2023年 第40卷 第8期
2023, 40(8): 4295-4317.
doi: 10.13801/j.cnki.fhclxb.20230318.001
摘要:
碳纤维复合材料具有密度小、弹性高和韧性好等特点，被广泛应用于航空航天和汽车工业等领域。由于碳纤维复合材料制作工艺的复杂性和不稳定性及服役期间易受环境的影响，易产生分层、孔隙、纤维褶皱等各种类型的损伤。介绍了基于体波或导波的C扫描、相控阵、空气耦合、激光超声、光纤超声检测技术的原理、特点及用于碳纤维复合材料损伤检测的研究现状。综述了最具有代表性的损伤诊断成像算法，包括全聚焦成像、三维可视化成像、层析成像、逆时偏移成像和概率成像方法，这些成像方法能够有效地实现碳纤维复合材料各种类型的损伤形貌图像。从建立复杂构件的碳纤维复合材料层合板的阵列声场模型、优化损伤成像算法、构建智能/高效/实时化的结构健康监测成像系统、建立损伤定量评估标准、结合机器学习和数字孪生技术实施损伤诊断评估和寿命预测等方面进行了展望。
碳纤维复合材料具有密度小、弹性高和韧性好等特点，被广泛应用于航空航天和汽车工业等领域。由于碳纤维复合材料制作工艺的复杂性和不稳定性及服役期间易受环境的影响，易产生分层、孔隙、纤维褶皱等各种类型的损伤。介绍了基于体波或导波的C扫描、相控阵、空气耦合、激光超声、光纤超声检测技术的原理、特点及用于碳纤维复合材料损伤检测的研究现状。综述了最具有代表性的损伤诊断成像算法，包括全聚焦成像、三维可视化成像、层析成像、逆时偏移成像和概率成像方法，这些成像方法能够有效地实现碳纤维复合材料各种类型的损伤形貌图像。从建立复杂构件的碳纤维复合材料层合板的阵列声场模型、优化损伤成像算法、构建智能/高效/实时化的结构健康监测成像系统、建立损伤定量评估标准、结合机器学习和数字孪生技术实施损伤诊断评估和寿命预测等方面进行了展望。
2023, 40(8): 4318-4326.
doi: 10.13801/j.cnki.fhclxb.20230228.001
摘要:
日益增长的能源需求与不断加剧的环境危机使高性能储能装置成为近些年来的研究热点。根据功率和能量密度，储能设备可分为电化学电容器、二次电池和燃料电池等，其中电极材料在制备绿色环保和高性能储能器中起着重要作用。纳米纤维素来源丰富、环境友好、制备方法多样、高比表面积、优异的力学性能和良好的生物相容性等优点使得其在储能材料的制备及其性能提高方面具有巨大的应用潜力和发展前景。本文针对纳米纤维素的分类、制备方法、改性及纳米纤维素基复合材料进行了总结，重点介绍了纳米纤维素与电活性物质混合及基于纳米纤维素制备的水凝胶、气凝胶、纸/膜复合材料和作为碳前驱体在电极材料的应用和研究进展。
日益增长的能源需求与不断加剧的环境危机使高性能储能装置成为近些年来的研究热点。根据功率和能量密度，储能设备可分为电化学电容器、二次电池和燃料电池等，其中电极材料在制备绿色环保和高性能储能器中起着重要作用。纳米纤维素来源丰富、环境友好、制备方法多样、高比表面积、优异的力学性能和良好的生物相容性等优点使得其在储能材料的制备及其性能提高方面具有巨大的应用潜力和发展前景。本文针对纳米纤维素的分类、制备方法、改性及纳米纤维素基复合材料进行了总结，重点介绍了纳米纤维素与电活性物质混合及基于纳米纤维素制备的水凝胶、气凝胶、纸/膜复合材料和作为碳前驱体在电极材料的应用和研究进展。
2023, 40(8): 4327-4341.
doi: 10.13801/j.cnki.fhclxb.20230227.002
摘要:
纳米铜线不仅具有银优良的导电性，由于纳米级别的尺寸效应，还具有优异的透光性和耐曲挠性，且其价格远远低于金和银等贵金属，成为制备柔性电子器件理想的电极材料。本文系统分析了制备纳米铜线的模板法、气相沉积法、静电纺丝技术和化学液相法的优缺点，介绍了基于水-疏水有机溶剂体系和酸处理等纳米铜线的纯化工艺，列举了纳米铜线的抗氧化表面包覆材料(惰性金属、碳基材料和有机聚合物包覆材料)及其包覆工艺。最后，总结了由纳米铜线及其复合材料与柔性基底(纸基、聚氨酯、聚对苯二甲酸乙二酯等)组装而成的柔性电子器件在柔性透明电极、能量存储/转化和柔性传感器等领域的应用现状及面临的挑战。
纳米铜线不仅具有银优良的导电性，由于纳米级别的尺寸效应，还具有优异的透光性和耐曲挠性，且其价格远远低于金和银等贵金属，成为制备柔性电子器件理想的电极材料。本文系统分析了制备纳米铜线的模板法、气相沉积法、静电纺丝技术和化学液相法的优缺点，介绍了基于水-疏水有机溶剂体系和酸处理等纳米铜线的纯化工艺，列举了纳米铜线的抗氧化表面包覆材料(惰性金属、碳基材料和有机聚合物包覆材料)及其包覆工艺。最后，总结了由纳米铜线及其复合材料与柔性基底(纸基、聚氨酯、聚对苯二甲酸乙二酯等)组装而成的柔性电子器件在柔性透明电极、能量存储/转化和柔性传感器等领域的应用现状及面临的挑战。
2023, 40(8): 4342-4354.
doi: 10.13801/j.cnki.fhclxb.20230330.003
摘要:
随着航空发动机性能进一步提升，急需发展新型轻质、耐高温、长寿命的陶瓷基复合材料导向叶片，以解决目前高温合金材料使用温度达到极限的问题。本文从导向叶片服役环境特点、材料特点、制造工艺、考核验证方法及无损检测技术等方面系统的综述了目前国内外SiCf/SiC复合材料导向叶片研究进展情况，以期为国内航空发动机领域陶瓷基复合材料导向叶片的相关研究工作提供一定的参考。
随着航空发动机性能进一步提升，急需发展新型轻质、耐高温、长寿命的陶瓷基复合材料导向叶片，以解决目前高温合金材料使用温度达到极限的问题。本文从导向叶片服役环境特点、材料特点、制造工艺、考核验证方法及无损检测技术等方面系统的综述了目前国内外SiCf/SiC复合材料导向叶片研究进展情况，以期为国内航空发动机领域陶瓷基复合材料导向叶片的相关研究工作提供一定的参考。
2023, 40(8): 4355-4373.
doi: 10.13801/j.cnki.fhclxb.20221222.002
摘要:
在聚合物及其复合材料的合成过程中，实时、动态的观察材料结构的演变并且为性能预测提供启示是当前研究的热点并且面临一定的挑战。小角X射线散射(Small angle X-ray scattering，SAXS)技术作为研究物质微观、亚微观结构的表征手段之一，能够反应出独特的微观构象信息，并且能系统地研究链状、网状、层状高聚物的形貌特征及其形成过程，这对聚合物及其复合材料聚集态结构形成的机制解析、宏观性能预测至关重要。本文从高分子聚合物SAXS研究中常见的峰值观测、模型拟合、环形积分3种方法切入，阐述SAXS在聚合物及其复合材料，特别是天然高聚物材料研究中发挥的实际应用，如动态观测微观结构演变过程、在大范围内获得具有统计学意义的微观结构特征与平均参数。通过对SAXS在聚合物及其复合材料中应用的归纳，总结出SAXS技术在该领域的优势与面临的困难，方便明确不同种类的聚合物及其复合材料研究中SAXS可表征的内容，以期让这一表征技术能够解决更多实际问题。
在聚合物及其复合材料的合成过程中，实时、动态的观察材料结构的演变并且为性能预测提供启示是当前研究的热点并且面临一定的挑战。小角X射线散射(Small angle X-ray scattering，SAXS)技术作为研究物质微观、亚微观结构的表征手段之一，能够反应出独特的微观构象信息，并且能系统地研究链状、网状、层状高聚物的形貌特征及其形成过程，这对聚合物及其复合材料聚集态结构形成的机制解析、宏观性能预测至关重要。本文从高分子聚合物SAXS研究中常见的峰值观测、模型拟合、环形积分3种方法切入，阐述SAXS在聚合物及其复合材料，特别是天然高聚物材料研究中发挥的实际应用，如动态观测微观结构演变过程、在大范围内获得具有统计学意义的微观结构特征与平均参数。通过对SAXS在聚合物及其复合材料中应用的归纳，总结出SAXS技术在该领域的优势与面临的困难，方便明确不同种类的聚合物及其复合材料研究中SAXS可表征的内容，以期让这一表征技术能够解决更多实际问题。
2023, 40(8): 4374-4389.
doi: 10.13801/j.cnki.fhclxb.20230328.001
摘要:
氢能是未来替代化石能源的最理想新能源，电化学水分解是目前最有效的制氢方法。为实现电解水制氢和制氧的大规模推广和应用，首要任务是设计开发高效、稳定、低成本的电解水催化剂。过渡金属硫族化合物因其固有的电催化活性和丰富的化学相组成已成为理想的电解水催化剂，其中具有层状结构的CoSe2是最具代表性的过渡金属硒化物。金属有机骨架(MOF)具有高度有序的多孔结构和较大的比表面积，采用MOF为前驱体制备得到的MOF衍生CoSe2电催化剂可以继承其MOF前驱体的结构优势。这种MOF衍生制备方法是进一步提高CoSe2电解水催化活性的有效手段。本文综述了国内外近年来MOF衍生CoSe2基电催化剂电解水性能的重要研究进展，简要介绍了CoSe2的晶体结构和相变调控，叙述了MOF衍生CoSe2基电催化剂的制备方法，重点阐述了调控其电解水析氢和析氧催化性能的改性手段，并对未来MOF衍生CoSe2基电催化材料在电解水领域的发展进行了展望。
氢能是未来替代化石能源的最理想新能源，电化学水分解是目前最有效的制氢方法。为实现电解水制氢和制氧的大规模推广和应用，首要任务是设计开发高效、稳定、低成本的电解水催化剂。过渡金属硫族化合物因其固有的电催化活性和丰富的化学相组成已成为理想的电解水催化剂，其中具有层状结构的CoSe2是最具代表性的过渡金属硒化物。金属有机骨架(MOF)具有高度有序的多孔结构和较大的比表面积，采用MOF为前驱体制备得到的MOF衍生CoSe2电催化剂可以继承其MOF前驱体的结构优势。这种MOF衍生制备方法是进一步提高CoSe2电解水催化活性的有效手段。本文综述了国内外近年来MOF衍生CoSe2基电催化剂电解水性能的重要研究进展，简要介绍了CoSe2的晶体结构和相变调控，叙述了MOF衍生CoSe2基电催化剂的制备方法，重点阐述了调控其电解水析氢和析氧催化性能的改性手段，并对未来MOF衍生CoSe2基电催化材料在电解水领域的发展进行了展望。
2023, 40(8): 4390-4415.
doi: 10.13801/j.cnki.fhclxb.20230403.001
摘要:
由于硅的大体积变化和电导率差等问题，这种容量高达4200 mA·h·g−1的负极材料难以实现商业化。蛋黄核壳结构的硅碳负极是目前锂离子电池硅碳负极材料研究的热点，该结构可以很好地缓解硅负极在充放电过程中因体积膨胀而引发的一系列问题，从而获得优越的储锂性能。本文对蛋黄核壳结构硅碳负极的碳源、结构类型和制备工艺等进行了分类和总结，并对一些重要的结构参数进行了阐述，展望了未来蛋黄核壳结构硅碳负极的发展方向。
由于硅的大体积变化和电导率差等问题，这种容量高达4200 mA·h·g−1的负极材料难以实现商业化。蛋黄核壳结构的硅碳负极是目前锂离子电池硅碳负极材料研究的热点，该结构可以很好地缓解硅负极在充放电过程中因体积膨胀而引发的一系列问题，从而获得优越的储锂性能。本文对蛋黄核壳结构硅碳负极的碳源、结构类型和制备工艺等进行了分类和总结，并对一些重要的结构参数进行了阐述，展望了未来蛋黄核壳结构硅碳负极的发展方向。
2023, 40(8): 4416-4439.
