2022年 第39卷 第1期
2022, 39(1): .
摘要:
2022, 39(1): 1-22.
doi: 10.13801/j.cnki.fhclxb.20210729.004
摘要:
柔性纳米复合材料，由于其优异的传感性能、良好的延展性，在压阻式应变传感器方面，受到研究者们不断的关注，主要应用于智能可穿戴，结构健康监测等领域。本文主要从结构设计、制备方法、应用前景三方面，综述了近年来国内外对复合材料压阻式应变传感器在材料选取及结构设计下传感器性能的研究成果及研究进展。首先分析了压阻式传感器的性能参数和传感机制，其次围绕材料优化选取-工艺选择与结构设计-性能与具体应用的主线，进行了深入的讨论与性能分析。由于复合材料传感器的微观导电网络结构与介观层状结构协同主导着传感性能的演变，采用有限元模拟理论与人工智能算法，对传感器的导电网络结构(形成、搭接、演化)、多尺度层状结构设计等方面进行了传感性能的调控与机制分析。最后本文探讨了柔性压阻式传感器的多功能化、信号鉴别与分离、高稳定性与低迟滞性等依然亟需突破与提升的问题，并同时总结了目前复合材料压阻式应变传感器研究工作中的重点及未来的发展方向。
柔性纳米复合材料，由于其优异的传感性能、良好的延展性，在压阻式应变传感器方面，受到研究者们不断的关注，主要应用于智能可穿戴，结构健康监测等领域。本文主要从结构设计、制备方法、应用前景三方面，综述了近年来国内外对复合材料压阻式应变传感器在材料选取及结构设计下传感器性能的研究成果及研究进展。首先分析了压阻式传感器的性能参数和传感机制，其次围绕材料优化选取-工艺选择与结构设计-性能与具体应用的主线，进行了深入的讨论与性能分析。由于复合材料传感器的微观导电网络结构与介观层状结构协同主导着传感性能的演变，采用有限元模拟理论与人工智能算法，对传感器的导电网络结构(形成、搭接、演化)、多尺度层状结构设计等方面进行了传感性能的调控与机制分析。最后本文探讨了柔性压阻式传感器的多功能化、信号鉴别与分离、高稳定性与低迟滞性等依然亟需突破与提升的问题，并同时总结了目前复合材料压阻式应变传感器研究工作中的重点及未来的发展方向。
2022, 39(1): 23-38.
doi: 10.13801/j.cnki.fhclxb.20210819.007
摘要:
结冰结霜给人们的生活带来诸多不便，大量结冰积冰会影响飞机的飞行安全、推迟火箭发射任务、引起电力网络故障、造成交通运输障碍，甚至引发重大的经济问题和人身安全问题。传统的防/除冰技术耗能大、效率低、易对环境造成污染。超疏水技术利用材料的本征属性，延缓结冰，显著降低冰与基底表面的黏附力，是极具发展前景的防/除冰技术。本文首先对固体表面润湿现象及结冰机制进行了介绍，指出超疏水防/除冰材料面临着低温高湿环境下憎水性丧失，耐久性较差，面向工程的大面积制备方法制约等问题。随后，对低温高湿环境用超疏水防/除冰材料、耐久性、制备方法、多功能复合超疏水防/除冰材料等方面的研究进展进行了综述和分析。最后，对超疏水防/除冰材料在实际工程中的应用进行归纳和总结。在此基础上，展望了超疏水防/除冰材料的研究前景和发展趋势。
结冰结霜给人们的生活带来诸多不便，大量结冰积冰会影响飞机的飞行安全、推迟火箭发射任务、引起电力网络故障、造成交通运输障碍，甚至引发重大的经济问题和人身安全问题。传统的防/除冰技术耗能大、效率低、易对环境造成污染。超疏水技术利用材料的本征属性，延缓结冰，显著降低冰与基底表面的黏附力，是极具发展前景的防/除冰技术。本文首先对固体表面润湿现象及结冰机制进行了介绍，指出超疏水防/除冰材料面临着低温高湿环境下憎水性丧失，耐久性较差，面向工程的大面积制备方法制约等问题。随后，对低温高湿环境用超疏水防/除冰材料、耐久性、制备方法、多功能复合超疏水防/除冰材料等方面的研究进展进行了综述和分析。最后，对超疏水防/除冰材料在实际工程中的应用进行归纳和总结。在此基础上，展望了超疏水防/除冰材料的研究前景和发展趋势。
2022, 39(1): 39-47.
doi: 10.13801/j.cnki.fhclxb.20210617.001
摘要:
纳米纤维素发光材料不仅具有发光基团特有的光物理或光化学性能，还具备纳米纤维素的可生物降解、生物相容、环境友好等特性，拓展了功能化纤维材料的应用领域。根据制备方法，纳米纤维素发光材料可分为三类：纳米纤维素/碳量子点复合发光材料、纤维素发光碳量子点和纳米纤维素/荧光染料复合发光材料。纳米纤维素发光材料具有独特的光学特性及结构特点，可制成膜、纸、水凝胶、气凝胶等，在离子检测、生物成像、光电应用等领域具有巨大的应用前景。本文介绍了发光材料的发光原理，概述了纳米纤维素发光材料的制备方法及相关应用，对纳米纤维素发光材料面临的挑战及发展趋势进行了总结和展望。
纳米纤维素发光材料不仅具有发光基团特有的光物理或光化学性能，还具备纳米纤维素的可生物降解、生物相容、环境友好等特性，拓展了功能化纤维材料的应用领域。根据制备方法，纳米纤维素发光材料可分为三类：纳米纤维素/碳量子点复合发光材料、纤维素发光碳量子点和纳米纤维素/荧光染料复合发光材料。纳米纤维素发光材料具有独特的光学特性及结构特点，可制成膜、纸、水凝胶、气凝胶等，在离子检测、生物成像、光电应用等领域具有巨大的应用前景。本文介绍了发光材料的发光原理，概述了纳米纤维素发光材料的制备方法及相关应用，对纳米纤维素发光材料面临的挑战及发展趋势进行了总结和展望。
2022, 39(1): 48-63.
