大学材料学院先进材料教育部重点实验室北京100084

固体中的声波有两种传播方式:一种是声体波,以纵波或横波的形式在固体内部传播;另一种是声表面波,在固体表面产生并沿着表面传播.声波射频技术利用这些声波来截取和处理信号,尤其体现在快速发展的射频滤波器技术中.声学滤波器因其体积... 详细信息

固体中的声波有两种传播方式:一种是声体波,以纵波或横波的形式在固体内部传播;另一种是声表面波,在固体表面产生并沿着表面传播.声波射频技术利用这些声波来截取和处理信号,尤其体现在快速发展的射频滤波器技术中.声学滤波器因其体积小、成本低和性能稳定等多方面的优势,在移动通信等领域得到了广泛应用.受益于成熟的制造工艺和确定的共振频率,声波已逐渐成为操控磁性和自旋的有力手段,这一领域正朝着小型化、超快和节能的自旋电子学器件应用迈进.将磁性材料集成到声学射频器件,也开辟了对声学器件调控方法和性能提升的新思路.本综述首先梳理了各种磁声耦合的物理机制,并在此基础上系统介绍了声控磁化动力学、磁化翻转、磁畴和磁性斯格明子产生及运动、自旋流产生等一系列磁性和自旋现象.同时也讨论了声控磁的逆过程——磁控声波的研究进展,包括声波参数的磁调控和声波的非互易传播,以及基于此开发的新型磁声器件,如磁传感器、磁电天线、可调谐滤波器等.最后展望了磁声耦合未来可能的研究方向和潜在的应用前景.

关键词：磁弹耦合声控磁性磁控声波磁声器件

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限域条件下氮分子的高温高压诱导聚合

物理学报 2024年第8期73卷 237-243页

作者：郭琳琳赵梓彤隋明宏王鹏刘冰冰吉林大学超硬材料国家重点实验室长春130012

聚合氮被认为是一种极具潜力的新型高能量密度材料,但是高温高压条件下合成的聚合氮结构往往具有较低热力学稳定性.限域策略有助于聚合氮高压结构的稳定,为氮聚合提供了新的调控途径.本文在氮化硼纳米管中限域分子氮,利用高压原位拉曼... 详细信息

聚合氮被认为是一种极具潜力的新型高能量密度材料,但是高温高压条件下合成的聚合氮结构往往具有较低热力学稳定性.限域策略有助于聚合氮高压结构的稳定,为氮聚合提供了新的调控途径.本文在氮化硼纳米管中限域分子氮,利用高压原位拉曼散射光谱表征技术研究不同含氮量限域体系的高压诱导氮聚合及聚合氮结构的卸压稳定性.研究表明,在高含氮量的体系中,限域到氮化硼纳米管内的N_(2)与非限域的N_(2)的拉曼特征振动峰表现出不同的拉曼光谱压力响应行为.在123 GPa压力下,利用激光加热诱导氮分子间聚合,生成cg-N聚合氮结构.卸压过程中,未被限域的cg-N在40 GPa左右发生爆炸性分解,分解产生的能量影响了限域cg-N的稳定性,使其同样发生分解.环境压力下限域N_(2)可能以液态形式稳定存在.在低含氮量限域体系中,高温高压下限域N2结晶生成了含有N=N双键的晶体结构,其中的N=N双键有两种长度,分别接近N_(3)阴离子及N_(4)^(+)团簇中N=N双键的键长.在卸压过程中这种结构可以稳定至25 GPa.

关键词：限域聚合氮高温高压

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木材胶黏剂仿生改性研究进展

材料导报 2024年第8期38卷 270-276页

作者：崔政李京超李建章高强北京林业大学木质材料科学与应用教育部重点实验室木材科学与工程北京市重点实验室北京100083

目前,利用无醛胶黏剂替代醛类树脂胶黏剂制备人造板产品成为木材胶黏剂研究热点,符合国家可持续发展和“双碳”战略。生物仿生为木材胶黏剂的改性和性能提升提供了设计灵感,是一种新兴且有效的改性策略。通过仿生设计与改性,无醛木材胶... 详细信息

目前,利用无醛胶黏剂替代醛类树脂胶黏剂制备人造板产品成为木材胶黏剂研究热点,符合国家可持续发展和“双碳”战略。生物仿生为木材胶黏剂的改性和性能提升提供了设计灵感,是一种新兴且有效的改性策略。通过仿生设计与改性,无醛木材胶黏剂的耐水性、防霉性、涂布预压性等得到显著提升的同时可以赋予胶黏剂功能性,是木材工业研究热点之一。本文综述了无醛木材胶黏剂仿生改性研究进展,按照仿生原理分为生物化学仿生木材胶黏剂(包括灵感来源于贻贝湿态黏附或模拟生物矿化、细胞壁构筑和重组键合网络过程等)以及结构仿生木材胶黏剂(包括灵感来源于壁虎脚趾微纳刷状结构、蜘蛛丝微相分离结构、珍珠层“砖和砂浆”结构、墨鱼骨多孔结构、弹簧螺旋结构等)。重点介绍了仿生原理、配方设计、胶黏剂性能和潜在应用价值,以期为木材胶黏剂的开发与高附加值利用提供参考。

