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颗粒离散元岩石模型的宏细观抗拉强度关联

力学学报 2024年第5期56卷 1411-1425页

作者：谭鑫胡跃刚尹心曹文贵湖南大学土木工程学院长沙410082 湖南大学建筑安全与节能教育部重点实验室长沙410082

颗粒离散元数值模型由于具有反映材料宏细观力学特征的天然优势,而被大量学者采用开展岩石力学课题相关研究,但DEM数值模型涉及的跨尺度关联和参数标定问题给研究者带了挑战,且尚未形成获得统一认可的定量分析方法.基于规则排列的圆形颗... 详细信息

颗粒离散元数值模型由于具有反映材料宏细观力学特征的天然优势,而被大量学者采用开展岩石力学课题相关研究,但DEM数值模型涉及的跨尺度关联和参数标定问题给研究者带了挑战,且尚未形成获得统一认可的定量分析方法.基于规则排列的圆形颗粒DEM岩石试件拉伸模型,开展细观接触破裂模式与宏观拉伸破坏强度相关性的力学分析,指出岩石试样宏观抗拉强度取决于内部细观接触破裂模式,而细观破裂模式则受到接触抗拉强度、接触抗剪强度、接触法向刚度、接触切向刚度,甚至颗粒大小及排列方式的共同影响.根据理论分析及数值模拟结果提出了4种细观破裂模式及相应宏观抗拉强度理论计算公式,并将公式修正应用于随机颗粒排列的类岩石材料DEM模型,从细观角度揭示了宏观DEM岩石材料拉伸破坏机理,构建了宏细观抗拉强度参数关联.所建立关联公式的合理性得到了大量随机数值模拟结果的有效验证,可为研究者利用颗粒DEM数值模型进行岩石和混凝土等类脆性材料模拟的参数选取及标定工作提供重要的参考依据.

关键词：离散元岩石破裂宏细观抗拉强度

不同加载路径下挤压WE43镁合金的高速冲击力学响应及本构模型

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材料导报 2024年第20期38卷 243-251页

作者：叶拓邱飒蔚夏二立郭鹏程吴远志李落星湖南工学院智能制造与机械工程学院湖南衡阳421002 湖南大学重庆研究院重庆400044 湖南大学整车先进设计制造技术全国重点实验室长沙410082

利用分离式霍普金森压杆和多种显微表征方法,研究了不同热处理状态和加载路径下挤压WE43镁合金的室温动态力学响应行为。结果表明挤压WE43镁合金的各向异性较弱,其真应力-真应变曲线都为“C”形,屈服强度和极限强度都具有正的应变速率... 详细信息

利用分离式霍普金森压杆和多种显微表征方法,研究了不同热处理状态和加载路径下挤压WE43镁合金的室温动态力学响应行为。结果表明挤压WE43镁合金的各向异性较弱,其真应力-真应变曲线都为“C”形,屈服强度和极限强度都具有正的应变速率敏感性。不同热处理状态和加载路径下,挤压WE43镁合金都产生了较多的形变孪晶,同时伴有少量的孪晶交叉。孪晶虽然对热处理状态和加载路径都不敏感,但能够促进胞状位错亚结构的形成。当加载应变速率增至4120 s^(-1)时,在绝热温升及其诱导的动态回复作用下,孪晶密度反而降低。孪生和非基面滑移相协调是室温下挤压WE43镁合金的主导变形机制。基于经典J-C本构,采用应变和应变速率的多项式函数对应变硬化项和应变速率硬化项进行修正,构建了不同热处理状态和加载路径下挤压WE43镁合金的力学本构模型。拟合结果与实验的偏差均在±10%以内,相关系数R和平均相对误差AARE分别为0.952和3.28%。

关键词： WE43镁合金高速冲击加载路径力学响应本构建模

陶粒对SC-SCC黏结界面劈裂破坏特性的影响

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建筑材料学报 2024年第4期27卷 350-358页

作者：赵洪谢友均龙广成唐卓李文旭中南大学土木工程学院湖南长沙410075 湖南工学院材料科学与工程学院湖南衡阳421002 江苏科技大学土木工程学院江苏镇江212028

基于劈裂试验,研究了陶粒对蒸养混凝土(SC)-自密实混凝土(SCC)黏结界面力学特性的影响.结果表明:陶粒能提高SC-SCC黏结界面的劈裂抗拉强度,增加黏结界面的张开位移值,提升黏结界面的延性;黏结界面应力-应变曲线可分为线性发展阶段、塑... 详细信息

基于劈裂试验,研究了陶粒对蒸养混凝土(SC)-自密实混凝土(SCC)黏结界面力学特性的影响.结果表明:陶粒能提高SC-SCC黏结界面的劈裂抗拉强度,增加黏结界面的张开位移值,提升黏结界面的延性;黏结界面应力-应变曲线可分为线性发展阶段、塑性发展阶段和失效破坏阶段;双参数Weibull分布模型可较好地模拟黏结界面应力-应变曲线的上升段,当黏结界面的陶粒引入量低于4 kg/m2时,黏结界面损伤变量的演化进程被有效减缓.