doi: 10.13801/j.cnki.fhclxb.20210607.003
摘要:
碳点 (Carbon dots，CDs) 具有制备简单、来源广泛、毒性低和光学性能优异等特性，可作为发光材料应用于固态照明器件中。基于CDs荧光薄膜的制备及实现其白光发射的方式不同，使其白光荧光薄膜的性能各异。首先，介绍了CDs的光致发光机制；其次，根据CDs荧光薄膜的形成方式归纳为CDs/聚合物荧光薄膜和CDs自组装荧光薄膜两类，并介绍其制备方法；然后，根据荧光薄膜中所含荧光材料的种类，将实现荧光薄膜白光发射的方式概括为两种：混合多色荧光材料和使用单一白光CDs；最后，提出白光CDs及其荧光薄膜目前存在的问题，并展望其进一步的发展。
碳点 (Carbon dots，CDs) 具有制备简单、来源广泛、毒性低和光学性能优异等特性，可作为发光材料应用于固态照明器件中。基于CDs荧光薄膜的制备及实现其白光发射的方式不同，使其白光荧光薄膜的性能各异。首先，介绍了CDs的光致发光机制；其次，根据CDs荧光薄膜的形成方式归纳为CDs/聚合物荧光薄膜和CDs自组装荧光薄膜两类，并介绍其制备方法；然后，根据荧光薄膜中所含荧光材料的种类，将实现荧光薄膜白光发射的方式概括为两种：混合多色荧光材料和使用单一白光CDs；最后，提出白光CDs及其荧光薄膜目前存在的问题，并展望其进一步的发展。
2022, 39(1): 64-76.
doi: 10.13801/j.cnki.fhclxb.20210615.003
摘要:
优异性能的碳纤维增强聚合物基复合材料(CFRPs)在各领域的快速应用发展给复合材料废弃物的回收带来了挑战，尤其是碳纤维增强热固性复合材料。为有效回收碳纤维增强复合材料，促进复合材料产业的可持续发展，本文从多个角度对废弃CFRPs回收再利用研究现状进行综述，包括各回收工艺技术特点、应用领域及可降解树脂实现回收CFRPs的新策略。最后对CFRPs回收再利用技术的未来发展趋势进行了展望。
优异性能的碳纤维增强聚合物基复合材料(CFRPs)在各领域的快速应用发展给复合材料废弃物的回收带来了挑战，尤其是碳纤维增强热固性复合材料。为有效回收碳纤维增强复合材料，促进复合材料产业的可持续发展，本文从多个角度对废弃CFRPs回收再利用研究现状进行综述，包括各回收工艺技术特点、应用领域及可降解树脂实现回收CFRPs的新策略。最后对CFRPs回收再利用技术的未来发展趋势进行了展望。
2022, 39(1): 77-96.
doi: 10.13801/j.cnki.fhclxb.20210729.005
摘要:
形状记忆聚合物纤维及增强复合材料是从形状记忆聚合物中发展起来的一种新型智能材料。它除了具有质量轻便、价格低廉、变形能力优异、模量变化可逆、驱动方式多样、设计结构简单等优点，还具备弹性模量较高、回复应力较大等特点，有效地弥补了传统形状记忆聚合物的不足。首先概述了形状记忆聚合物纤维及纤维增强形状记忆聚合物复合材料的驱动方法，并总结了制备形状记忆聚合物纤维的纺丝方法，其次分析了形状记忆聚合物纤维及纤维增强形状记忆聚合物复合材料在多个领域的潜在应用，最后讨论了目前存在的问题并对未来的研究进行了展望。
形状记忆聚合物纤维及增强复合材料是从形状记忆聚合物中发展起来的一种新型智能材料。它除了具有质量轻便、价格低廉、变形能力优异、模量变化可逆、驱动方式多样、设计结构简单等优点，还具备弹性模量较高、回复应力较大等特点，有效地弥补了传统形状记忆聚合物的不足。首先概述了形状记忆聚合物纤维及纤维增强形状记忆聚合物复合材料的驱动方法，并总结了制备形状记忆聚合物纤维的纺丝方法，其次分析了形状记忆聚合物纤维及纤维增强形状记忆聚合物复合材料在多个领域的潜在应用，最后讨论了目前存在的问题并对未来的研究进行了展望。
2022, 39(1): 97-110.
doi: 10.13801/j.cnki.fhclxb.20210608.001
摘要:
层状富Ni正极材料具有高可逆容量、低自放电性能和低成本优势，被认为是最有潜力的Li+电池正极材料。然而，材料结构不稳定、容量衰退和安全性差等问题，阻碍了富Ni正极材料的实际应用。当Ni含量大于80%时，富镍正极易与空气中的水分和CO2反应，在材料表面生成Li2CO3、LiHCO3、LiOH等残Li化合物。残Li存在不仅导致材料不稳定和电化学性能衰退，还造成电池安全问题。本文首先综述了残Li化合物的形成机制及其危害，再探讨了水洗过程中的水洗温度、时间、干燥温度等因素对材料性能的影响，并阐述了水洗造成结构衰退和容量衰减的机制。此外，还论述了其他去除残Li化合物的方法，特别是无水洗表面包覆的方法在去除残Li化合物影响方面呈现出巨大应用潜力。
层状富Ni正极材料具有高可逆容量、低自放电性能和低成本优势，被认为是最有潜力的Li+电池正极材料。然而，材料结构不稳定、容量衰退和安全性差等问题，阻碍了富Ni正极材料的实际应用。当Ni含量大于80%时，富镍正极易与空气中的水分和CO2反应，在材料表面生成Li2CO3、LiHCO3、LiOH等残Li化合物。残Li存在不仅导致材料不稳定和电化学性能衰退，还造成电池安全问题。本文首先综述了残Li化合物的形成机制及其危害，再探讨了水洗过程中的水洗温度、时间、干燥温度等因素对材料性能的影响，并阐述了水洗造成结构衰退和容量衰减的机制。此外，还论述了其他去除残Li化合物的方法，特别是无水洗表面包覆的方法在去除残Li化合物影响方面呈现出巨大应用潜力。
2022, 39(1): 111-125.