doi: 10.13801/j.cnki.fhclxb.20230227.003
摘要:
纤维增强复合材料(Fiber reinforced composites，FRC)钻削过程中产生的切削热及冷却策略对其工艺参数的优化与加工表面质量的控制起着至关重要的作用。本文从钻削热理论研究、钻削热对加工质量的影响研究、钻削热的影响因素与控制策略3个方面对FRC钻削热进行系统性的分析与概述。首先，综述了FRC钻孔过程中的钻削热形成机制、热传导与热损伤预测、切削热的数值模拟等理论研究。然后，阐述了FRC钻削热的主要测量方法及切削热对孔加工质量的影响，并探讨了FRC制孔的切削热影响因素及其辅助加工控制钻削热方法。最后，总结了当前FRC钻削热研究存在的问题及今后研究的重点。
纤维增强复合材料(Fiber reinforced composites，FRC)钻削过程中产生的切削热及冷却策略对其工艺参数的优化与加工表面质量的控制起着至关重要的作用。本文从钻削热理论研究、钻削热对加工质量的影响研究、钻削热的影响因素与控制策略3个方面对FRC钻削热进行系统性的分析与概述。首先，综述了FRC钻孔过程中的钻削热形成机制、热传导与热损伤预测、切削热的数值模拟等理论研究。然后，阐述了FRC钻削热的主要测量方法及切削热对孔加工质量的影响，并探讨了FRC制孔的切削热影响因素及其辅助加工控制钻削热方法。最后，总结了当前FRC钻削热研究存在的问题及今后研究的重点。
2023, 40(8): 4440-4459.
doi: 10.13801/j.cnki.fhclxb.20230119.005
摘要:
随着航空航天、军工、电子技术的迅猛发展，封装方式与封装材料已成为电子设备进一步实现小型化、轻量化和高性能的重要制约。相控阵雷达T/R模块封装材料经历了从第一代的可伐合金到第二代的铜钨合金及近些年来兴起的以铝为基体的第三代轻质材料—碳化硅颗粒增强铝基复合材料和高硅铝合金，而二者的制备和加工技术仍存在的问题成为限制第三代材料全面推广和应用的重要瓶颈。本文综述了新一代封装材料的制备方法、机械加工性能、焊接工艺及表面处理等，详细介绍了新一代相控阵雷达T/R模块封装复合材料加工和应用的研究技术现状，并对其发展趋势进行展望。
随着航空航天、军工、电子技术的迅猛发展，封装方式与封装材料已成为电子设备进一步实现小型化、轻量化和高性能的重要制约。相控阵雷达T/R模块封装材料经历了从第一代的可伐合金到第二代的铜钨合金及近些年来兴起的以铝为基体的第三代轻质材料—碳化硅颗粒增强铝基复合材料和高硅铝合金，而二者的制备和加工技术仍存在的问题成为限制第三代材料全面推广和应用的重要瓶颈。本文综述了新一代封装材料的制备方法、机械加工性能、焊接工艺及表面处理等，详细介绍了新一代相控阵雷达T/R模块封装复合材料加工和应用的研究技术现状，并对其发展趋势进行展望。
2023, 40(8): 4460-4470.
doi: 10.13801/j.cnki.fhclxb.20221014.005
摘要:
纤维布/网胎交替叠层针刺是一种低成本、易成型的立体织物制造技术，但是针刺的随机性会给材料的损伤演化、力学分析和性能预测带来极大的挑战。本文以纤维布/网胎交替叠层针刺增强的纳米孔树脂基防隔热复合材料为例，采用原位拉伸 X 射线Micro-CT技术，揭示了复合材料在轴向拉伸载荷下的损伤演化过程。并采用纤维中心线自动跟踪算法对采集的三维图形数据化处理，量化分析了纤维在拉伸过程中的角度偏转。最后基于Micro-CT重构的三维结构，建立了高精度的有限元分析模型，并进行了轴向拉伸行为分析。结果表明：复合材料中的损伤始于材料的最外层，其中网胎层中的微裂纹主要产生于针刺位点处的局部富树脂区域，而纤维布层中的微裂纹主要源于纤维束中紧密排布的纤维之间；纤维布可以通过阻隔裂纹向材料内部继续扩展的方式，提升材料的韧性；在轴向拉伸载荷下，材料中的纤维会一致地向外部发生偏转，表现出负泊松比的性质，避免了断口处的“颈缩”现象；有限元分析与实验结果吻合良好。本文的研究方法和结果可为三维复杂结构材料的微观断裂分析、性能预测与结构优化提供参考。
纤维布/网胎交替叠层针刺是一种低成本、易成型的立体织物制造技术，但是针刺的随机性会给材料的损伤演化、力学分析和性能预测带来极大的挑战。本文以纤维布/网胎交替叠层针刺增强的纳米孔树脂基防隔热复合材料为例，采用原位拉伸 X 射线Micro-CT技术，揭示了复合材料在轴向拉伸载荷下的损伤演化过程。并采用纤维中心线自动跟踪算法对采集的三维图形数据化处理，量化分析了纤维在拉伸过程中的角度偏转。最后基于Micro-CT重构的三维结构，建立了高精度的有限元分析模型，并进行了轴向拉伸行为分析。结果表明：复合材料中的损伤始于材料的最外层，其中网胎层中的微裂纹主要产生于针刺位点处的局部富树脂区域，而纤维布层中的微裂纹主要源于纤维束中紧密排布的纤维之间；纤维布可以通过阻隔裂纹向材料内部继续扩展的方式，提升材料的韧性；在轴向拉伸载荷下，材料中的纤维会一致地向外部发生偏转，表现出负泊松比的性质，避免了断口处的“颈缩”现象；有限元分析与实验结果吻合良好。本文的研究方法和结果可为三维复杂结构材料的微观断裂分析、性能预测与结构优化提供参考。
2023, 40(8): 4471-4480.
doi: 10.13801/j.cnki.fhclxb.20221102.001
摘要:
在复合材料中引入黏弹性阻尼层是改善复合材料结构振动特性的有效方法。针对穿孔硅橡胶夹芯复合材料的真空辅助树脂传递工艺(VARTM)进行了实验与仿真分析。首先采用恒压注射条件分别测试了纤维增强材料及加入导流网后的等效渗透率。然后搭建了实验室VARTM观测平台进行了充模实验，同时基于RTM-Worx软件建立了树脂充模模型。通过对比实验与仿真的树脂流动状态图及不同时刻的填充面积，验证了仿真模型的有效性。最后，探究了阻尼层穿孔列间距、行距、直径及“边缘效应”等参数对树脂充模的时间及充模过程的影响。结果表明：仿真模型能够较好预测树脂流动情况，不合理的阻尼层参数会影响树脂的流动甚至导致缺陷的产生。
在复合材料中引入黏弹性阻尼层是改善复合材料结构振动特性的有效方法。针对穿孔硅橡胶夹芯复合材料的真空辅助树脂传递工艺(VARTM)进行了实验与仿真分析。首先采用恒压注射条件分别测试了纤维增强材料及加入导流网后的等效渗透率。然后搭建了实验室VARTM观测平台进行了充模实验，同时基于RTM-Worx软件建立了树脂充模模型。通过对比实验与仿真的树脂流动状态图及不同时刻的填充面积，验证了仿真模型的有效性。最后，探究了阻尼层穿孔列间距、行距、直径及“边缘效应”等参数对树脂充模的时间及充模过程的影响。结果表明：仿真模型能够较好预测树脂流动情况，不合理的阻尼层参数会影响树脂的流动甚至导致缺陷的产生。
2023, 40(8): 4481-4490.
doi: 10.13801/j.cnki.fhclxb.20221111.002
摘要:
针对不同特性的国产高性能聚芳醚酮(PAEK-L、PAEK-H)树脂，采用微球脱黏的方法研究了PAEK树脂基体与国产T300级碳纤维(SCF35)碳纤维间的界面强度；采用国产碳纤维增强聚芳醚酮(SCF35/PAEK)热塑性预浸料制备复合材料，研究了树脂基体对复合材料的90°拉伸性能、短梁剪切性能、I型断裂韧性、II型断裂韧性的影响。结果表明：SCF35/PAEK复合材料的界面性能受树脂基体的流动性影响，流动性较高的PAEK-H树脂能够与纤维之间形成较好的界面结合及较高的界面强度，SCF35/PAEK-H复合材料中，树脂与纤维的接触角约为34.4°，界面剪切强度约为79 MPa，复合材料90°拉伸强度约为76 MPa，模量约为9.7 GPa，短梁剪切强度约为92 MPa；而流动性较低的PAEK-L树脂与SCF35碳纤维复合材料中，树脂与纤维的接触角约为35.8°，界面剪切强度约为64 MPa，复合材料90°拉伸强度约为55 MPa，模量约为8.6 GPa，短梁剪切强度约为86 MPa。SCF35/PAEK复合材料的层间性能受到树脂基体塑性变形能力的影响，基体塑性变形能力较强的PAEK-L较PAEK-H而言，其复合材料具有较高的断裂韧性，SCF35/PAEK-L的I型断裂韧性约为938 J/m2，II型断裂韧性约为2232 J/m2，SCF35/PAEK-H的I型断裂韧性约为638 J/m2，II型断裂韧性约为1702 J/m2。
针对不同特性的国产高性能聚芳醚酮(PAEK-L、PAEK-H)树脂，采用微球脱黏的方法研究了PAEK树脂基体与国产T300级碳纤维(SCF35)碳纤维间的界面强度；采用国产碳纤维增强聚芳醚酮(SCF35/PAEK)热塑性预浸料制备复合材料，研究了树脂基体对复合材料的90°拉伸性能、短梁剪切性能、I型断裂韧性、II型断裂韧性的影响。结果表明：SCF35/PAEK复合材料的界面性能受树脂基体的流动性影响，流动性较高的PAEK-H树脂能够与纤维之间形成较好的界面结合及较高的界面强度，SCF35/PAEK-H复合材料中，树脂与纤维的接触角约为34.4°，界面剪切强度约为79 MPa，复合材料90°拉伸强度约为76 MPa，模量约为9.7 GPa，短梁剪切强度约为92 MPa；而流动性较低的PAEK-L树脂与SCF35碳纤维复合材料中，树脂与纤维的接触角约为35.8°，界面剪切强度约为64 MPa，复合材料90°拉伸强度约为55 MPa，模量约为8.6 GPa，短梁剪切强度约为86 MPa。SCF35/PAEK复合材料的层间性能受到树脂基体塑性变形能力的影响，基体塑性变形能力较强的PAEK-L较PAEK-H而言，其复合材料具有较高的断裂韧性，SCF35/PAEK-L的I型断裂韧性约为938 J/m2，II型断裂韧性约为2232 J/m2，SCF35/PAEK-H的I型断裂韧性约为638 J/m2，II型断裂韧性约为1702 J/m2。
2023, 40(8): 4491-4505.
doi: 10.13801/j.cnki.fhclxb.20220927.002
摘要:
利用3D打印技术制备了聚乳酸(PLA)十字形肋板和基于三维Voronoi的闭孔泡沫结构，提出了一种肋板增强泡沫分区填充薄壁管结构(RFFT)，研究了该结构在准静态横向荷载作用下的压溃性能。结果表明：在横向压溃中，RFFT结构组成元件的失效次序和元件之间的相互作用随横向荷载的作用区域而改变，使结构的力-位移曲线的响应和结构的压溃性能(峰值荷载、平均压溃荷载、比吸能、荷载一致性)呈现典型的各向异性特征。针对两种典型受载情形(即横向荷载作用于结构填充区和非填充区)，结构的比吸能相比于空管结构分别提高了125.16%和129.22%，而峰值荷载相比于完全填充结构降低了5.54%和31.28%。进一步运用细观有限元模型分析了设计参数的影响规律并揭示了分区泡沫填充结构的能量吸收机制。最后，引入复合比例评估法对RFFT结构的多个耐撞性指标进行综合评估。
利用3D打印技术制备了聚乳酸(PLA)十字形肋板和基于三维Voronoi的闭孔泡沫结构，提出了一种肋板增强泡沫分区填充薄壁管结构(RFFT)，研究了该结构在准静态横向荷载作用下的压溃性能。结果表明：在横向压溃中，RFFT结构组成元件的失效次序和元件之间的相互作用随横向荷载的作用区域而改变，使结构的力-位移曲线的响应和结构的压溃性能(峰值荷载、平均压溃荷载、比吸能、荷载一致性)呈现典型的各向异性特征。针对两种典型受载情形(即横向荷载作用于结构填充区和非填充区)，结构的比吸能相比于空管结构分别提高了125.16%和129.22%，而峰值荷载相比于完全填充结构降低了5.54%和31.28%。进一步运用细观有限元模型分析了设计参数的影响规律并揭示了分区泡沫填充结构的能量吸收机制。最后，引入复合比例评估法对RFFT结构的多个耐撞性指标进行综合评估。
2023, 40(8): 4506-4516.