关键词：无醛木材胶黏剂仿生性能功能性

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C/C复合材料高熵氧化物涂层抗烧蚀性能

无机材料学报 2024年第1期39卷 61-70,I0001,I0002页

作者：郭凌翔唐颖黄世伟肖博澜夏东浩孙佳西北工业大学超高温结构复合材料国防科技重点实验室纤维增强轻质复合材料陕西省重点实验室西安710072

新一代高超声速飞行器热端部件服役温度不断提高,对表面防护涂层的相稳定性和抗烧蚀性能提出了更高的要求。本工作针对传统过渡金属氧化物ZrO_(2)、HfO_(2)涂层开展高熵化设计,采用高温固相反应结合超音速大气等离子喷涂制备(Hf_(0.125)... 详细信息

新一代高超声速飞行器热端部件服役温度不断提高,对表面防护涂层的相稳定性和抗烧蚀性能提出了更高的要求。本工作针对传统过渡金属氧化物ZrO_(2)、HfO_(2)涂层开展高熵化设计,采用高温固相反应结合超音速大气等离子喷涂制备(Hf_(0.125)Zr_(0.125)Sm_(0.25)Er_(0.25)Y_(0.25))O_(2-δ)(M1R3O)、(Hf_(0.2)Zr_(0.2)Sm_(0.2)Er_(0.2)Y_(0.2))O_(2-δ)(M2R3O)、(Hf_(0.25)Zr_(0.25)-Sm_(0.167)Er_(0.167)Y_(0.167))O_(2-δ)(M3R3O)三种高熵氧化物涂层,探究稀土组元含量对高熵氧化物涂层的相结构演变规律、相稳定性以及抗烧蚀性能的影响。M2R3O涂层和M3R3O涂层呈现优异的相稳定性和抗烧蚀性能,涂层经热流密度为2.38~2.40 MW/m^(2)的氧–乙炔焰烧蚀后仍保持物相结构稳定,未发生固溶体分解或析出稀土组元。其中M2R3O涂层循环烧蚀180 s后的质量烧蚀率与线烧蚀率分别为0.01 mg/s和–1.16μm/s,相比M1R3O涂层(0.09 mg/s、–1.34μm/s)以及M3R3O涂层(0.02 mg/s、–4.51μm/s),分别降低了88.9%、13.4%以及50.0%、74.3%,表现出最优异的抗烧蚀性能。M2R3O涂层的抗烧蚀性能优异归因于其兼具较高的熔点(>2200℃)和较低的热导率((1.07±0.09)W/(m•K)),使其有效防护内部的SiC过渡层以及C/C复合材料免受氧化损伤,避免了界面SiO_(2)相形成所导致的界面开裂。

关键词：高熵陶瓷过渡金属氧化物热喷涂热防护涂层抗烧蚀 C/C复合材料

考虑非概率不确定性的复合材料壁板颤振可靠性优化方法

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振动工程学报 2024年第2期37卷 267-275页

作者：郑宇宁王一凡王淑玉刘晓华杨鑫鑫空间物理重点实验室北京100076

不确定因素普遍存在于气动弹性系统的优化设计中,但传统气动弹性优化设计技术并未考虑材料属性、大气环境、几何尺寸等不确定因素,存在最优化目标对设计参数变化敏感,也可能会发生预期之外的颤振失效。基于此,本文通过对传统优化模型中... 详细信息

不确定因素普遍存在于气动弹性系统的优化设计中,但传统气动弹性优化设计技术并未考虑材料属性、大气环境、几何尺寸等不确定因素,存在最优化目标对设计参数变化敏感,也可能会发生预期之外的颤振失效。基于此,本文通过对传统优化模型中目标函数的鲁棒性处理和对约束条件的可靠性处理,发展了计及可靠性与鲁棒性的区间优化模型,并将该优化模型应用于气动弹性系统的优化设计中。针对超声速气流下的复合材料层合板和蜂窝夹层板结构进行了考虑不确定性的颤振优化设计,在满足颤振约束指标的条件下,实现了结构减重的设计目标。

关键词：颤振复合材料壁板非概率鲁棒性优化设计

吉帕级单轴应力下Mn_(3)Sn单晶的磁化率增强

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物理学报 2024年第12期73卷 359-366页

作者：邓珊珊宋平刘潇贺姚森赵谦毅燕山大学理学院亚稳材料制备技术与科学国家重点实验室河北省微结构材料物理重点实验室秦皇岛066000

如何在室温下实现非共线反铁磁Mn_(3)Sn自旋的调控是一项挑战.本文通过对Mn_(3)Sn单晶施加GPa级单轴应力调控其磁结构,发现随着应力的增大,晶格常数a逐渐减小.此外,GPa级单轴应力下Mn_(3)Sn的磁化率(χ)不同于MPa级单轴应力下的结果,其... 详细信息

如何在室温下实现非共线反铁磁Mn_(3)Sn自旋的调控是一项挑战.本文通过对Mn_(3)Sn单晶施加GPa级单轴应力调控其磁结构,发现随着应力的增大,晶格常数a逐渐减小.此外,GPa级单轴应力下Mn_(3)Sn的磁化率(χ)不同于MPa级单轴应力下的结果,其值不再是一个定值,而是随着应力的增大而增大.当沿[1120]方向施加1.12 GPa应力后,χ达到0.0203μB/(f.u.T);当沿[0110]方向施加1.11 GPa应力后,χ达到0.0332μB/(f.u.T),为未变形样品的2.4倍.进一步的实验结果表明,GPa级的单轴应力打破了kagome晶格的面内六边形的对称性,从而改变Mn原子间的交换相互作用,增强体系的反铁磁耦合作用,使χ不再是一个定值.这一发现将会为反铁磁自旋调控提供新的思路.

关键词：反铁磁单轴应力单晶晶格畸变