doi: 10.13801/j.cnki.fhclxb.20210625.002
摘要:
在核能的开发利用中会产生大量放射性含铀废水，给生态安全和人类健康带来巨大威胁。与此同时，随着陆地铀的逐渐消耗，为保证长期充足的核燃料供应，开采海水铀势在必行。近年来，吸附法在废水铀治理及海水铀利用中备受关注。以环境友好、储量丰富、成本低廉的生物质材料加工制备性能优异、附加值高的吸附材料，是铀吸附的绿色、经济、可持续的发展策略。本文系统综述了生物质基复合材料在铀吸附应用领域的最新研究成果，详细介绍了铀吸附性能和铀吸附机制，最后对其应用前景和发展趋势进行了展望。
在核能的开发利用中会产生大量放射性含铀废水，给生态安全和人类健康带来巨大威胁。与此同时，随着陆地铀的逐渐消耗，为保证长期充足的核燃料供应，开采海水铀势在必行。近年来，吸附法在废水铀治理及海水铀利用中备受关注。以环境友好、储量丰富、成本低廉的生物质材料加工制备性能优异、附加值高的吸附材料，是铀吸附的绿色、经济、可持续的发展策略。本文系统综述了生物质基复合材料在铀吸附应用领域的最新研究成果，详细介绍了铀吸附性能和铀吸附机制，最后对其应用前景和发展趋势进行了展望。
2022, 39(1): 126-133.
doi: 10.13801/j.cnki.fhclxb.20210316.002
摘要:
采用溶胶-凝胶法(Sol-gel)分别制备Al2O3和SiO2，同时以KH560为架桥剂制得SiO2包覆Al2O3(KH560-Al2O3@SiO2)的增强体。以双马来酰亚胺树脂和酚醛环氧树脂(MBMI-EPN)为基体、4’4-二氨基二苯甲烷(DDM)为固化剂，采用原位聚合法制备了KH560-Al2O3@SiO2/MBMI-EPN复合材料；表征KH560-Al2O3@SiO2的微观结构及该增强体对复合材料性能的影响。结果表明：Al2O3@SiO2粒子微观结构清晰，核壳结构完整，内核为短纤维状Al2O3，外壳为无定形SiO2，二者通过化学键方式相连；Al2O3@SiO2表面成功接枝上KH560基团，粒子堆积现象减弱。KH560-Al2O3@SiO2/MBMI-EPN复合材料的微观形貌显示：KH560-Al2O3@SiO2在MBMI-EPN基体中形成多相结构、分散性较好、界面作用稳定且断面形貌呈鱼鳞状，并未发现Al2O3@SiO2粒子团聚体，整体结构完整。当KH560-Al2O3@SiO2含量为1.5wt%时，复合材料的弯曲强度与冲击强度分别为126 MPa和14.7 kJ/m2，比树脂基体分别提高了21.2%和27.8%；材料的热分解温度为392.3℃，比树脂基体提高了14.5℃，力学性能和耐热性得到明显改善。
采用溶胶-凝胶法(Sol-gel)分别制备Al2O3和SiO2，同时以KH560为架桥剂制得SiO2包覆Al2O3(KH560-Al2O3@SiO2)的增强体。以双马来酰亚胺树脂和酚醛环氧树脂(MBMI-EPN)为基体、4’4-二氨基二苯甲烷(DDM)为固化剂，采用原位聚合法制备了KH560-Al2O3@SiO2/MBMI-EPN复合材料；表征KH560-Al2O3@SiO2的微观结构及该增强体对复合材料性能的影响。结果表明：Al2O3@SiO2粒子微观结构清晰，核壳结构完整，内核为短纤维状Al2O3，外壳为无定形SiO2，二者通过化学键方式相连；Al2O3@SiO2表面成功接枝上KH560基团，粒子堆积现象减弱。KH560-Al2O3@SiO2/MBMI-EPN复合材料的微观形貌显示：KH560-Al2O3@SiO2在MBMI-EPN基体中形成多相结构、分散性较好、界面作用稳定且断面形貌呈鱼鳞状，并未发现Al2O3@SiO2粒子团聚体，整体结构完整。当KH560-Al2O3@SiO2含量为1.5wt%时，复合材料的弯曲强度与冲击强度分别为126 MPa和14.7 kJ/m2，比树脂基体分别提高了21.2%和27.8%；材料的热分解温度为392.3℃，比树脂基体提高了14.5℃，力学性能和耐热性得到明显改善。
2022, 39(1): 147-157.