doi: 10.13801/j.cnki.fhclxb.20221104.001
摘要:
分别以双轴向和四轴向经编玻璃纤维织物为增强体，基于真空辅助树脂传递模塑成型工艺制备平板和曲面结构复合材料试样。实验测试复合材料弯曲性能和准静态压痕特性，实验测试不同铺层结构试样沿不同方向(0°和 90°)的弯曲性能。在此基础上，分析增强体铺层结构、曲率半径对曲面结构复合材料准静态压痕特性的影响。结果表明：双轴向经编玻璃纤维复合材料试样沿0°和90°方向当量弯曲强度分别比四轴向编玻璃纤维复合材料增加94.74%、98.37%，四轴向经编玻璃纤维复合材料试样沿0°和90°方向的最大断裂应变分别是双轴向经编玻璃纤维复合材料试样的1.9倍和2.4倍。当双轴向复合材料曲率半径为260 mm、四轴向复合材料曲率半径为150 mm时，承载能力最优；当双轴向复合材料曲率半径为150 mm、四轴向复合材料曲率半径为80 mm时，应变特性最优。实验结果为曲面结构玻璃纤维复合材料在各类室外建筑穹顶构件的应用提供借鉴。
分别以双轴向和四轴向经编玻璃纤维织物为增强体，基于真空辅助树脂传递模塑成型工艺制备平板和曲面结构复合材料试样。实验测试复合材料弯曲性能和准静态压痕特性，实验测试不同铺层结构试样沿不同方向(0°和 90°)的弯曲性能。在此基础上，分析增强体铺层结构、曲率半径对曲面结构复合材料准静态压痕特性的影响。结果表明：双轴向经编玻璃纤维复合材料试样沿0°和90°方向当量弯曲强度分别比四轴向编玻璃纤维复合材料增加94.74%、98.37%，四轴向经编玻璃纤维复合材料试样沿0°和90°方向的最大断裂应变分别是双轴向经编玻璃纤维复合材料试样的1.9倍和2.4倍。当双轴向复合材料曲率半径为260 mm、四轴向复合材料曲率半径为150 mm时，承载能力最优；当双轴向复合材料曲率半径为150 mm、四轴向复合材料曲率半径为80 mm时，应变特性最优。实验结果为曲面结构玻璃纤维复合材料在各类室外建筑穹顶构件的应用提供借鉴。
2023, 40(8): 4517-4530.
doi: 10.13801/j.cnki.fhclxb.20221110.003
摘要:
碳纤维复合材料在轻量化车身制造方面具有巨大的潜力和应用空间，而实现复合材料的有效连接则为一大挑战。采用自冲铆技术开展碳纤维复合材料和铝合金板材的连接工艺探索，总结了铆钉类型、冲铆速度和铆模尺寸对接头结构参数的影响规律，分析了冲铆过程中底切结构的形成机制，考察了不同板厚接头的强度性能及失效方式。研究发现，自冲铆接头底切值主要受到钉脚刺入下板深度及脚尖局部力矩作用的影响，且随铆钉有效长度、冲铆速度及铆模深度的提升而增加。通过工艺优化，碳纤维复合材料和铝合金板之间可得到成形结构良好的自冲铆接头，其机械内锁强度能够达到铝合金板接头的89%，而相同板厚时，复合材料自冲铆接头相比于铝合金接头的突出薄弱点在于其上板抵抗集中应力破坏的能力。
碳纤维复合材料在轻量化车身制造方面具有巨大的潜力和应用空间，而实现复合材料的有效连接则为一大挑战。采用自冲铆技术开展碳纤维复合材料和铝合金板材的连接工艺探索，总结了铆钉类型、冲铆速度和铆模尺寸对接头结构参数的影响规律，分析了冲铆过程中底切结构的形成机制，考察了不同板厚接头的强度性能及失效方式。研究发现，自冲铆接头底切值主要受到钉脚刺入下板深度及脚尖局部力矩作用的影响，且随铆钉有效长度、冲铆速度及铆模深度的提升而增加。通过工艺优化，碳纤维复合材料和铝合金板之间可得到成形结构良好的自冲铆接头，其机械内锁强度能够达到铝合金板接头的89%，而相同板厚时，复合材料自冲铆接头相比于铝合金接头的突出薄弱点在于其上板抵抗集中应力破坏的能力。
2023, 40(8): 4531-4538.
doi: 10.13801/j.cnki.fhclxb.20221115.001
摘要:
自钝化W合金具有优异的抗高温氧化性能，可望用于高温环境中的关键部件。为了揭示合金的组织结构与高温抗氧化性能之间关系，采用机械合金化法结合放电等离子体烧结技术制备了自钝化W-Si合金，研究了不同机械合金化时间对合金显微组织结构的影响，并探究了合金的抗高温氧化性能。结果表明：合金由W、W5Si3和SiOx组成，当球磨时间由4 h增加到20 h，合金中SiOx的含量由16.2%增加到23.6%，而W5Si3的含量由57.8%降低到43.6%，且W和W5Si3的晶粒尺寸均减小，晶粒的细化有助于合金显微硬度的提高。在1000 ℃氧化10 h后，球磨4 h制得的合金增重为37.4 mg，而球磨20 h制得的合金增重达到了141.6 mg，它们的氧化层厚度分别约为167.0 μm和415.7 μm。球磨时间短制得的合金具有更优异的抗氧化性能，这是由于其W5Si3为连续相。W5Si3原位氧化形成的WO3/SiO2复合氧化物亦为连续相，形成了保护性氧化层，对合金的内氧化起到了有效的抑制作用。
自钝化W合金具有优异的抗高温氧化性能，可望用于高温环境中的关键部件。为了揭示合金的组织结构与高温抗氧化性能之间关系，采用机械合金化法结合放电等离子体烧结技术制备了自钝化W-Si合金，研究了不同机械合金化时间对合金显微组织结构的影响，并探究了合金的抗高温氧化性能。结果表明：合金由W、W5Si3和SiOx组成，当球磨时间由4 h增加到20 h，合金中SiOx的含量由16.2%增加到23.6%，而W5Si3的含量由57.8%降低到43.6%，且W和W5Si3的晶粒尺寸均减小，晶粒的细化有助于合金显微硬度的提高。在1000 ℃氧化10 h后，球磨4 h制得的合金增重为37.4 mg，而球磨20 h制得的合金增重达到了141.6 mg，它们的氧化层厚度分别约为167.0 μm和415.7 μm。球磨时间短制得的合金具有更优异的抗氧化性能，这是由于其W5Si3为连续相。W5Si3原位氧化形成的WO3/SiO2复合氧化物亦为连续相，形成了保护性氧化层，对合金的内氧化起到了有效的抑制作用。
2023, 40(8): 4539-4548.
doi: 10.13801/j.cnki.fhclxb.20221205.003
摘要:
钢铁烧结烟气CO排放问题日渐被广泛关注，然而当前缺乏面向大流量烟气的高效实用型CO净化技术。将粉末催化剂涂覆到堇青石蜂窝陶瓷载体上制得了一系列涂覆型催化剂，基于系列表征技术分析了涂覆型催化剂的理化特性，并在实际烧结烟气条件下评测了CO催化性能。结果表明：浆液1wt‰聚乙烯醇含量与300℃焙烧可促进粉末催化剂在载体表面分布的均匀性，并提高了Mn4+/Mn3+与Oads/Olatt比值；优选涂覆型催化剂经过60 min超声后的涂层脱落率为1.25%；在7500 h−1空速、1%CO、8%水蒸气含量、110℃下可达到99%CO转化率，并在72 h内保持稳定；在基于某钢厂实际脱硫后的烧结烟气中，720 h后效率可稳定在82%以上。研究可为工业烟气CO净化技术的应用提供参考。
钢铁烧结烟气CO排放问题日渐被广泛关注，然而当前缺乏面向大流量烟气的高效实用型CO净化技术。将粉末催化剂涂覆到堇青石蜂窝陶瓷载体上制得了一系列涂覆型催化剂，基于系列表征技术分析了涂覆型催化剂的理化特性，并在实际烧结烟气条件下评测了CO催化性能。结果表明：浆液1wt‰聚乙烯醇含量与300℃焙烧可促进粉末催化剂在载体表面分布的均匀性，并提高了Mn4+/Mn3+与Oads/Olatt比值；优选涂覆型催化剂经过60 min超声后的涂层脱落率为1.25%；在7500 h−1空速、1%CO、8%水蒸气含量、110℃下可达到99%CO转化率，并在72 h内保持稳定；在基于某钢厂实际脱硫后的烧结烟气中，720 h后效率可稳定在82%以上。研究可为工业烟气CO净化技术的应用提供参考。
2023, 40(8): 4549-4557.
doi: 10.13801/j.cnki.fhclxb.20221209.001
摘要:
为了实现对异丁烯气体的有效检测，采用气溶胶辅助化学气相沉积(AACVD)技术在氧化铝基底表面合成氧化铬(Cr2O3)及W掺杂Cr2O3(W/Cr2O3)薄膜。通过SEM、TEM、XRD及XPS等检测手段对Cr2O3及W/Cr2O3薄膜的微观形貌、晶体结构和元素结合价态进行分析。结果表明：Cr2O3薄膜厚度约为20 μm，由粒径为50 nm左右的纳米颗粒组成，其结构较松散，而W掺杂Cr2O3后所获薄膜结构致密，颗粒粒径约为15 nm，尺寸明显减小，Cr2O3及W/Cr2O3薄膜均具有单一的六方相晶体结构。气敏测试结果表明，在400℃工作温度条件下，基于W/Cr2O3薄膜所制备的气体传感器相较于Cr2O3气体传感器对2×10−5异丁烯的灵敏度由原来的1.11提升为3.55，并展现出良好的稳定性、抗湿性和气体选择性。
为了实现对异丁烯气体的有效检测，采用气溶胶辅助化学气相沉积(AACVD)技术在氧化铝基底表面合成氧化铬(Cr2O3)及W掺杂Cr2O3(W/Cr2O3)薄膜。通过SEM、TEM、XRD及XPS等检测手段对Cr2O3及W/Cr2O3薄膜的微观形貌、晶体结构和元素结合价态进行分析。结果表明：Cr2O3薄膜厚度约为20 μm，由粒径为50 nm左右的纳米颗粒组成，其结构较松散，而W掺杂Cr2O3后所获薄膜结构致密，颗粒粒径约为15 nm，尺寸明显减小，Cr2O3及W/Cr2O3薄膜均具有单一的六方相晶体结构。气敏测试结果表明，在400℃工作温度条件下，基于W/Cr2O3薄膜所制备的气体传感器相较于Cr2O3气体传感器对2×10−5异丁烯的灵敏度由原来的1.11提升为3.55，并展现出良好的稳定性、抗湿性和气体选择性。
2023, 40(8): 4558-4567.
doi: 10.13801/j.cnki.fhclxb.20221103.001
摘要:
聚偏氟乙烯(PVDF)等聚合物因具有较低的热导率限制了其使用范围，添加高导热填料可以提升聚合物材料的导热性能，所制备的聚合物基导热复合材料在热管理领域具有重要的应用价值。本文采用六方氮化硼纳米片(BNNS)和球形氧化铝(Al2O3)作为导热填料，通过热压的方法制备出Al2O3-BNNS/PVDF导热复合材料。首先，在氯化胆碱(ChCl)与植酸(PA)水溶液组成的绿色溶剂中，高效剥离制备得到厚度3~5 nm、直径1~5 μm的BNNS纳米填料。再利用BNNS、Al2O3杂化填料的协同作用，采用溶液共混-热压的方式制得具有类似豌豆荚结构的导热复合材料，构建出良好的导热网络。当添加30wt%Al2O3与20wt%BNNS时，复合材料面内热导率高达11.54 W/(m·K)，垂直热导率为5.70 W/(m·K)，复合材料的热导率大幅提升，用作热界面材料表现出优异的散热性能。
聚偏氟乙烯(PVDF)等聚合物因具有较低的热导率限制了其使用范围，添加高导热填料可以提升聚合物材料的导热性能，所制备的聚合物基导热复合材料在热管理领域具有重要的应用价值。本文采用六方氮化硼纳米片(BNNS)和球形氧化铝(Al2O3)作为导热填料，通过热压的方法制备出Al2O3-BNNS/PVDF导热复合材料。首先，在氯化胆碱(ChCl)与植酸(PA)水溶液组成的绿色溶剂中，高效剥离制备得到厚度3~5 nm、直径1~5 μm的BNNS纳米填料。再利用BNNS、Al2O3杂化填料的协同作用，采用溶液共混-热压的方式制得具有类似豌豆荚结构的导热复合材料，构建出良好的导热网络。当添加30wt%Al2O3与20wt%BNNS时，复合材料面内热导率高达11.54 W/(m·K)，垂直热导率为5.70 W/(m·K)，复合材料的热导率大幅提升，用作热界面材料表现出优异的散热性能。
2023, 40(8): 4568-4576.