关键词：黏结界面应力应变损伤模型数字图像相关技术(DIC) 劈裂抗拉强度

多级钯-铜-银多孔纳米花作为高效电催化剂催化CO_(2)还原为C_(2+)产物

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物理化学学报 2024年第6期40卷 67-69页

作者：孙浩宇李敦闵媛媛王莹莹马艳芸郑逸群黄宏文济宁学院化学化工与材料学院山东曲阜273155 湖南大学材料科学与工程学院长沙410082 山东轻工职业学院健康管理系山东淄博255300 苏州大学功能纳米与软物质研究院江苏省先进负碳技术重点实验室江苏苏州215123

近年来,具有可控元素分布的铜基多金属纳米晶作为CO_(2)还原反应(CO_(2)RR)的电催化剂,受到了广泛研究。通过对铜电催化剂进行二次甚至多次的金属元素修饰,能够有效改变其整体d带结构并引起d带中心的位移。这种变化可以影响铜对关键中... 详细信息

近年来,具有可控元素分布的铜基多金属纳米晶作为CO_(2)还原反应(CO_(2)RR)的电催化剂,受到了广泛研究。通过对铜电催化剂进行二次甚至多次的金属元素修饰,能够有效改变其整体d带结构并引起d带中心的位移。这种变化可以影响铜对关键中间体的表面亲和力,从而影响后续的催化途径。除了调整电子结构,形貌工程也成为提高CO_(2)RR电催化性能的有效手段。相对于随机形状的球形颗粒,基于二维纳米片构建的三维多孔结构有利于最大限度地暴露表面原子,为催化过程中产生的关键中间体提供丰富的扩散通道和反应中心。然而,通过设计合成路线构建这种类型的纳米结构是一项技术挑战,传统的分步自组装策略耗时且难以精确控制结构。因此,我们的研究旨在实现高纯度的合成方法,制备这种独特的纳米结构,并精确调控元素组成和电子结构,以探索结构优势与CO_(2)RR电化学性能改善之间的潜在关系,具有重要的应用价值。在此研究中,我们合理设计了钯-铜-银(Pd-Cu-Ag)纳米晶的二维-三维杂化结构,实现了可控的合成过程,并验证了其在电化学CO_(2)还原中的应用潜力。合成过程中,通过使用封装剂十八烷基三甲基氯化铵,成功地将Au@Cu_(x)O纳米球转化为层状CuAg纳米花(HNFs)。有趣的是,该过程中原位形成了作为构建单元的纳米薄片。通过对CuAg HNFs与Na_(2)PdCl_(4)进行电偶置换,除去了Ag和Cu,引入了零价的Pd,并在纳米片上形成了大量孔隙。我们对这些CuAg电催化剂进行了CO_(2)RR测试,结果显示Pd_(0.7)Cu_(40.0)Ag_(59.7)PHNs在C_(2+)产物选择性(69.5%)和C_(2+)分电流密度(-349.1mA·cm^(-2))方面表现出最佳性能。密度泛函理论(DFT)模拟表明,PdAgCu表面具有独特的电子性质,降低了C-C偶联反应的能垒,凸显了Pd掺杂对CuAg电催化剂CO_(2)还原的卓越性能。本研究为基于多孔纳米薄片构建多层次多金属纳米结构提供了一种直观方法,并验证了其在电催化方面的结构优势,为高效的CO_(2)RR催化剂的合理设计提供了依据。

关键词：电催化CO_(2)还原贵金属多孔多级结构 C_(2+)产物

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聚乙烯亚胺改性稻壳的制备及吸附性能研究

环境科学与技术 2024年第7期47卷 166-176页

作者：汪睿琪周卫宝徐石江何金萱李娟姚梦杰罗建新李文军湖南工学院材料科学与工程学院湖南衡阳421002

稻壳是稻谷脱壳后的副产物,是一种产量巨大的农业废弃物资源。但是,目前这种可再生资源并没有得到高效利用,从而造成了自然资源的极大浪费。因此,利用价格低廉的稻壳制备具有高附加值的高效吸附材料,有着不容小觑的实际意义。该文以稻... 详细信息