doi: 10.13801/j.cnki.fhclxb.20210426.002
摘要:
采用紫外皮秒激光( λ=355 nm)、绿光皮秒激光( λ=532 nm)和红外皮秒激光( λ=1064 nm)的三波长皮秒脉冲固体激光器，对1 mm厚芳纶纤维增强树脂基复合材料(Aramid fiber reinforced polymer，AFRP)进行单次扫描切割实验，用光学显微镜(OM)和SEM测量了上切缝宽度、切缝深度和上表面热影响区宽度，并计算了切缝锥度，分析了激光波长、功率及扫描速度等参数对切口形貌和切缝质量的影响。结果表明：相比于红外激光和绿光激光切割AFRP，紫外激光的切割效率更高，切割质量更好；上切缝宽度、切缝深度和上表面热影响区宽度随着激光功率的增大而增大，随着激光扫描速度的增大而减小；切缝锥度随着激光功率的增大而减小，随着激光扫描速度的增大而增大；适当降低激光扫描速度，有利于提高切缝深宽比。
采用紫外皮秒激光( λ=355 nm)、绿光皮秒激光( λ=532 nm)和红外皮秒激光( λ=1064 nm)的三波长皮秒脉冲固体激光器，对1 mm厚芳纶纤维增强树脂基复合材料(Aramid fiber reinforced polymer，AFRP)进行单次扫描切割实验，用光学显微镜(OM)和SEM测量了上切缝宽度、切缝深度和上表面热影响区宽度，并计算了切缝锥度，分析了激光波长、功率及扫描速度等参数对切口形貌和切缝质量的影响。结果表明：相比于红外激光和绿光激光切割AFRP，紫外激光的切割效率更高，切割质量更好；上切缝宽度、切缝深度和上表面热影响区宽度随着激光功率的增大而增大，随着激光扫描速度的增大而减小；切缝锥度随着激光功率的增大而减小，随着激光扫描速度的增大而增大；适当降低激光扫描速度，有利于提高切缝深宽比。
2022, 39(1): 158-168.
doi: 10.13801/j.cnki.fhclxb.20210311.003
摘要:
在制备铁镍合金(FeNi50)/聚乳酸(PLA)复合线材的基础上，利用熔融沉积成形(FDM)制备出FeNi50/PLA复合材料。采用SEM、振动样品磁强计、矢量网络分析仪和万能试验机研究了FeNi50对复合材料微观形貌、磁性、电磁性能和力学性能的影响，并讨论了其反射损耗。研究发现，复合材料的饱和磁化强度和电磁性能随着FeNi50含量的增加而增加，使其反射损耗得到改善并向低频偏移。采用两步混合工艺使FeNi50颗粒相对均匀地分布在聚乳酸基体中，形成了类似海岛状的结构。这种结构阻止了FeNi50团聚并隔离了涡流，从而改善了吸波性能；得益于上述分散结构，球形颗粒分布在裂纹扩展方向上，吸收了断裂能量，使复合材料的断裂延伸率相比纯PLA提高了31.7%。表明这种基于FDM的FeNi50/PLA复合材料在吸波和承载方面具有较好的应用潜力。
在制备铁镍合金(FeNi50)/聚乳酸(PLA)复合线材的基础上，利用熔融沉积成形(FDM)制备出FeNi50/PLA复合材料。采用SEM、振动样品磁强计、矢量网络分析仪和万能试验机研究了FeNi50对复合材料微观形貌、磁性、电磁性能和力学性能的影响，并讨论了其反射损耗。研究发现，复合材料的饱和磁化强度和电磁性能随着FeNi50含量的增加而增加，使其反射损耗得到改善并向低频偏移。采用两步混合工艺使FeNi50颗粒相对均匀地分布在聚乳酸基体中，形成了类似海岛状的结构。这种结构阻止了FeNi50团聚并隔离了涡流，从而改善了吸波性能；得益于上述分散结构，球形颗粒分布在裂纹扩展方向上，吸收了断裂能量，使复合材料的断裂延伸率相比纯PLA提高了31.7%。表明这种基于FDM的FeNi50/PLA复合材料在吸波和承载方面具有较好的应用潜力。
2022, 39(1): 169-181.
doi: 10.13801/j.cnki.fhclxb.20210330.003
摘要:
以十六烷基三甲溴化铵(CTAB)为模板剂，制备介孔纳米SiO2，以其为载体搭载α-生育酚形成抗氧活性组装体(简称组装体)。以组装体为抗氧活性因子，以低密度聚乙烯(LDPE)为基材，引入线性低密度聚乙烯(LLDPE)、聚烯烃类热塑性弹性体(POE)进行共混改性，并以挤出流延法制备系列控释型抗氧活性膜。通过TEM、XRD、氮气吸附脱附、TGA、力学性能测试和释放性能测试等，研究了LLDPE、POE、α-生育酚、组装体四种添加物对活性膜力学、控释等性能的影响，并研究添加物间协同作用。结果表明，引入添加物令活性膜热加工、力学、控释性能显著提升：α-生育酚搭载于组装体后热分解温度提升70%，利于活性膜热加工；各添加物皆不同程度提升薄膜力学性能，其中，POE及组装体的组合添加具有协同增强作用，薄膜拉伸强度提升率为其他样品2.5倍以上；活性膜控释性能显著，组装体令α-生育酚扩散系数下降45%~47%，薄膜结晶度与α-生育酚释放速率呈负相关，利于活性膜释放调控。所制备活性膜可用于软塑活性包装释放调控，且力学、热加工等性能优于改性前，在功能性活性包装材料领域具有广阔的应用前景。
以十六烷基三甲溴化铵(CTAB)为模板剂，制备介孔纳米SiO2，以其为载体搭载α-生育酚形成抗氧活性组装体(简称组装体)。以组装体为抗氧活性因子，以低密度聚乙烯(LDPE)为基材，引入线性低密度聚乙烯(LLDPE)、聚烯烃类热塑性弹性体(POE)进行共混改性，并以挤出流延法制备系列控释型抗氧活性膜。通过TEM、XRD、氮气吸附脱附、TGA、力学性能测试和释放性能测试等，研究了LLDPE、POE、α-生育酚、组装体四种添加物对活性膜力学、控释等性能的影响，并研究添加物间协同作用。结果表明，引入添加物令活性膜热加工、力学、控释性能显著提升：α-生育酚搭载于组装体后热分解温度提升70%，利于活性膜热加工；各添加物皆不同程度提升薄膜力学性能，其中，POE及组装体的组合添加具有协同增强作用，薄膜拉伸强度提升率为其他样品2.5倍以上；活性膜控释性能显著，组装体令α-生育酚扩散系数下降45%~47%，薄膜结晶度与α-生育酚释放速率呈负相关，利于活性膜释放调控。所制备活性膜可用于软塑活性包装释放调控，且力学、热加工等性能优于改性前，在功能性活性包装材料领域具有广阔的应用前景。
2022, 39(1): 182-192.