doi: 10.13801/j.cnki.fhclxb.20221129.002
摘要:
可逆固体氧化物电池(RSOCs)是一种清洁高效的能量转换和电化学存储装置，由于目前使用的钙钛矿氧电极存在Sr偏析现象，对氧电极的耐久性提出了新的要求。采用溶液浸渍法在多孔Y0.08Zr0.92O2-δ (YSZ)骨架上制备了YSZ/Er0.4Bi1.6O3 (ESB)复合电解质和Ca3Co4O9+δ (CCO)氧电极，800℃时的极化电阻为0.45 Ω·cm2。氧电极在100 h的阴、阳极交替极化过程中表现出良好的稳定性，阳极和阴极极化对电极性能具有相反的影响机制，电解模式下氧电极性能的损耗可以通过电池模式得以恢复。Ni-YSZ/YSZ/ESB/CCO单电池在800℃时的最大输出功率为722 mW·cm−2，电解电压为1.5 V时的电解电流密度为−1204 mA·cm−2，对应的产氢率为503.3 mL·cm−2·h−1，实现了较高的能量转化。
可逆固体氧化物电池(RSOCs)是一种清洁高效的能量转换和电化学存储装置，由于目前使用的钙钛矿氧电极存在Sr偏析现象，对氧电极的耐久性提出了新的要求。采用溶液浸渍法在多孔Y0.08Zr0.92O2-δ (YSZ)骨架上制备了YSZ/Er0.4Bi1.6O3 (ESB)复合电解质和Ca3Co4O9+δ (CCO)氧电极，800℃时的极化电阻为0.45 Ω·cm2。氧电极在100 h的阴、阳极交替极化过程中表现出良好的稳定性，阳极和阴极极化对电极性能具有相反的影响机制，电解模式下氧电极性能的损耗可以通过电池模式得以恢复。Ni-YSZ/YSZ/ESB/CCO单电池在800℃时的最大输出功率为722 mW·cm−2，电解电压为1.5 V时的电解电流密度为−1204 mA·cm−2，对应的产氢率为503.3 mL·cm−2·h−1，实现了较高的能量转化。
2023, 40(8): 4577-4586.
doi: 10.13801/j.cnki.fhclxb.20221121.001
摘要:
界面型光蒸汽转化技术为从海水和废水中提取淡水提供了一种高效、可持续的策略，以有效应对水资源短缺危机。本文以天然硅藻土为主要原料、CaCO3为造孔剂，采用注浆成型工艺，制备硅藻土基多孔陶瓷，并将多壁碳纳米管与海藻酸钠混合凝胶涂覆到陶瓷表面，制备出碳纳米管/硅藻土基多孔陶瓷复合材料。结果表明：硅藻土基多孔陶瓷具有三维连通的多孔结构，孔径主要分布在10~30 µm。当CaCO3质量分数为50wt%时，孔隙率可达73.2%。得益于多孔结构的多重散射效应及亲水性、碳纳米管优异的光热转换能力，一个太阳光强下，蒸发器蒸发速率和能量转化效率最高可达2.07 kg·m−2·h−1和95.6%，对于海水和废水可实现接近100%的离子截留率，并具有良好的循环稳定性，在海水淡化领域具有广阔的应用潜力。
界面型光蒸汽转化技术为从海水和废水中提取淡水提供了一种高效、可持续的策略，以有效应对水资源短缺危机。本文以天然硅藻土为主要原料、CaCO3为造孔剂，采用注浆成型工艺，制备硅藻土基多孔陶瓷，并将多壁碳纳米管与海藻酸钠混合凝胶涂覆到陶瓷表面，制备出碳纳米管/硅藻土基多孔陶瓷复合材料。结果表明：硅藻土基多孔陶瓷具有三维连通的多孔结构，孔径主要分布在10~30 µm。当CaCO3质量分数为50wt%时，孔隙率可达73.2%。得益于多孔结构的多重散射效应及亲水性、碳纳米管优异的光热转换能力，一个太阳光强下，蒸发器蒸发速率和能量转化效率最高可达2.07 kg·m−2·h−1和95.6%，对于海水和废水可实现接近100%的离子截留率，并具有良好的循环稳定性，在海水淡化领域具有广阔的应用潜力。
2023, 40(8): 4587-4600.
doi: 10.13801/j.cnki.fhclxb.20221102.004
摘要:
M相二氧化钒(VO2(M))能够响应外界温度变化而改变红外波段透过率，成为热致变色智能窗涂层的首选材料。球磨法工艺设备简单、易于操作、反应时间短、无废液产生，适合工业化生产，但球磨VO2稳定性差、易团聚在实际应用中面临重大挑战。本文基于原位聚合法制备了二氧化钒@聚甲基丙烯酸甲酯(VO2@PMMA)微胶囊并辊涂构建热致变色涂层。甲基丙烯酸甲酯(MMA)单体在球磨法制备的VO2颗粒表面通过共价键原位聚合得到尺寸均匀、耐酸抗氧化能力强的VO2@PMMA微胶囊。VO2@PMMA热致变色涂层不仅具有良好的抗酸和抗氧化能力，而且可见光透过率(Tlum)为77.89%时涂层的太阳光调制能力(ΔTsol)高达10.12%，具有优异的光学性质，满足智能窗的应用需求。
M相二氧化钒(VO2(M))能够响应外界温度变化而改变红外波段透过率，成为热致变色智能窗涂层的首选材料。球磨法工艺设备简单、易于操作、反应时间短、无废液产生，适合工业化生产，但球磨VO2稳定性差、易团聚在实际应用中面临重大挑战。本文基于原位聚合法制备了二氧化钒@聚甲基丙烯酸甲酯(VO2@PMMA)微胶囊并辊涂构建热致变色涂层。甲基丙烯酸甲酯(MMA)单体在球磨法制备的VO2颗粒表面通过共价键原位聚合得到尺寸均匀、耐酸抗氧化能力强的VO2@PMMA微胶囊。VO2@PMMA热致变色涂层不仅具有良好的抗酸和抗氧化能力，而且可见光透过率(Tlum)为77.89%时涂层的太阳光调制能力(ΔTsol)高达10.12%，具有优异的光学性质，满足智能窗的应用需求。
2023, 40(8): 4601-4612.
doi: 10.13801/j.cnki.fhclxb.20221025.001
摘要:
类芬顿技术是去除水中难降解有机污染物最有应用前景的处理技术之一，构建高效稳定的类芬顿催化剂是其研究的关键。本文采用5 mol/L NaOH溶液在不同温度对Ca-蒙脱土(MMT)进行活化改性，制备了一系列具有不同结构和酸性的碱活化蒙脱土(Alk-MMT)，并将Alk-MMT负载铁催化剂(Fe/Alk-MMT)与H2O2组成类芬顿体系用于去除亚甲基蓝(MB)。对所制备的材料进行了XRD、NH3-程序升温脱附(TPD)、XPS、SEM、FTIR、N2吸附-脱附等表征分析。结果表明：与Ca-MMT相比，Alk-MMT的结构和酸性均发生了明显的变化，且变化的程度与碱处理温度密切相关。Alk-MMT结构和酸性的变化明显影响类芬顿体系去除MB的性能。其中以Fe/Alk-MMT-100为催化剂的类芬顿体系在反应温度为50℃，催化剂和H2O2用量分别为1.25 g/L和0.85 mmol/L，在较宽的pH范围(3.0~9.0)反应300 min后MB的去除效率均可达98.7%以上，且表现出较好的稳定性，重复使用6次后，活性未下降。
类芬顿技术是去除水中难降解有机污染物最有应用前景的处理技术之一，构建高效稳定的类芬顿催化剂是其研究的关键。本文采用5 mol/L NaOH溶液在不同温度对Ca-蒙脱土(MMT)进行活化改性，制备了一系列具有不同结构和酸性的碱活化蒙脱土(Alk-MMT)，并将Alk-MMT负载铁催化剂(Fe/Alk-MMT)与H2O2组成类芬顿体系用于去除亚甲基蓝(MB)。对所制备的材料进行了XRD、NH3-程序升温脱附(TPD)、XPS、SEM、FTIR、N2吸附-脱附等表征分析。结果表明：与Ca-MMT相比，Alk-MMT的结构和酸性均发生了明显的变化，且变化的程度与碱处理温度密切相关。Alk-MMT结构和酸性的变化明显影响类芬顿体系去除MB的性能。其中以Fe/Alk-MMT-100为催化剂的类芬顿体系在反应温度为50℃，催化剂和H2O2用量分别为1.25 g/L和0.85 mmol/L，在较宽的pH范围(3.0~9.0)反应300 min后MB的去除效率均可达98.7%以上，且表现出较好的稳定性，重复使用6次后，活性未下降。
2023, 40(8): 4613-4624.
doi: 10.13801/j.cnki.fhclxb.20221009.001
摘要:
为有效去除液相中重金属Cu(II)，以正硅酸乙酯为原料、3-氨丙基三乙氧基硅烷为氨基化试剂，通过共缩聚法合成氨基改性SiO2气凝胶(NG)。系统考察pH、离子强度、时间、温度等因素对NG去除Cu(II)的影响，结合吸附动力学模型、吸附等温模型、吸附热力学、位点能量分布理论分析其吸附机制。研究结果表明：pH在3.00~6.00条件下，Cu(II)吸附量随pH升高而增大。离子强度由0 mol/L增至0.08 mol/L时，Cu(II)吸附量受抑制作用呈逐渐降低趋势，FTIR分析显示NG与Cu(II)主要形成外层络合物。NG吸附Cu(II)时间在8 h内基本达到平衡，其吸附主要经过边界层扩散、颗粒内扩散与化学吸附等过程，且该吸附过程最符合准二级动力学模型与Freundlich模型。温度升高有利于促进吸附反应发生，Cu(II)最大吸附量达到130.45 mg/g，其吸附过程属吸热、熵增加的自发反应。位点能量分布显示随吸附反应进行，Cu(II)优先占据NG上高能量吸附位点，再占据低能量吸附位点，NG吸附Cu(II)的主要机制是外层络合与静电作用。
为有效去除液相中重金属Cu(II)，以正硅酸乙酯为原料、3-氨丙基三乙氧基硅烷为氨基化试剂，通过共缩聚法合成氨基改性SiO2气凝胶(NG)。系统考察pH、离子强度、时间、温度等因素对NG去除Cu(II)的影响，结合吸附动力学模型、吸附等温模型、吸附热力学、位点能量分布理论分析其吸附机制。研究结果表明：pH在3.00~6.00条件下，Cu(II)吸附量随pH升高而增大。离子强度由0 mol/L增至0.08 mol/L时，Cu(II)吸附量受抑制作用呈逐渐降低趋势，FTIR分析显示NG与Cu(II)主要形成外层络合物。NG吸附Cu(II)时间在8 h内基本达到平衡，其吸附主要经过边界层扩散、颗粒内扩散与化学吸附等过程，且该吸附过程最符合准二级动力学模型与Freundlich模型。温度升高有利于促进吸附反应发生，Cu(II)最大吸附量达到130.45 mg/g，其吸附过程属吸热、熵增加的自发反应。位点能量分布显示随吸附反应进行，Cu(II)优先占据NG上高能量吸附位点，再占据低能量吸附位点，NG吸附Cu(II)的主要机制是外层络合与静电作用。
2023, 40(8): 4625-4636.