稻壳是稻谷脱壳后的副产物,是一种产量巨大的农业废弃物资源。但是,目前这种可再生资源并没有得到高效利用,从而造成了自然资源的极大浪费。因此,利用价格低廉的稻壳制备具有高附加值的高效吸附材料,有着不容小觑的实际意义。该文以稻壳为原料,通过简单的交联反应将聚乙烯亚胺成功接枝到稻壳表面,制备了一种对Cr(Ⅵ)具有良好吸附性能的生物质吸附剂。研究结果表明,改性稻壳吸附Cr(Ⅵ)的最佳条件为:温度60℃,pH=2。在最佳吸附条件下,改性稻壳对Cr(Ⅵ)的最大吸附量达到113.76 mg/g。吸附等模型和吸附动力学的拟合结果表明,改性稻壳对Cr(Ⅵ)的吸附较好地符合准二级动力学模型和Freundlich等温模型,吸附过程以多层化学吸附为主。改性稻壳吸附Cr(Ⅵ)的热力学参数显示吸附Cr(Ⅵ)的过程中ΔG0、ΔS>0。结果表明,改性稻壳对Cr(Ⅵ)的吸附过程是自发进行、吸热且熵增的过程。此外,XPS分析表明吸附过程中有部分Cr(Ⅵ)被还原为Cr(Ⅲ)。经过4次循环吸附后,改性稻壳的吸附活性仍然较高,对Cr(Ⅵ)的去除率仍可达到69.08%。

关键词：稻壳聚乙烯亚胺接枝吸附 Cr(Ⅵ)

稻壳纤维素基复合水凝胶的制备及其对亚甲基蓝吸附性能的研究

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生态与农村环境学报 2024年第10期40卷 1385-1394页

作者：李晴谭欣周卫宝徐石江汪睿琪李文军湖南工学院材料科学与工程学院湖南衡阳421002

染料废水污染对生态系统的可持续性发展构成了严重的威胁。在众多染料废水处理方法中,吸附法是处理染料废水最简单、最有效的技术之一。笔者以稻壳纤维素为原料,通过接枝共聚反应,制备了性能优异的稻壳纤维素基复合水凝胶吸附材料,并系... 详细信息

染料废水污染对生态系统的可持续性发展构成了严重的威胁。在众多染料废水处理方法中,吸附法是处理染料废水最简单、最有效的技术之一。笔者以稻壳纤维素为原料,通过接枝共聚反应,制备了性能优异的稻壳纤维素基复合水凝胶吸附材料,并系统研究了水凝胶制备过程中纤维素用量、单体比例、引发剂用量、交联剂用量等因素对水凝胶吸附剂吸附水中亚甲基蓝(MB)的影响。同时,采用单因素实验结合正交试验的方法对水凝胶吸附剂的制备条件进行了优化,当m(纤维素)∶m(丙烯酸)∶m(2-丙烯酰氨基-2-甲基丙烷磺酸)∶m(过硫酸铵)∶m(N,N′-亚甲基双丙烯酰胺)为60∶350∶75∶10∶40时,水凝胶吸附剂对水中MB的吸附性能最佳。吸附性能测试结果表明,稻壳纤维素基复合水凝胶最佳的吸附条件为pH值=6.0、温度308 K。吸附过程更符合准一级动力学和Langmuir等温吸附模型,在最佳的吸附条件下稻壳纤维素基复合水凝胶对水中MB的Langmuir理论最大吸附量可达2170.0 mg·g^(-1)。此外,稻壳纤维素基复合水凝胶对MB有较好的循环吸附性能,当吸附剂投加量为0.5 g·L^(-1)时,吸附剂在经过5次吸附-脱附后对400 mg·L^(-1) MB溶液中MB的吸附量仍有658.3 mg·g^(-1),去除率保持在82.3%以上。

关键词：纤维素接枝共聚水凝胶吸附

增强体表面改性在高导热金属基复合材料中的应用

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有色金属科学与工程 2024年第2期15卷 237-255页

作者：蔡志勇文璟王日初彭超群中南大学材料科学与工程学院长沙410083 湖南省电子封装与先进功能材料重点实验室长沙410083 中南大学轻质高强结构材料重点实验室长沙410083

随着电子技术的高速发展和电子器件的更新换代,电子封装材料的性能需求越来越高。金属基复合材料,尤其是铝基和铜基复合材料具有高导热、低膨胀、高稳定性等特点,是具有广阔应用前景的电子封装材料。然而,金刚石、石墨烯、硅等增强体与... 详细信息