doi: 10.13801/j.cnki.fhclxb.20210312.006
摘要:
本文采用微胶囊法制备了具有多层次结构的碳纳米管包裹聚磷酸铵(APP@CNT)阻燃剂，在此基础上与Mg(OH)2复配，采用纳米复合技术制备了火安全的电线电缆用阻燃乙烯-醋酸乙烯酯共聚物(EVA)复合材料(APP@CNT/EVA-Mg(OH)2)。采用SEM、TGA、极限氧指数(LOI)、垂直燃烧(UL-94)、微型锥形量热仪(MCC)，电子万能拉伸机和高阻计对阻燃EVA复合材料的结构与性能进行系统研究。结果表明，APP@CNT/EVA-Mg(OH)2的残炭率从2.4%上升至43.9%，氧指数高达38%，垂直燃烧达到UL-94 V-0级，热释放峰值(PHRR)比纯EVA下降了57.85%，总热释放(THR)下降了57.80%，屈服强度提高了408%，复合材料体积电阻率仍高达3.9×1015 Ω·cm。以上数据表明多层次结构APP@CNT协同Mg(OH)2阻燃EVA复合材料(APP@CNT/EVA-Mg(OH)2)具有良好的火安全性能。
本文采用微胶囊法制备了具有多层次结构的碳纳米管包裹聚磷酸铵(APP@CNT)阻燃剂，在此基础上与Mg(OH)2复配，采用纳米复合技术制备了火安全的电线电缆用阻燃乙烯-醋酸乙烯酯共聚物(EVA)复合材料(APP@CNT/EVA-Mg(OH)2)。采用SEM、TGA、极限氧指数(LOI)、垂直燃烧(UL-94)、微型锥形量热仪(MCC)，电子万能拉伸机和高阻计对阻燃EVA复合材料的结构与性能进行系统研究。结果表明，APP@CNT/EVA-Mg(OH)2的残炭率从2.4%上升至43.9%，氧指数高达38%，垂直燃烧达到UL-94 V-0级，热释放峰值(PHRR)比纯EVA下降了57.85%，总热释放(THR)下降了57.80%，屈服强度提高了408%，复合材料体积电阻率仍高达3.9×1015 Ω·cm。以上数据表明多层次结构APP@CNT协同Mg(OH)2阻燃EVA复合材料(APP@CNT/EVA-Mg(OH)2)具有良好的火安全性能。
2022, 39(1): 137-149.
doi: 10.13801/j.cnki.fhclxb.20210407.001
摘要:
碳纤维增强树脂基复合材料(CFRP)因其低密度、高比强度等特点，在航空航天领域得到了广泛的应用，但其导电性和层间韧性的不足降低了CFRP作为飞机结构件的使用安全性。为了改善CFRP弱的导电性和层间断裂韧性，本文采用溶液浇铸法制备了多壁碳纳米管(MWCNTs)和石墨烯纳米片(GNPs)掺杂聚醚砜(PES)的导电热塑性薄膜(CTFs)。然后将CTFs交错放入碳纤维/环氧树脂(CF/EP)预浸料中制得复合材料层压板，并对其导电性和层间断裂韧性进行了探究。结果表明，相较于对照样品(CS)，在横向(Y)和厚度(Z)方向，层压板的电导率分别提高了474%和554%。采用双悬臂梁(DCB)和端口弯曲(ENF)法评估了Mode I和Mode II层间断裂韧性，当插入的CTF中纳米填料质量比为CNT∶GNP=2∶1时，复合材料层压板的Mode I层间断裂韧性(GIC)和断裂阻抗(GIR)分别提高了441%和165%，此外，纳米填料质量比CNT∶GNP=8∶1时，Mode II层间断裂韧性(GIIC)提高了79%。最后通过SEM观察了复合材料的微观结构形貌，并分析了复合材料的失效机制。
碳纤维增强树脂基复合材料(CFRP)因其低密度、高比强度等特点，在航空航天领域得到了广泛的应用，但其导电性和层间韧性的不足降低了CFRP作为飞机结构件的使用安全性。为了改善CFRP弱的导电性和层间断裂韧性，本文采用溶液浇铸法制备了多壁碳纳米管(MWCNTs)和石墨烯纳米片(GNPs)掺杂聚醚砜(PES)的导电热塑性薄膜(CTFs)。然后将CTFs交错放入碳纤维/环氧树脂(CF/EP)预浸料中制得复合材料层压板，并对其导电性和层间断裂韧性进行了探究。结果表明，相较于对照样品(CS)，在横向(Y)和厚度(Z)方向，层压板的电导率分别提高了474%和554%。采用双悬臂梁(DCB)和端口弯曲(ENF)法评估了Mode I和Mode II层间断裂韧性，当插入的CTF中纳米填料质量比为CNT∶GNP=2∶1时，复合材料层压板的Mode I层间断裂韧性(GIC)和断裂阻抗(GIR)分别提高了441%和165%，此外，纳米填料质量比CNT∶GNP=8∶1时，Mode II层间断裂韧性(GIIC)提高了79%。最后通过SEM观察了复合材料的微观结构形貌，并分析了复合材料的失效机制。
2022, 39(1): 193-202.