doi: 10.13801/j.cnki.fhclxb.20221109.002
摘要:
基于磁性分离原理，设计并制备了一种磁性多元醇硼吸附剂，有效解决了传统吸附剂与水相分离困难问题。首先，以苯胺为单体，采用原位聚合反应在自制的磁性Fe3O4纳米颗粒表面包裹了一层聚苯胺(PANI)，然后通过缩水甘油与聚苯胺末端活性胺基开环反应，制备了一种核壳结构的多元醇硼吸附剂：丙二醇改性聚苯胺复合四氧化三铁(Fe3O4@PANI-PG)；采用SEM、TEM、EDS、XRD、XPS和FTIR等表征方法对材料的微观形貌、结构、组成及官能团进行了表征。其次，通过单因素实验考察了吸附时间、硼酸初始浓度、pH等因素对其硼吸附性能的影响，在此基础上采用响应面法优化得到了吸附最佳条件：时间t=10 h，初始浓度C0=1309 mg/L，pH=9.93和相应最佳吸附量Qe=0.1181 mmol/g。此外，通过吸附动力学及吸附等温式拟合，研究发现该吸附剂对硼吸附过程符合准二级吸附动力学和Langmuir等温吸附模型。最后对其吸附机制进行探究，研究发现：该吸附剂末端邻位羟基与水相中的B(OH)4−发生络合反应形成了稳定的五元环螯合物。
基于磁性分离原理，设计并制备了一种磁性多元醇硼吸附剂，有效解决了传统吸附剂与水相分离困难问题。首先，以苯胺为单体，采用原位聚合反应在自制的磁性Fe3O4纳米颗粒表面包裹了一层聚苯胺(PANI)，然后通过缩水甘油与聚苯胺末端活性胺基开环反应，制备了一种核壳结构的多元醇硼吸附剂：丙二醇改性聚苯胺复合四氧化三铁(Fe3O4@PANI-PG)；采用SEM、TEM、EDS、XRD、XPS和FTIR等表征方法对材料的微观形貌、结构、组成及官能团进行了表征。其次，通过单因素实验考察了吸附时间、硼酸初始浓度、pH等因素对其硼吸附性能的影响，在此基础上采用响应面法优化得到了吸附最佳条件：时间t=10 h，初始浓度C0=1309 mg/L，pH=9.93和相应最佳吸附量Qe=0.1181 mmol/g。此外，通过吸附动力学及吸附等温式拟合，研究发现该吸附剂对硼吸附过程符合准二级吸附动力学和Langmuir等温吸附模型。最后对其吸附机制进行探究，研究发现：该吸附剂末端邻位羟基与水相中的B(OH)4−发生络合反应形成了稳定的五元环螯合物。
2023, 40(8): 4637-4647.
doi: 10.13801/j.cnki.fhclxb.20221108.001
摘要:
高工作场强、高储能效率的电介质储能材料对提高电力设备的性能、减小电力设备体积具有重要影响。采用混合碱法制备出立方体状SrTiO3粉体作为陶瓷填料，采用聚乙烯吡咯烷酮(PVP)表面包覆改性对立方体状SrTiO3粉体进行表面处理，利用流延法制备出了均匀的聚偏氟乙烯(PVDF)电介质复合薄膜。系统研究了表面PVP包覆改性立方体状SrTiO3粉体对PVDF电介质复合薄膜介电性能和储能密度的影响。结果表明：混合碱法制备出的SrTiO3粉体的形貌为立方体状，尺寸为 200~400 nm，粒径分布比较均匀，PVP的官能团和立方体状SrTiO3粉体的表面建立起共价的相互作用，在立方体状SrTiO3粉体表面形成PVP包覆层，可以有效防止立方体状SrTiO3粉体在PVDF电介质复合薄膜中的团聚，同时PVP包覆层可以改善立方体状SrTiO3粉体在PVDF聚合物中分散和结合情况。PVDF电介质复合薄膜具有良好的介电性能和耐击穿性能，PVDF电介质复合薄膜的介电常数随着填充量的增加而增加，当立方体状SrTiO3粉体填充量为40vol%时，电介质复合薄膜的介电常数为34.9。PVDF电介质复合薄膜的储能密度随着填充量的增加而先增加后降低，当表面PVP包覆改性处理立方体状SrTiO3粉体的填充量为5vol%时，电介质复合薄膜的储能密度达5.3 J/cm3。
高工作场强、高储能效率的电介质储能材料对提高电力设备的性能、减小电力设备体积具有重要影响。采用混合碱法制备出立方体状SrTiO3粉体作为陶瓷填料，采用聚乙烯吡咯烷酮(PVP)表面包覆改性对立方体状SrTiO3粉体进行表面处理，利用流延法制备出了均匀的聚偏氟乙烯(PVDF)电介质复合薄膜。系统研究了表面PVP包覆改性立方体状SrTiO3粉体对PVDF电介质复合薄膜介电性能和储能密度的影响。结果表明：混合碱法制备出的SrTiO3粉体的形貌为立方体状，尺寸为 200~400 nm，粒径分布比较均匀，PVP的官能团和立方体状SrTiO3粉体的表面建立起共价的相互作用，在立方体状SrTiO3粉体表面形成PVP包覆层，可以有效防止立方体状SrTiO3粉体在PVDF电介质复合薄膜中的团聚，同时PVP包覆层可以改善立方体状SrTiO3粉体在PVDF聚合物中分散和结合情况。PVDF电介质复合薄膜具有良好的介电性能和耐击穿性能，PVDF电介质复合薄膜的介电常数随着填充量的增加而增加，当立方体状SrTiO3粉体填充量为40vol%时，电介质复合薄膜的介电常数为34.9。PVDF电介质复合薄膜的储能密度随着填充量的增加而先增加后降低，当表面PVP包覆改性处理立方体状SrTiO3粉体的填充量为5vol%时，电介质复合薄膜的储能密度达5.3 J/cm3。
2023, 40(8): 4648-4658.
doi: 10.13801/j.cnki.fhclxb.20221017.001
摘要:
本文采用简单的溶剂热法制备了一种独特的具有大量电化学活性位点的绣球荚蒾状硫化钴(HVCS)。接着通过原位聚合将聚苯胺(PANI)组装到HVCS表面，最后将聚苯胺进一步碳化，得到绣球荚蒾状硫化钴@富氮炭复合材料(HVCS@NC)。得益于独特的微观结构设计和两组分电化学性能优势的互补，电化学分析表明制备所得HVCS@NC纳米复合电极具有理想的超级电容器电化学性能。该材料在电流密度为1 A·g−1时展现出622 F·g−1的比电容值，以HVCS@NC和活性炭(AC)分别作正极和负极组装的不对称超级电容器，在功率密度为1912.3 W·kg−1时能量密度达19.9 W·h·kg−1。研究表明：将导电高分子PANI定位组装在具有特殊微观形貌结构硫化钴表面并碳化的工艺可以获得高性能硫化物基超级电容器电极材料，聚苯胺的可塑性及碳化处理后富含氮元素的特性对于改善过渡金属硫化物的电化学性能具有很大优势，这种结构设计策略可以潜在地扩展并应用到其他过渡金属硫化物基超级电容器电极材料的电化学性能提升。
本文采用简单的溶剂热法制备了一种独特的具有大量电化学活性位点的绣球荚蒾状硫化钴(HVCS)。接着通过原位聚合将聚苯胺(PANI)组装到HVCS表面，最后将聚苯胺进一步碳化，得到绣球荚蒾状硫化钴@富氮炭复合材料(HVCS@NC)。得益于独特的微观结构设计和两组分电化学性能优势的互补，电化学分析表明制备所得HVCS@NC纳米复合电极具有理想的超级电容器电化学性能。该材料在电流密度为1 A·g−1时展现出622 F·g−1的比电容值，以HVCS@NC和活性炭(AC)分别作正极和负极组装的不对称超级电容器，在功率密度为1912.3 W·kg−1时能量密度达19.9 W·h·kg−1。研究表明：将导电高分子PANI定位组装在具有特殊微观形貌结构硫化钴表面并碳化的工艺可以获得高性能硫化物基超级电容器电极材料，聚苯胺的可塑性及碳化处理后富含氮元素的特性对于改善过渡金属硫化物的电化学性能具有很大优势，这种结构设计策略可以潜在地扩展并应用到其他过渡金属硫化物基超级电容器电极材料的电化学性能提升。
2023, 40(8): 4659-4669.
doi: 10.13801/j.cnki.fhclxb.20221123.001
摘要:
钢桥面铺装材料易受温度影响而产生破坏，其中拉伸破坏最为常见。改性聚氨酯混凝土是一种新型钢桥面铺装材料，为研究温度对其拉伸性能的影响，在−10℃、0℃、15℃、40℃和60℃这5组温度环境下分别进行单轴拉伸试验研究。为保证拉伸试验成功，率先设计并制作了两种拉伸试件(哑铃形试件、经圆弧过渡的哑铃形试件)。同时设计用于匹配试件的拉伸试验新型夹具，开展两种试件的对比试验。通过拉伸试验，测得该材料在单轴受拉时的应力-应变曲线，依据该曲线计算得到各拉伸性能指标。研究结果表明：使用经圆弧过渡的哑铃形试件与新夹具的组合方案的拉伸效果更优。新型夹具可通过增设螺栓约束夹具的变形，从而有效改善加载过程中试件的局部应力集中效应。随温度的升高，改性聚氨酯混凝土的抗拉强度、拉伸弹性模量均呈减小趋势；峰值应变、断裂能密度和拉压比均呈增大趋势。提出了各拉伸性能指标的温度相关计算式。构建适用于改性聚氨酯混凝土的单轴拉伸本构关系，计算与试验结果吻合良好，为该材料未来的工程应用提供参考。
钢桥面铺装材料易受温度影响而产生破坏，其中拉伸破坏最为常见。改性聚氨酯混凝土是一种新型钢桥面铺装材料，为研究温度对其拉伸性能的影响，在−10℃、0℃、15℃、40℃和60℃这5组温度环境下分别进行单轴拉伸试验研究。为保证拉伸试验成功，率先设计并制作了两种拉伸试件(哑铃形试件、经圆弧过渡的哑铃形试件)。同时设计用于匹配试件的拉伸试验新型夹具，开展两种试件的对比试验。通过拉伸试验，测得该材料在单轴受拉时的应力-应变曲线，依据该曲线计算得到各拉伸性能指标。研究结果表明：使用经圆弧过渡的哑铃形试件与新夹具的组合方案的拉伸效果更优。新型夹具可通过增设螺栓约束夹具的变形，从而有效改善加载过程中试件的局部应力集中效应。随温度的升高，改性聚氨酯混凝土的抗拉强度、拉伸弹性模量均呈减小趋势；峰值应变、断裂能密度和拉压比均呈增大趋势。提出了各拉伸性能指标的温度相关计算式。构建适用于改性聚氨酯混凝土的单轴拉伸本构关系，计算与试验结果吻合良好，为该材料未来的工程应用提供参考。
2023, 40(8): 4670-4681.
doi: 10.13801/j.cnki.fhclxb.20221102.003
摘要:
高强钢绞线网/工程水泥基复合材料(Engineered cementitious composites，ECC)作为新型高性能复合材料，充分利用了高强钢绞线网及ECC优良的力学性能，具有超高延性、韧性、优异的裂缝控制能力及强度高等优点。为探究二次受力对该新型复合材料加固钢筋混凝土(Reinforced concrete，RC)梁受弯性能的影响，本文考虑是否持载加固、原梁损伤程度、纵向高强钢绞线配筋率的影响，进行了高强钢绞线网/ECC加固RC梁受弯试验，分析了二次受力对加固梁受弯性能的影响机制，探明了各影响因素对持载加固RC梁受弯性能的影响规律。结果表明：采用高强钢绞线网/ECC持载加固RC梁，使原梁承载力、刚度、延性、韧性分别提升了38%~65%、20%~81%、0%~18%、33%~116%，且能很好约束RC梁裂缝而减小裂缝宽度；相比于卸载加固梁，持载加固梁的加固层由于存在明显应变滞后，对原梁混凝土裂缝约束效果变差，其受弯承载力、刚度、韧性有所降低，但其延性有所提高；持载加固梁的受弯承载力、刚度、延性、韧性随原梁损伤程度增加而降低，而随钢绞线配筋率的适当提高而增大。
高强钢绞线网/工程水泥基复合材料(Engineered cementitious composites，ECC)作为新型高性能复合材料，充分利用了高强钢绞线网及ECC优良的力学性能，具有超高延性、韧性、优异的裂缝控制能力及强度高等优点。为探究二次受力对该新型复合材料加固钢筋混凝土(Reinforced concrete，RC)梁受弯性能的影响，本文考虑是否持载加固、原梁损伤程度、纵向高强钢绞线配筋率的影响，进行了高强钢绞线网/ECC加固RC梁受弯试验，分析了二次受力对加固梁受弯性能的影响机制，探明了各影响因素对持载加固RC梁受弯性能的影响规律。结果表明：采用高强钢绞线网/ECC持载加固RC梁，使原梁承载力、刚度、延性、韧性分别提升了38%~65%、20%~81%、0%~18%、33%~116%，且能很好约束RC梁裂缝而减小裂缝宽度；相比于卸载加固梁，持载加固梁的加固层由于存在明显应变滞后，对原梁混凝土裂缝约束效果变差，其受弯承载力、刚度、韧性有所降低，但其延性有所提高；持载加固梁的受弯承载力、刚度、延性、韧性随原梁损伤程度增加而降低，而随钢绞线配筋率的适当提高而增大。
2023, 40(8): 4682-4693.