随着电子技术的高速发展和电子器件的更新换代,电子封装材料的性能需求越来越高。金属基复合材料,尤其是铝基和铜基复合材料具有高导热、低膨胀、高稳定性等特点,是具有广阔应用前景的电子封装材料。然而,金刚石、石墨烯、硅等增强体与基体的润湿性差,或者在高温下与基体发生有害的界面反应,限制了此类高导热金属基复合材料的开发和应用。本文简述了金属基复合材料的界面研究进展,结合影响金属基复合材料界面结合的因素,提出了几种改善界面结合的方法。增强体表面改性是改善金属基复合材料界面的重要途径之一,常用工艺有磁控溅射法、化学气相沉积法、溶胶凝胶法、化学镀法等;最后,对增强体表面改性在高热导金属基复合材料中的应用进行分析和展望。

关键词：电子封装材料金属基复合材料铝基复合材料铜基复合材料增强体界面反应表面改性

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新型镍钴基高温合金拉伸性能和变形机制研究

稀有金属材料与工程 2024年第1期53卷 113-123页

作者：王晨王兴茂于鸿垚王联波王瑞程体娟郭彩玉毕中南王占勇上海应用技术大学材料科学与工程学院上海201418 钢铁研究总院高温合金新材料北京市重点实验室北京100081 兰州理工大学省部共建有色金属先进加工与再利用国家重点实验室甘肃兰州730050

采用SEM、EBSD和TEM研究了室温(25℃)和中温(650、700和750℃)下新型镍钴基高温合金力学性能及其变形机制。结果表明:室温下,合金的屈服强度和延伸率分别是1176 MPa和22.5%,主要的变形机制为大量位错发生滑移,不全位错切割γ′相形成孤... 详细信息

采用SEM、EBSD和TEM研究了室温(25℃)和中温(650、700和750℃)下新型镍钴基高温合金力学性能及其变形机制。结果表明:室温下,合金的屈服强度和延伸率分别是1176 MPa和22.5%,主要的变形机制为大量位错发生滑移,不全位错切割γ′相形成孤立层错。当温度达到650℃时,观察到微孪晶切割二次γ′相和γ基体,以连续层错切割二次γ′相和γ基体变形为主。在700~750℃时,以连续层错和微孪晶同时切割二次γ′相和γ基体为主,并且层错的长度和微孪晶的厚度随温度的升高而增加。650~750℃范围内,切割一次γ′相的机制从APB转变到孤立层错。讨论了中温条件下变形机制随温度的变化以及微孪晶、层错等的形成机制。其中给出了a/6不全位错剪切γ′相形成超点阵外禀层错(SESF)的一种原子互换扩散模型,解释微孪晶的形成过程,为进一步研制高性能水平的新型镍钴基高温合金提供参考。

关键词：镍钴基高温合金拉伸性能变形机制层错微孪晶

面向高比能固态电池的聚合物基电解质固化技术

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储能科学与技术 2024年第1期13卷 212-230页

作者：李卓郭新华中科技大学材料科学与工程学院材料成形与模具技术国家重点实验室湖北武汉430074

聚合物基电解质是最具应用前景的固体电解质,它可以在很大程度上缓解甚至解决二次电池中电解液的泄漏、挥发、燃烧和爆炸等潜在安全问题。但是,聚合物基电解质的制备涉及到从液体到固体的固化过程,通常存在工艺烦琐、排放高、厚度难以... 详细信息

聚合物基电解质是最具应用前景的固体电解质,它可以在很大程度上缓解甚至解决二次电池中电解液的泄漏、挥发、燃烧和爆炸等潜在安全问题。但是,聚合物基电解质的制备涉及到从液体到固体的固化过程,通常存在工艺烦琐、排放高、厚度难以控制等问题。特别是在规模化生产高比能固态电池过程中,电解质的界面相容性、均匀性、厚度及制备/加工便利性十分重要,这些因素对聚合物基电解质的固化工艺来说是一个较大的挑战。基于此,本文全面总结了聚合物基电解质制备的非原位固化和原位固化两种固化工艺的具体方法,并通过实例重点阐述了固化工艺、固化机理、材料选择、固化工艺优缺点及其在锂二次电池中的应用和研究进展。最后,我们评估并展望了面向高比能固态电池的聚合物基电解质固化的关键材料选择、关键科学及工艺问题、普适性、规模化应用挑战和未来发展趋势。本综述有助于深入理解面向高比能固态电池的聚合物基电解质的固化工艺,有望促进聚合物基电解质及其固态电池的规模化生产和应用。

关键词：聚合物基电解质原位固化技术非原位固化技术固态电池材料选择