doi: 10.13801/j.cnki.fhclxb.20210517.001
摘要:
随着全球经济的快速发展、化石燃料的枯竭及环境污染等问题的加剧，社会对新型的电化学储能技术的需求日趋迫切。近年来，超级电容器由于其高的功率密度、长的循环寿命、宽的工作温度、优异的稳定性等优势引起了广泛关注。但由于传统的电容器器件大而重、制造过程繁复、且大多数不能够降解，已经不能满足社会的可持续发展需要，因此制备一种新型柔性、环保的超级电容器迫在眉睫。本工作报道了以聚乳酸(PLA)薄膜为基底，在PLA表面原位化学聚合生长聚苯胺(PANI) 制备聚苯胺-聚乳酸(PANI-PLA)可降解柔性超级电容器电极。采用SEM、FTIR、UV-Vis对电极进行形貌及结构的表征；继而对其电化学性能进行测试。测试结果显示，在三电极体系下，PANI-PLA的最大面积比电容可达到5.00 mF·cm −2(@0.10 mA·cm −2)。在二电极体系下以聚乙烯醇/硫酸(PVA/H 2SO 4)作为凝胶电解质时，PANI-PLA//PANI-PLA对称固态超级电容器面积比电容为0.20 mF·cm −2，功率密度为3.60 μW·cm −2，对应的能量密度为0.02 μW·h·cm −2(@0.004 mA·cm −2)；聚苯胺-不锈钢(PANI-SS)//PANI-PLA不对称固态超级电容器面积比电容为23.33 mF·cm −2，功率密度为30.09 μW·cm −2，对应的能量密度为1.17 μW·h·cm −2(@0.05 mA·cm −2)。
随着全球经济的快速发展、化石燃料的枯竭及环境污染等问题的加剧，社会对新型的电化学储能技术的需求日趋迫切。近年来，超级电容器由于其高的功率密度、长的循环寿命、宽的工作温度、优异的稳定性等优势引起了广泛关注。但由于传统的电容器器件大而重、制造过程繁复、且大多数不能够降解，已经不能满足社会的可持续发展需要，因此制备一种新型柔性、环保的超级电容器迫在眉睫。本工作报道了以聚乳酸(PLA)薄膜为基底，在PLA表面原位化学聚合生长聚苯胺(PANI) 制备聚苯胺-聚乳酸(PANI-PLA)可降解柔性超级电容器电极。采用SEM、FTIR、UV-Vis对电极进行形貌及结构的表征；继而对其电化学性能进行测试。测试结果显示，在三电极体系下，PANI-PLA的最大面积比电容可达到5.00 mF·cm −2(@0.10 mA·cm −2)。在二电极体系下以聚乙烯醇/硫酸(PVA/H 2SO 4)作为凝胶电解质时，PANI-PLA//PANI-PLA对称固态超级电容器面积比电容为0.20 mF·cm −2，功率密度为3.60 μW·cm −2，对应的能量密度为0.02 μW·h·cm −2(@0.004 mA·cm −2)；聚苯胺-不锈钢(PANI-SS)//PANI-PLA不对称固态超级电容器面积比电容为23.33 mF·cm −2，功率密度为30.09 μW·cm −2，对应的能量密度为1.17 μW·h·cm −2(@0.05 mA·cm −2)。
2022, 39(1): 203-212.
doi: 10.13801/j.cnki.fhclxb.20210330.004
摘要:
将BiMn共掺Pd的合金纳米粒子成功地修饰到三维棱锥柱状的还原氧化石墨烯(rGO)/金属有机骨架(MOFs)-74-Co上，得到一种新型复合电催化剂PdBiMn@rGO/MOF-74-Co，其中Pd-Bi-Mn的平均粒径约7.8 nm，MOF-74-Co为多孔的面心六角单元结构。该PdBiMn@rGO/MOF-74-Co催化剂在碱性条件下电催化氧化乙二醇(EG)表现出最高的催化活性和耐久性。优异的电催化性能主要归结于Pd-Bi-Mn纳米合金的形成，其具有强的协同效应和较多的反应活性中心，有利于含氧物种的吸附，使其抗毒性和稳定性显著增强；同时载体rGO/MOF-74-Co独特的微结构使催化剂具有优异的电子传递性能和多孔特性。此外，对EG的电催化氧化机制给出了详细分析。这种新型复合材料的设计和杰出的催化性能为直接醇类燃料电池(DAFCs)的开发和应用提供了重要参考。
将BiMn共掺Pd的合金纳米粒子成功地修饰到三维棱锥柱状的还原氧化石墨烯(rGO)/金属有机骨架(MOFs)-74-Co上，得到一种新型复合电催化剂PdBiMn@rGO/MOF-74-Co，其中Pd-Bi-Mn的平均粒径约7.8 nm，MOF-74-Co为多孔的面心六角单元结构。该PdBiMn@rGO/MOF-74-Co催化剂在碱性条件下电催化氧化乙二醇(EG)表现出最高的催化活性和耐久性。优异的电催化性能主要归结于Pd-Bi-Mn纳米合金的形成，其具有强的协同效应和较多的反应活性中心，有利于含氧物种的吸附，使其抗毒性和稳定性显著增强；同时载体rGO/MOF-74-Co独特的微结构使催化剂具有优异的电子传递性能和多孔特性。此外，对EG的电催化氧化机制给出了详细分析。这种新型复合材料的设计和杰出的催化性能为直接醇类燃料电池(DAFCs)的开发和应用提供了重要参考。
2022, 39(1): 213-221.
doi: 10.13801/j.cnki.fhclxb.20210320.002
摘要:
以多级孔钛硅分子筛(HTS-1)为复合相、泡沫镍(NF)为基体，采用化学复合镀和原位处理工艺制备了镍-磷-钛硅分子筛(Ni-P-HTS-1/NF-T)复合材料，并对其电催化析氧反应(OER)性能进行研究。结果表明，Ni-P-HTS-1/NF-T复合材料在1 mol/L的KOH电解液中具有较快的OER动力学及电子转移速率，优异的OER性能及长期运行稳定性。HTS-1分子筛的掺杂及原位处理工艺降低了Ni-P-HTS-1/NF-T复合材料的电子转移电阻，增大其电催化活性表面积，此外还改变了复合材料的化学组成，生成了能为电催化析氧反应提供催化活性中心的镍的磷化物和氢氧化物，从而有效提升了Ni-P-HTS-1/NF-T复合材料的OER性能。
以多级孔钛硅分子筛(HTS-1)为复合相、泡沫镍(NF)为基体，采用化学复合镀和原位处理工艺制备了镍-磷-钛硅分子筛(Ni-P-HTS-1/NF-T)复合材料，并对其电催化析氧反应(OER)性能进行研究。结果表明，Ni-P-HTS-1/NF-T复合材料在1 mol/L的KOH电解液中具有较快的OER动力学及电子转移速率，优异的OER性能及长期运行稳定性。HTS-1分子筛的掺杂及原位处理工艺降低了Ni-P-HTS-1/NF-T复合材料的电子转移电阻，增大其电催化活性表面积，此外还改变了复合材料的化学组成，生成了能为电催化析氧反应提供催化活性中心的镍的磷化物和氢氧化物，从而有效提升了Ni-P-HTS-1/NF-T复合材料的OER性能。
2022, 39(1): 222-231.