doi: 10.13801/j.cnki.fhclxb.20230222.003
摘要:
珊瑚砂是我国南海岛礁应急工程的首选建筑材料，但因其具有疏松多孔、强度低、易破碎等缺陷，珊瑚砂浆的整体力学性能难以满足设计要求。氧化石墨烯(GO)可有效改善珊瑚砂浆的力学性能，然而，目前关于冲击荷载作用下GO改性珊瑚砂浆的动态力学特性研究少有涉及。本文通过开展改性珊瑚砂浆的冲击压缩试验与微观结构试验，分析了不同氧化石墨烯掺量和不同应变率条件下改性珊瑚砂浆动态力学性能的变化规律及其微观机制。结果表明：(1) 珊瑚砂浆的动态应力-应变曲线近似呈四段式，其变化趋势受GO掺量和应变率影响显著；(2) 在相同应变率条件下，珊瑚砂浆的动态抗压强度随GO掺量的增加均呈先增加后降低的变化特征，且在GO掺量为0.03wt%时达到最大值；(3) 珊瑚砂浆的动态增强因子(DIF)和韧性指数具有明显的应变率效应；(4) GO可定向驱使水化产物充填砂浆裂隙或孔隙，提高结构完整性，增强珊瑚砂浆抗冲击性能。
珊瑚砂是我国南海岛礁应急工程的首选建筑材料，但因其具有疏松多孔、强度低、易破碎等缺陷，珊瑚砂浆的整体力学性能难以满足设计要求。氧化石墨烯(GO)可有效改善珊瑚砂浆的力学性能，然而，目前关于冲击荷载作用下GO改性珊瑚砂浆的动态力学特性研究少有涉及。本文通过开展改性珊瑚砂浆的冲击压缩试验与微观结构试验，分析了不同氧化石墨烯掺量和不同应变率条件下改性珊瑚砂浆动态力学性能的变化规律及其微观机制。结果表明：(1) 珊瑚砂浆的动态应力-应变曲线近似呈四段式，其变化趋势受GO掺量和应变率影响显著；(2) 在相同应变率条件下，珊瑚砂浆的动态抗压强度随GO掺量的增加均呈先增加后降低的变化特征，且在GO掺量为0.03wt%时达到最大值；(3) 珊瑚砂浆的动态增强因子(DIF)和韧性指数具有明显的应变率效应；(4) GO可定向驱使水化产物充填砂浆裂隙或孔隙，提高结构完整性，增强珊瑚砂浆抗冲击性能。
2023, 40(8): 4694-4702.
doi: 10.13801/j.cnki.fhclxb.20221108.002
摘要:
为了研究高添加量的硅灰石纤维对偏高岭土-矿渣地聚物力学性能及开裂特性的影响，以硅灰石纤维替代质量分数(最高40wt%)为实验参数，制备了硅灰石/偏高岭土-矿渣地聚物，评估了与硅灰石含量有关的性能(力学强度、孔隙率和裂纹)，并研究了硅灰石纤维对地聚物微结构的影响。结果表明：硅灰石纤维的加入对处于干燥环境下的地聚物抑制开裂行为有积极作用，且在替代量为40wt%以内是持续改善的；同时也观察到硅灰石纤维的加入对地聚物力学性能也有积极影响，其中硅灰石纤维替代量为20wt%的地聚物28天强度达到70.2 MPa，较偏高岭土基地聚物样品抗压强度增长了36%，但继续增加硅灰石纤维会导致地聚物抗压强度的降低；此外沸石相在复合物中被检测到，硅灰石的添加有利于沸石相的发展。
为了研究高添加量的硅灰石纤维对偏高岭土-矿渣地聚物力学性能及开裂特性的影响，以硅灰石纤维替代质量分数(最高40wt%)为实验参数，制备了硅灰石/偏高岭土-矿渣地聚物，评估了与硅灰石含量有关的性能(力学强度、孔隙率和裂纹)，并研究了硅灰石纤维对地聚物微结构的影响。结果表明：硅灰石纤维的加入对处于干燥环境下的地聚物抑制开裂行为有积极作用，且在替代量为40wt%以内是持续改善的；同时也观察到硅灰石纤维的加入对地聚物力学性能也有积极影响，其中硅灰石纤维替代量为20wt%的地聚物28天强度达到70.2 MPa，较偏高岭土基地聚物样品抗压强度增长了36%，但继续增加硅灰石纤维会导致地聚物抗压强度的降低；此外沸石相在复合物中被检测到，硅灰石的添加有利于沸石相的发展。
2023, 40(8): 4703-4719.
doi: 10.13801/j.cnki.fhclxb.20221027.002
摘要:
为研究基于微孔漂珠的相变微胶囊对砂浆性能的影响，采用真空吸附法，以石蜡为芯材，粉煤灰微孔漂珠为壁材制备复合相变微胶囊，通过等体积代砂法将其加入砂浆中制成相变微胶囊储能砂浆。采用SEM分析复合相变微胶囊的微观形貌，通过DSC和TG表征复合相变微胶囊的热性能，并在此基础上研究复合相变微胶囊的引入对砂浆力学强度及温控性能的影响。结果表明：制备的复合相变微胶囊具有良好的分散性、致密的表面及优异的循环稳定性；复合相变微胶囊的引入使砂浆具备一定的温控性能，当相变微胶囊掺量为30%时，储能砂浆相比基准砂浆峰值温度最高下降2.58℃，峰值温度出现时间延迟90 min；由于漂珠具有良好的力学性能，储能砂浆的强度随微胶囊掺量增加虽有所下降，但仍满足规范要求。微胶囊储能砂浆具有良好的力学性能和优异的温控能力，可应用在建筑中实现控温节能的目的。
为研究基于微孔漂珠的相变微胶囊对砂浆性能的影响，采用真空吸附法，以石蜡为芯材，粉煤灰微孔漂珠为壁材制备复合相变微胶囊，通过等体积代砂法将其加入砂浆中制成相变微胶囊储能砂浆。采用SEM分析复合相变微胶囊的微观形貌，通过DSC和TG表征复合相变微胶囊的热性能，并在此基础上研究复合相变微胶囊的引入对砂浆力学强度及温控性能的影响。结果表明：制备的复合相变微胶囊具有良好的分散性、致密的表面及优异的循环稳定性；复合相变微胶囊的引入使砂浆具备一定的温控性能，当相变微胶囊掺量为30%时，储能砂浆相比基准砂浆峰值温度最高下降2.58℃，峰值温度出现时间延迟90 min；由于漂珠具有良好的力学性能，储能砂浆的强度随微胶囊掺量增加虽有所下降，但仍满足规范要求。微胶囊储能砂浆具有良好的力学性能和优异的温控能力，可应用在建筑中实现控温节能的目的。
2023, 40(8): 4720-4732.
doi: 10.13801/j.cnki.fhclxb.20221014.003
摘要:
为了研究木材表面初始损伤对碳纤维增强树脂复合材料(CFRP)-木材界面粘结性能的影响，以木材表面初始损伤率为变量，设计了4组(共12个)CFRP-木材双面剪切试件，分析了初始损伤对粘结界面破坏形态、荷载-应变曲线、应变分布曲线及界面承载力等力学性能的影响规律，探讨了木材初始损伤对界面力学性能的影响机制。试验结果表明：木材表面存在的初始损伤改变了CFRP-木材界面的破坏形态，随着损伤率的增加，剪切破坏面进入木材基体的深度逐渐变浅，界面的脆性破坏特征越显著；木材表面的初始损伤截断了木材纤维，破坏了木材表面的完整性，削弱了界面应力传递效率，增加了界面应力集中现象，使界面粘结承载力随着损伤率的增加而不断降低。本文通过对粘结界面微段的受力分析，推导了极限状态下界面应力分布计算表达式，建立了考虑木材表面初始损伤影响的CFRP-木材界面粘结承载力模型，界面粘结承载力预测模型的计算结果与试验结果的误差均小于6%，吻合较好。
为了研究木材表面初始损伤对碳纤维增强树脂复合材料(CFRP)-木材界面粘结性能的影响，以木材表面初始损伤率为变量，设计了4组(共12个)CFRP-木材双面剪切试件，分析了初始损伤对粘结界面破坏形态、荷载-应变曲线、应变分布曲线及界面承载力等力学性能的影响规律，探讨了木材初始损伤对界面力学性能的影响机制。试验结果表明：木材表面存在的初始损伤改变了CFRP-木材界面的破坏形态，随着损伤率的增加，剪切破坏面进入木材基体的深度逐渐变浅，界面的脆性破坏特征越显著；木材表面的初始损伤截断了木材纤维，破坏了木材表面的完整性，削弱了界面应力传递效率，增加了界面应力集中现象，使界面粘结承载力随着损伤率的增加而不断降低。本文通过对粘结界面微段的受力分析，推导了极限状态下界面应力分布计算表达式，建立了考虑木材表面初始损伤影响的CFRP-木材界面粘结承载力模型，界面粘结承载力预测模型的计算结果与试验结果的误差均小于6%，吻合较好。
2023, 40(8): 4733-4744.
doi: 10.13801/j.cnki.fhclxb.20221014.004
摘要:
在日益严峻的环境压力下，稻壳灰(RHA)等农业副产品在混凝土中的应用引起了广泛关注。为研究稻壳灰等质量部分取代(0%、10%、20%、30%)硅酸盐水泥对混凝土抗冻性能的影响，对冻融循环作用下的稻壳灰混凝土进行表观形貌、质量损失、动弹性模量和抗压强度试验，并通过建立孔体积分形维数模型来探究水泥浆体孔空间分布形态，揭示了稻壳灰混凝土冻融损伤劣化机制。结果表明：随着冻融循环次数增加，混凝土表面剥落损伤逐渐加剧，质量损失率呈现先减小后增加的趋势，相对动弹性模量和相对抗压强度呈现下降趋势。此外，由于冻融循环前后的硬化水泥浆体表现出明显的多重分形特征，可将其孔结构分为大孔和小孔两类。冻融循环作用下，稻壳灰介孔结构改善了小孔的孔径分布，其分形维数增加。而大孔对冻融循环更敏感，其孔隙结构会由于膨胀压的逐渐累积而发生冻融破坏。
在日益严峻的环境压力下，稻壳灰(RHA)等农业副产品在混凝土中的应用引起了广泛关注。为研究稻壳灰等质量部分取代(0%、10%、20%、30%)硅酸盐水泥对混凝土抗冻性能的影响，对冻融循环作用下的稻壳灰混凝土进行表观形貌、质量损失、动弹性模量和抗压强度试验，并通过建立孔体积分形维数模型来探究水泥浆体孔空间分布形态，揭示了稻壳灰混凝土冻融损伤劣化机制。结果表明：随着冻融循环次数增加，混凝土表面剥落损伤逐渐加剧，质量损失率呈现先减小后增加的趋势，相对动弹性模量和相对抗压强度呈现下降趋势。此外，由于冻融循环前后的硬化水泥浆体表现出明显的多重分形特征，可将其孔结构分为大孔和小孔两类。冻融循环作用下，稻壳灰介孔结构改善了小孔的孔径分布，其分形维数增加。而大孔对冻融循环更敏感，其孔隙结构会由于膨胀压的逐渐累积而发生冻融破坏。
2023, 40(8): 4745-4756.
doi: 10.13801/j.cnki.fhclxb.20221024.004
摘要:
为研究多组合混杂纤维对再生混凝土(HFRAC)循环受压性能的影响规律，对84个试件进行单调受压试验和单调循环受压试验，分析了钢-碳纤维(SF-CF)、钢-玻璃纤维(SF-GF)、钢-聚丙烯纤维(SF-PF)和钢-聚乙烯醇纤维(SF-PVA) 4种纤维组合和纤维体积掺量对循环受压性能的影响。结果表明：与普通再生混凝土相比，HFRAC的破坏形态为延性破坏；各组HFRAC试件在循环受压下的应力-应变曲线包络线与单调受压应力-应变曲线近似一致；与钢纤维再生混凝土相比，SF-GF混杂纤维和SF-PVA混杂纤维对塑性应变累积的抑制效果更好；掺入弹性模量较大的SF-CF混杂纤维对再生混凝土刚度退化率的增加和滞回耗能能力提高有显著作用，掺入1.0vol%SF+0.5vol%CF时再生混凝土的刚度退化率增加了43.4%。最后，在试验结果的基础上，建立了HFRAC单轴循环受压应力-应变关系全曲线方程，计算结果与试验结果吻合良好。
为研究多组合混杂纤维对再生混凝土(HFRAC)循环受压性能的影响规律，对84个试件进行单调受压试验和单调循环受压试验，分析了钢-碳纤维(SF-CF)、钢-玻璃纤维(SF-GF)、钢-聚丙烯纤维(SF-PF)和钢-聚乙烯醇纤维(SF-PVA) 4种纤维组合和纤维体积掺量对循环受压性能的影响。结果表明：与普通再生混凝土相比，HFRAC的破坏形态为延性破坏；各组HFRAC试件在循环受压下的应力-应变曲线包络线与单调受压应力-应变曲线近似一致；与钢纤维再生混凝土相比，SF-GF混杂纤维和SF-PVA混杂纤维对塑性应变累积的抑制效果更好；掺入弹性模量较大的SF-CF混杂纤维对再生混凝土刚度退化率的增加和滞回耗能能力提高有显著作用，掺入1.0vol%SF+0.5vol%CF时再生混凝土的刚度退化率增加了43.4%。最后，在试验结果的基础上，建立了HFRAC单轴循环受压应力-应变关系全曲线方程，计算结果与试验结果吻合良好。
2023, 40(8): 4757-4767.
doi: 10.13801/j.cnki.fhclxb.20221107.002
摘要:
为研究湿热酸雨环境对碳纤维增强树脂复合材料(CFRP)-混凝土界面剪切粘结性能影响，设计并制作了45个CFRP-混凝土单剪试件，采用机械高温干湿循环和人工配制pH为1.5的酸雨溶液来模拟湿热酸雨环境，通过开展CFRP-混凝土切向剪切试验，分析了混凝土强度和腐蚀次数对界面破坏模式、剥离承载力、极限位移、荷载-位移曲线和粘结区间应变分布的影响，建立了基于湿热酸雨影响系数的界面本构关系模型，并提出了湿热酸雨环境腐蚀程度划分参考方法。研究结果表明：随着混凝土强度提高，界面粘结性能增强，界面剥离位置逐步向胶层处变化；随着腐蚀次数增长，界面粘结性能呈现先升高后降低的变化趋势，3种强度混凝土对应界面剥离荷载和极限位移分别比未受到腐蚀的试件提升3.04%、3.50%、5.78%和0.50%、0.49%、0.95%，酸雨中SO4 2−离子侵入混凝土表层生成膨胀性物质CaSO4·2H2O，会导致腐蚀前期界面粘结性能暂时增强；切向剪切试验中荷载-位移曲线呈现上升、震荡、加强和下降4个阶段；粘结区间上应力传递方向为从加载端传递至自由端；文中提出基于湿热酸雨影响系数的界面本构关系模型，与现有试验数据吻合度较好，且精度较高，偏于安全。相关研究成果可为高湿高热酸雨地区CFRP加固工程提供理论支撑和设计指导。
为研究湿热酸雨环境对碳纤维增强树脂复合材料(CFRP)-混凝土界面剪切粘结性能影响，设计并制作了45个CFRP-混凝土单剪试件，采用机械高温干湿循环和人工配制pH为1.5的酸雨溶液来模拟湿热酸雨环境，通过开展CFRP-混凝土切向剪切试验，分析了混凝土强度和腐蚀次数对界面破坏模式、剥离承载力、极限位移、荷载-位移曲线和粘结区间应变分布的影响，建立了基于湿热酸雨影响系数的界面本构关系模型，并提出了湿热酸雨环境腐蚀程度划分参考方法。研究结果表明：随着混凝土强度提高，界面粘结性能增强，界面剥离位置逐步向胶层处变化；随着腐蚀次数增长，界面粘结性能呈现先升高后降低的变化趋势，3种强度混凝土对应界面剥离荷载和极限位移分别比未受到腐蚀的试件提升3.04%、3.50%、5.78%和0.50%、0.49%、0.95%，酸雨中SO4 2−离子侵入混凝土表层生成膨胀性物质CaSO4·2H2O，会导致腐蚀前期界面粘结性能暂时增强；切向剪切试验中荷载-位移曲线呈现上升、震荡、加强和下降4个阶段；粘结区间上应力传递方向为从加载端传递至自由端；文中提出基于湿热酸雨影响系数的界面本构关系模型，与现有试验数据吻合度较好，且精度较高，偏于安全。相关研究成果可为高湿高热酸雨地区CFRP加固工程提供理论支撑和设计指导。
2023, 40(8): 4768-4778.
doi: 10.13801/j.cnki.fhclxb.20221110.001
摘要:
为减少紫外线对人类造成的伤害和设施的破坏，本文以过氧乙酸复合马来酸预处理(PAM)玉米秸秆得到的纤维素产物为原料，以三氟乙酸作为催化剂和溶剂通过相转化法制备具有紫外屏蔽功能的玉米秸秆基醋酸纤维素膜。随着PAM预处理温度的提高，乙酰化程度和醋酸纤维素产率分别增加到42.19%和93.97%。制得的醋酸纤维素膜(ZCA-80~ZCA-120)的光学性能表征结果表明：该醋酸纤维素膜紫外线屏蔽性能良好，ZCA-110的中波紫外线(UVB)和长波紫外线(UVA)屏蔽率分别达到96.51%和73.72%。同时，揭示了ZCA-80~ZCA-120在紫外光区(200~400 nm)的屏蔽率及在660 nm处的透光率(T660)与木质素含量的相关关系，表明木质素含量是决定醋酸纤维素膜紫外屏蔽性能的关键因素。采用紫外分光光度计、接触角测试仪、XRD和FTIR对未添加壳聚糖(ZCA-110)和添加壳聚糖(CS/ZCA-5)的醋酸纤维素膜进行比较研究，发现添加壳聚糖的膜透光率得到改善、亲水性增强、结晶度降低。本文制备的木质纤维基醋酸纤维素膜将为生物可降解紫外屏蔽材料的研发提供新思路。
为减少紫外线对人类造成的伤害和设施的破坏，本文以过氧乙酸复合马来酸预处理(PAM)玉米秸秆得到的纤维素产物为原料，以三氟乙酸作为催化剂和溶剂通过相转化法制备具有紫外屏蔽功能的玉米秸秆基醋酸纤维素膜。随着PAM预处理温度的提高，乙酰化程度和醋酸纤维素产率分别增加到42.19%和93.97%。制得的醋酸纤维素膜(ZCA-80~ZCA-120)的光学性能表征结果表明：该醋酸纤维素膜紫外线屏蔽性能良好，ZCA-110的中波紫外线(UVB)和长波紫外线(UVA)屏蔽率分别达到96.51%和73.72%。同时，揭示了ZCA-80~ZCA-120在紫外光区(200~400 nm)的屏蔽率及在660 nm处的透光率(T660)与木质素含量的相关关系，表明木质素含量是决定醋酸纤维素膜紫外屏蔽性能的关键因素。采用紫外分光光度计、接触角测试仪、XRD和FTIR对未添加壳聚糖(ZCA-110)和添加壳聚糖(CS/ZCA-5)的醋酸纤维素膜进行比较研究，发现添加壳聚糖的膜透光率得到改善、亲水性增强、结晶度降低。本文制备的木质纤维基醋酸纤维素膜将为生物可降解紫外屏蔽材料的研发提供新思路。
2023, 40(8): 4779-4791.
doi: 10.13801/j.cnki.fhclxb.20221019.003
摘要:
抗生素的滥用导致大量耐药菌出现，对卫生健康和社会经济造成严重威胁，因此，迫切需要开发新型抗菌剂来解决细菌耐药问题。本文以三氟醋酸银(CF3COOAg)为原料，采用化学还原法制备纳米银(Ag NPs)颗粒，并通过超声波辅助法结合4-羟基香豆素制备4-羟基香豆素-Ag NPs新型复合抑菌材料。利用TEM、XRD、XPS、UV-Vis、FTIR、Zeta电位及理论计算化学等进行表征。以革兰氏阴性菌大肠杆菌(E.coli)、革兰氏阳性菌金黄色葡萄球菌(S. aureus)和耐药菌沙门氏菌(T-Salmonella)为模式菌，研究4-羟基香豆素-Ag的协同抑菌活性及抑菌机制。抑菌性能结果显示：相比Ag NPs，复合材料对E.coli的抑菌效率提高了62.5%，对S. aureus提高了37.5%，对T-Salmonella提高了44.4%。复合材料在浓度为150 μg/mL时，60 min内时对测试菌的抑菌率均可达99.9%。抑菌机制表明：复合材料可显著破坏细菌细胞壁，并进入细菌内部抑制细菌呼吸系统。该材料不仅具备单独无机抗菌剂和有机抗菌剂特有杀菌特性，两者协同且具备更强的抑菌活性，同时还可解决细菌耐药性问题，这可为抗生素的改性和新型抑菌剂的开发提供科学依据。
抗生素的滥用导致大量耐药菌出现，对卫生健康和社会经济造成严重威胁，因此，迫切需要开发新型抗菌剂来解决细菌耐药问题。本文以三氟醋酸银(CF3COOAg)为原料，采用化学还原法制备纳米银(Ag NPs)颗粒，并通过超声波辅助法结合4-羟基香豆素制备4-羟基香豆素-Ag NPs新型复合抑菌材料。利用TEM、XRD、XPS、UV-Vis、FTIR、Zeta电位及理论计算化学等进行表征。以革兰氏阴性菌大肠杆菌(E.coli)、革兰氏阳性菌金黄色葡萄球菌(S. aureus)和耐药菌沙门氏菌(T-Salmonella)为模式菌，研究4-羟基香豆素-Ag的协同抑菌活性及抑菌机制。抑菌性能结果显示：相比Ag NPs，复合材料对E.coli的抑菌效率提高了62.5%，对S. aureus提高了37.5%，对T-Salmonella提高了44.4%。复合材料在浓度为150 μg/mL时，60 min内时对测试菌的抑菌率均可达99.9%。抑菌机制表明：复合材料可显著破坏细菌细胞壁，并进入细菌内部抑制细菌呼吸系统。该材料不仅具备单独无机抗菌剂和有机抗菌剂特有杀菌特性，两者协同且具备更强的抑菌活性，同时还可解决细菌耐药性问题，这可为抗生素的改性和新型抑菌剂的开发提供科学依据。
2023, 40(8): 4792-4801.
doi: 10.13801/j.cnki.fhclxb.20221018.001
摘要:
当前，高超声速飞行器主流SiC基防热材料在1200~1700℃内的防热机制主要依靠SiC被动氧化生成的SiO2保护层，但高超声速飞行带来的高温气体效应使得防热材料遭受高温、低压、原子氧载荷，原子氧的高活性将改变SiC氧化反应类型，导致材料丧失防护能力。因此，判别不同飞行工况下材料主/被动氧化类型将直接决定材料的使用阈值，对于高超声速飞行器防热设计和新型防热材料研制极为重要。基于此，本文打破通过分析氧化反应后材料微观成分辨别主/被动氧化反应的传统方法，基于光谱诊断、射频等离子放电及高功率激光技术，建立高温、低压、原子氧环境下SiC基防热材料主/被动氧化反应在线识别方法与系统，实现了SiC基防热材料主/被动氧化反应快速在线识别，经过SEM、EDS和XRD等材料分析，验证了在线识别方法的准确性和可靠性，进一步探究了原子氧环境下SiC材料主动氧化的演化规律，并建立了氧化动力学方程，为SiC基防热材料防护阈值及材料性能改进提供了重要支撑。
当前，高超声速飞行器主流SiC基防热材料在1200~1700℃内的防热机制主要依靠SiC被动氧化生成的SiO2保护层，但高超声速飞行带来的高温气体效应使得防热材料遭受高温、低压、原子氧载荷，原子氧的高活性将改变SiC氧化反应类型，导致材料丧失防护能力。因此，判别不同飞行工况下材料主/被动氧化类型将直接决定材料的使用阈值，对于高超声速飞行器防热设计和新型防热材料研制极为重要。基于此，本文打破通过分析氧化反应后材料微观成分辨别主/被动氧化反应的传统方法，基于光谱诊断、射频等离子放电及高功率激光技术，建立高温、低压、原子氧环境下SiC基防热材料主/被动氧化反应在线识别方法与系统，实现了SiC基防热材料主/被动氧化反应快速在线识别，经过SEM、EDS和XRD等材料分析，验证了在线识别方法的准确性和可靠性，进一步探究了原子氧环境下SiC材料主动氧化的演化规律，并建立了氧化动力学方程，为SiC基防热材料防护阈值及材料性能改进提供了重要支撑。
2023, 40(8): 4802-4812.