doi: 10.13801/j.cnki.fhclxb.20210320.001
摘要:
以卷烟废弃烟末为原材料，对其进行碳化处理后再引入氨基功能团制备氨化烟末生物碳吸附剂(NH 2/TPB)，研究pH、投加量、温度、吸附时间对NH 2/TPB吸附Cr(Ⅵ)的影响。通过扫描电镜(SEM)、傅里叶红外光谱(FTIR)、X射线光电子能谱(XPS)等技术进行机制分析。结果表明：初始浓度为210 mg/L、pH=4、投加量为0.8 g/L、温度为45℃、吸附时间为120 min时，NH 2/TPB对Cr(Ⅵ)的最大吸附量为103.627 mg/g。吸附过程符合准二级动力学模型和Langmuir吸附等温模型。Cr(Ⅵ)吸附去除机制主要包括静电相互作用、还原反应以及与—NH 2、—OH、—COOH的配位络合，与Si—O—Si的“π-π”相互作用。通过5次吸附-解吸试验发现，Cr(Ⅵ)去除率在82.88%以上。研究表明氨化烟末生物碳具备处理与修复酸性含Cr(Ⅵ)废水污染的潜力。
以卷烟废弃烟末为原材料，对其进行碳化处理后再引入氨基功能团制备氨化烟末生物碳吸附剂(NH 2/TPB)，研究pH、投加量、温度、吸附时间对NH 2/TPB吸附Cr(Ⅵ)的影响。通过扫描电镜(SEM)、傅里叶红外光谱(FTIR)、X射线光电子能谱(XPS)等技术进行机制分析。结果表明：初始浓度为210 mg/L、pH=4、投加量为0.8 g/L、温度为45℃、吸附时间为120 min时，NH 2/TPB对Cr(Ⅵ)的最大吸附量为103.627 mg/g。吸附过程符合准二级动力学模型和Langmuir吸附等温模型。Cr(Ⅵ)吸附去除机制主要包括静电相互作用、还原反应以及与—NH 2、—OH、—COOH的配位络合，与Si—O—Si的“π-π”相互作用。通过5次吸附-解吸试验发现，Cr(Ⅵ)去除率在82.88%以上。研究表明氨化烟末生物碳具备处理与修复酸性含Cr(Ⅵ)废水污染的潜力。
2022, 39(1): 232-241.
doi: 10.13801/j.cnki.fhclxb.20210507.002
摘要:
采用原位生长法，室温下将TiO2和MIL-100(Fe)负载在锦纶(PA)上，制备了TiO2/MIL-100(Fe)/PA复合材料。采用FTIR、SEM、EDS、XRD、TG等表征手段，证明TiO2/MIL-100(Fe)成功负载到PA上。探讨了光源、H2O2、染料结构、NaCl、pH值对TiO2/MIL-100(Fe)/PA复合材料脱色效果的影响。结果表明：在黑暗条件下，复合材料对活性黑KN-B染料有吸附脱色的效果。在模拟太阳光下加入H2O2，复合材料对不同的活性染料脱色率不同，对活性黑KN-B脱色率最高，活性艳红M-3BE次之，对活性艳蓝KN-R脱色率最差。染液中加入NaCl都会降低染料的脱色率，但影响不大。染液的pH值增加，染料的脱色率下降。
采用原位生长法，室温下将TiO2和MIL-100(Fe)负载在锦纶(PA)上，制备了TiO2/MIL-100(Fe)/PA复合材料。采用FTIR、SEM、EDS、XRD、TG等表征手段，证明TiO2/MIL-100(Fe)成功负载到PA上。探讨了光源、H2O2、染料结构、NaCl、pH值对TiO2/MIL-100(Fe)/PA复合材料脱色效果的影响。结果表明：在黑暗条件下，复合材料对活性黑KN-B染料有吸附脱色的效果。在模拟太阳光下加入H2O2，复合材料对不同的活性染料脱色率不同，对活性黑KN-B脱色率最高，活性艳红M-3BE次之，对活性艳蓝KN-R脱色率最差。染液中加入NaCl都会降低染料的脱色率，但影响不大。染液的pH值增加，染料的脱色率下降。
2022, 39(1): 242-249.