doi: 10.13801/j.cnki.fhclxb.20221024.003
摘要:
针对镁/铝层合板轧制过程中存在结合强度低、翘曲和边裂严重等技术难题，研究了基于点阵强变形轧制(Lattice severe deformation rolling，LSDR)原理以波纹辊对其一道次轧制成形。借助有限元数值计算分析了金属板材在复杂辊缝下的塑性流动规律和成形特点，并进行了轧制实验。结果表明：LSDR原理轧制镁/铝层合板时，波纹辊能够对难变形的镁合金及结合界面处产生点阵状分布的局部强非均匀变形作用，增强镁合金沿轧向(Rolling direction，RD)和横向(Transverse direction，TD)的塑性流动，并在结合界面处产生更大的剪切应力。相较于传统平轧，LSDR原理轧制所得镁/铝层合板的抗拉强度、拉剪强度和抗弯强度均有提高，其中拉剪强度最大增幅达77%；并且结合界面均匀可靠，产生约5 μm厚的扩散层。研究内容为高质量镁/铝层合板的制备提供了有价值的参考。
针对镁/铝层合板轧制过程中存在结合强度低、翘曲和边裂严重等技术难题，研究了基于点阵强变形轧制(Lattice severe deformation rolling，LSDR)原理以波纹辊对其一道次轧制成形。借助有限元数值计算分析了金属板材在复杂辊缝下的塑性流动规律和成形特点，并进行了轧制实验。结果表明：LSDR原理轧制镁/铝层合板时，波纹辊能够对难变形的镁合金及结合界面处产生点阵状分布的局部强非均匀变形作用，增强镁合金沿轧向(Rolling direction，RD)和横向(Transverse direction，TD)的塑性流动，并在结合界面处产生更大的剪切应力。相较于传统平轧，LSDR原理轧制所得镁/铝层合板的抗拉强度、拉剪强度和抗弯强度均有提高，其中拉剪强度最大增幅达77%；并且结合界面均匀可靠，产生约5 μm厚的扩散层。研究内容为高质量镁/铝层合板的制备提供了有价值的参考。
2023, 40(8): 4813-4820.
doi: 10.13801/j.cnki.fhclxb.20221027.001
摘要:
陶瓷材料的应用由于其烧结温度高、加工性能差而受到限制。以斜方硅钙石作为成瓷填料，低熔点玻璃粉作为助熔剂，纳米SiO2作为补强剂，制备了硅橡胶基可陶瓷化复合材料。将这种复合材料作为可加工前驱体，在1000℃进行CaZnSi2O6玻璃陶瓷的烧结。研究了硅橡胶的质量分数和玻璃粉的含量对陶瓷材料力学性能的影响，研究了Bi2O3作为辅助助熔剂对陶瓷材料显微形貌、弯曲强度和介电性能的影响。结果表明：随着硅橡胶质量分数的减小或者玻璃粉含量的增加，陶瓷试样的弯曲强度先增大后减小。不加入Bi2O3时，经过1000℃烧结形成的陶瓷材料弯曲强度可以达到90.54 MPa，线性收缩率仅为15%。而适量的Bi2O3不仅可以提高显微形貌的致密度，使弯曲强度提高至110.48 MPa，还能够显著降低陶瓷材料在高温环境下的工频损耗，并且提高材料的工频击穿场强。本文制备的前驱体具有良好的加工性能，可以完成不同尺寸、不同形状的陶瓷材料的烧结。
陶瓷材料的应用由于其烧结温度高、加工性能差而受到限制。以斜方硅钙石作为成瓷填料，低熔点玻璃粉作为助熔剂，纳米SiO2作为补强剂，制备了硅橡胶基可陶瓷化复合材料。将这种复合材料作为可加工前驱体，在1000℃进行CaZnSi2O6玻璃陶瓷的烧结。研究了硅橡胶的质量分数和玻璃粉的含量对陶瓷材料力学性能的影响，研究了Bi2O3作为辅助助熔剂对陶瓷材料显微形貌、弯曲强度和介电性能的影响。结果表明：随着硅橡胶质量分数的减小或者玻璃粉含量的增加，陶瓷试样的弯曲强度先增大后减小。不加入Bi2O3时，经过1000℃烧结形成的陶瓷材料弯曲强度可以达到90.54 MPa，线性收缩率仅为15%。而适量的Bi2O3不仅可以提高显微形貌的致密度，使弯曲强度提高至110.48 MPa，还能够显著降低陶瓷材料在高温环境下的工频损耗，并且提高材料的工频击穿场强。本文制备的前驱体具有良好的加工性能，可以完成不同尺寸、不同形状的陶瓷材料的烧结。
2023, 40(8): 4821-4830.
doi: 10.13801/j.cnki.fhclxb.20221028.001
摘要:
随着工业技术的发展，机械工程领域对铝合金材料的减振降噪性能提出了更高的要求。针对铝合金本征阻尼较低的问题，本文通过搅拌摩擦加工(FSP)制备出具有相变阻尼特征的NiTip/5052 Al复合材料。利用SEM、EDS和XRD对NiTip/5052 Al复合材料的微观结构和物相组成进行分析；分别采用差式扫描量热仪(DSC)、万能试验机和动态热机械分析仪(DMA)分析复合材料的相变过程、力学性能及其阻尼行为。研究表明：经过FSP后，NiTi颗粒与5052 Al基体界面结合良好，未发生界面反应；NiTip/5052 Al复合材料具备NiTi合金的马氏体相变特征；NiTip/5052 Al复合材料的强度均高于5052 Al合金和FSP-5052 Al合金，其中as-NiTip/5052 Al复合材料的抗拉强度为240 MPa，分别比5052 Al和FSP-5052 Al合金高23.7%和10.1%；NiTip/5052 Al复合材料的阻尼性能均明显优于5052 Al合金和FSP-5052 Al合金，且复合材料均呈现出明显的相变内耗峰；当升温至23℃时，550℃-NiTip/5052 Al复合材料的内耗峰值分别比5052 Al和FSP-5052 Al合金高300%和140%；当升温至33℃时，as-NiTip/5052 Al复合材料的内耗峰值分别比5052 Al和FSP-5052 Al合金高233%和100%；NiTip/5052 Al复合材料的储能模量均随着温度和应变的增加而减小，且均高于5052 Al合金和FSP-5052 Al合金。
随着工业技术的发展，机械工程领域对铝合金材料的减振降噪性能提出了更高的要求。针对铝合金本征阻尼较低的问题，本文通过搅拌摩擦加工(FSP)制备出具有相变阻尼特征的NiTip/5052 Al复合材料。利用SEM、EDS和XRD对NiTip/5052 Al复合材料的微观结构和物相组成进行分析；分别采用差式扫描量热仪(DSC)、万能试验机和动态热机械分析仪(DMA)分析复合材料的相变过程、力学性能及其阻尼行为。研究表明：经过FSP后，NiTi颗粒与5052 Al基体界面结合良好，未发生界面反应；NiTip/5052 Al复合材料具备NiTi合金的马氏体相变特征；NiTip/5052 Al复合材料的强度均高于5052 Al合金和FSP-5052 Al合金，其中as-NiTip/5052 Al复合材料的抗拉强度为240 MPa，分别比5052 Al和FSP-5052 Al合金高23.7%和10.1%；NiTip/5052 Al复合材料的阻尼性能均明显优于5052 Al合金和FSP-5052 Al合金，且复合材料均呈现出明显的相变内耗峰；当升温至23℃时，550℃-NiTip/5052 Al复合材料的内耗峰值分别比5052 Al和FSP-5052 Al合金高300%和140%；当升温至33℃时，as-NiTip/5052 Al复合材料的内耗峰值分别比5052 Al和FSP-5052 Al合金高233%和100%；NiTip/5052 Al复合材料的储能模量均随着温度和应变的增加而减小，且均高于5052 Al合金和FSP-5052 Al合金。
2023, 40(8): 4831-4839.
doi: 10.13801/j.cnki.fhclxb.20221122.001
摘要:
利用冷冻取向的方法制备得到了锆钛酸钡钙陶瓷的二维框架结构，通过在这个结构中填充聚醚酰亚胺(PEI)，制备成一种陶瓷复合材料。结果发现：陶瓷浆料固体载荷量为30vol%时可以得到更好的陶瓷片层状二维结构体。其中，三羟甲基氨基甲烷盐酸盐(Tris-HCl)作为分散剂的分散效果较好。聚合物在陶瓷复合材料中的填充率受浆料的分散剂种类及填充液浓度的影响，复合材料介电常数大多在100 以下，而本实验制备的锆钛酸钡钙基陶瓷-聚合物复合材料的相对介电常数达到了446。结果表明：Tris-HCl的分散效果最好，此时，当聚醚酰亚胺/二氯甲烷(PEI/DCM)溶液的浓度为15wt%时，陶瓷复合材料的聚合物填充率最高(18.63%)。随着PEI填充率的增大，陶瓷样品的最大应变值增大，最大应力值减小；面内的导热系数则随温度的升高而升高，在保证其具有一定力学强度的同时，提高了材料的介电性能。
利用冷冻取向的方法制备得到了锆钛酸钡钙陶瓷的二维框架结构，通过在这个结构中填充聚醚酰亚胺(PEI)，制备成一种陶瓷复合材料。结果发现：陶瓷浆料固体载荷量为30vol%时可以得到更好的陶瓷片层状二维结构体。其中，三羟甲基氨基甲烷盐酸盐(Tris-HCl)作为分散剂的分散效果较好。聚合物在陶瓷复合材料中的填充率受浆料的分散剂种类及填充液浓度的影响，复合材料介电常数大多在100 以下，而本实验制备的锆钛酸钡钙基陶瓷-聚合物复合材料的相对介电常数达到了446。结果表明：Tris-HCl的分散效果最好，此时，当聚醚酰亚胺/二氯甲烷(PEI/DCM)溶液的浓度为15wt%时，陶瓷复合材料的聚合物填充率最高(18.63%)。随着PEI填充率的增大，陶瓷样品的最大应变值增大，最大应力值减小；面内的导热系数则随温度的升高而升高，在保证其具有一定力学强度的同时，提高了材料的介电性能。
2023, 40(8): 4840-4848.
doi: 10.13801/j.cnki.fhclxb.20221110.002
摘要:
复合材料软核夹芯结构承受面内载荷，面板可能出现褶皱。一旦面板出现褶皱，夹芯结构将失去承载能力。因此，需要发展准确的理论模型预测软核夹芯结构褶皱行为。夹芯结构褶皱是典型三维(3D)问题，鲜有高阶模型能准确预测此类问题。为此，提出考虑局部形变和三维效应的增强型高阶模型。基于此理论，推导了梁单元公式，并分析了不同边界条件复合材料夹芯结构的起皱行为。通过与准三维弹性解和三维有限元解对比，提出方法的准确性得到验证。为了提高夹芯结构抗起皱能力，尝试使用复合材料面板代替金属面板。数值分析结果表明，发展的增强型高阶模型可以准确分析复合材料夹芯结构褶皱行为，并且使用复合材料面板可有效提升夹芯结构抗起皱能力。
复合材料软核夹芯结构承受面内载荷，面板可能出现褶皱。一旦面板出现褶皱，夹芯结构将失去承载能力。因此，需要发展准确的理论模型预测软核夹芯结构褶皱行为。夹芯结构褶皱是典型三维(3D)问题，鲜有高阶模型能准确预测此类问题。为此，提出考虑局部形变和三维效应的增强型高阶模型。基于此理论，推导了梁单元公式，并分析了不同边界条件复合材料夹芯结构的起皱行为。通过与准三维弹性解和三维有限元解对比，提出方法的准确性得到验证。为了提高夹芯结构抗起皱能力，尝试使用复合材料面板代替金属面板。数值分析结果表明，发展的增强型高阶模型可以准确分析复合材料夹芯结构褶皱行为，并且使用复合材料面板可有效提升夹芯结构抗起皱能力。
2023, 40(8): 4849-4861.
doi: 10.13801/j.cnki.fhclxb.20221107.003
摘要:
提出了由半周期正弦梁组成的新型反四手性蜂窝结构。基于能量法对蜂窝结构面内拉伸弹性进行了理论分析，通过有限元仿真和实验测试对理论模型进行了验证，并讨论了几何参数对结构拉伸性能的影响，最后将本文结构与传统手性结构进行性能比较，探讨了本文结构的变形机制。结果表明：该新型结构具有优秀的变形能力，其等效弹性模量可比原材料低5~6数量级，且具有低至−8.7的大等效负泊松比范围，接近传统手性结构等效泊松比范围的2倍。作为一种独特的新型拉胀结构，其高度可调的弹性模量和泊松比可用于开发缓冲装置、医用支架、变体机翼等，在船舶、医疗、航空航天等领域具有巨大的应用潜力。
提出了由半周期正弦梁组成的新型反四手性蜂窝结构。基于能量法对蜂窝结构面内拉伸弹性进行了理论分析，通过有限元仿真和实验测试对理论模型进行了验证，并讨论了几何参数对结构拉伸性能的影响，最后将本文结构与传统手性结构进行性能比较，探讨了本文结构的变形机制。结果表明：该新型结构具有优秀的变形能力，其等效弹性模量可比原材料低5~6数量级，且具有低至−8.7的大等效负泊松比范围，接近传统手性结构等效泊松比范围的2倍。作为一种独特的新型拉胀结构，其高度可调的弹性模量和泊松比可用于开发缓冲装置、医用支架、变体机翼等，在船舶、医疗、航空航天等领域具有巨大的应用潜力。