doi: 10.13801/j.cnki.fhclxb.20210313.001
摘要:
采用一种简便的方法制备出了单相α-MnO2和膨胀石墨(EG)/MnO2复合物。实验结果表明EG/MnO2复合物有着比单相α-MnO2更高的比电容和更加优异的倍率性能。随后采用XRD、TG、EIS、BET等手段对复合材料中EG的作用机制进行了研究，结果发现在EG/MnO2复合物中出现了δ相MnO2 (δ-MnO2为层状结构，相较于α-MnO2更加有利于离子的扩散和传输)，δ-MnO2大约占复合物总质量的30wt%，EG占3.4wt%。EG/MnO2复合物的电荷转移电阻显著低于单相α-MnO2。EG/MnO2的比表面积为38.7 m2·g−1，而单相α-MnO2的比表面积只有21.6 m2·g−1，更大的比表面积使材料与电解液接触更为充分，从而降低了电荷转移电阻。综上，复合材料中EG的作用机制是通过自身的层状结构诱导了MnO2在其上沉积形成了层状的δ-MnO2，同时抑制了MnO2颗粒的生长，增加了颗粒与电解液的接触面积，降低了电荷转移电阻，从而增大了比电容，也提高了其倍率性能。
采用一种简便的方法制备出了单相α-MnO2和膨胀石墨(EG)/MnO2复合物。实验结果表明EG/MnO2复合物有着比单相α-MnO2更高的比电容和更加优异的倍率性能。随后采用XRD、TG、EIS、BET等手段对复合材料中EG的作用机制进行了研究，结果发现在EG/MnO2复合物中出现了δ相MnO2 (δ-MnO2为层状结构，相较于α-MnO2更加有利于离子的扩散和传输)，δ-MnO2大约占复合物总质量的30wt%，EG占3.4wt%。EG/MnO2复合物的电荷转移电阻显著低于单相α-MnO2。EG/MnO2的比表面积为38.7 m2·g−1，而单相α-MnO2的比表面积只有21.6 m2·g−1，更大的比表面积使材料与电解液接触更为充分，从而降低了电荷转移电阻。综上，复合材料中EG的作用机制是通过自身的层状结构诱导了MnO2在其上沉积形成了层状的δ-MnO2，同时抑制了MnO2颗粒的生长，增加了颗粒与电解液的接触面积，降低了电荷转移电阻，从而增大了比电容，也提高了其倍率性能。
2022, 39(1): 250-257.
doi: 10.13801/j.cnki.fhclxb.20210518.005
摘要:
本研究基于动态亚胺键合成了一种具有自修复性能的氧化海藻酸钠-羧甲基壳聚糖水凝胶(OSA-CMCS)。通过海藻酸钠的糖醛酸，合成了OSA，并通过与CMCS的席夫碱反应制备了具有不同交联度的自修复OSA-CMCS水凝胶，研究了OSA-CMCS水凝胶的微观形态、黏弹性能、溶胀性能、自修复性能、酶促降解性能和体外药物释放性能。结果表明，随着OSA与CMCS配比的增加，水凝胶的交联度逐渐增加，溶胀比逐渐减小。OSA-CMCS水凝胶具有高度孔隙化且孔隙之间相互连通的结构特点，孔径大小在20~100 μm范围内。室温条件下，OSA-CMCS水凝胶在无外界刺激时6 h能够实现自修复。OSA-CMCS水凝胶具有可降解性，并随着交联度的增大，降解速度减慢。OSA-CMCS水凝胶对水溶性药物吉西他滨具有缓释作用，药物释放时间可达4天。
本研究基于动态亚胺键合成了一种具有自修复性能的氧化海藻酸钠-羧甲基壳聚糖水凝胶(OSA-CMCS)。通过海藻酸钠的糖醛酸，合成了OSA，并通过与CMCS的席夫碱反应制备了具有不同交联度的自修复OSA-CMCS水凝胶，研究了OSA-CMCS水凝胶的微观形态、黏弹性能、溶胀性能、自修复性能、酶促降解性能和体外药物释放性能。结果表明，随着OSA与CMCS配比的增加，水凝胶的交联度逐渐增加，溶胀比逐渐减小。OSA-CMCS水凝胶具有高度孔隙化且孔隙之间相互连通的结构特点，孔径大小在20~100 μm范围内。室温条件下，OSA-CMCS水凝胶在无外界刺激时6 h能够实现自修复。OSA-CMCS水凝胶具有可降解性，并随着交联度的增大，降解速度减慢。OSA-CMCS水凝胶对水溶性药物吉西他滨具有缓释作用，药物释放时间可达4天。
2022, 39(1): 258-265.
doi: 10.13801/j.cnki.fhclxb.20210330.002
摘要:
生物支架的降解直接影响其结构、功能及所装载细胞的存活率。以海藻酸钠为原料，氯化钙为交联剂，制备海藻酸钙水凝胶生物支架；通过交联剂溶剂中异丙醇(IPA)与去离子水(DW)比例的变化，获得不同极性条件的同轴反应流界面，从而影响海藻酸钙凝胶的凝胶单元聚集形态，考察界面极性对其降解进程的调控能力。结果表明，随着交联剂中IPA比例的增加，溶剂极性指数由9.0渐变至3.9；随着界面极性的减弱，所制备纤维的微观凝胶单元，越呈现有序性；有序而密实的凝胶单元形态减缓海藻酸盐纤维的降解速率，第5天DW基纤维支架的质量损失率为91.16%，而IPA纤维支架为73.86%；凝胶单元越致密，溶胀度越低，而溶胀平衡对降解进程有迟滞作用。
生物支架的降解直接影响其结构、功能及所装载细胞的存活率。以海藻酸钠为原料，氯化钙为交联剂，制备海藻酸钙水凝胶生物支架；通过交联剂溶剂中异丙醇(IPA)与去离子水(DW)比例的变化，获得不同极性条件的同轴反应流界面，从而影响海藻酸钙凝胶的凝胶单元聚集形态，考察界面极性对其降解进程的调控能力。结果表明，随着交联剂中IPA比例的增加，溶剂极性指数由9.0渐变至3.9；随着界面极性的减弱，所制备纤维的微观凝胶单元，越呈现有序性；有序而密实的凝胶单元形态减缓海藻酸盐纤维的降解速率，第5天DW基纤维支架的质量损失率为91.16%，而IPA纤维支架为73.86%；凝胶单元越致密，溶胀度越低，而溶胀平衡对降解进程有迟滞作用。
2022, 39(1): 266-274.
doi: 10.13801/j.cnki.fhclxb.20210302.008
摘要:
为减少泊洛沙姆水凝胶的溶胶-凝胶转变温度对浓度的依赖性，以泊洛沙姆(P407)为基材，将己酰化乙二醇壳聚糖(HGC)与泊洛沙姆复合，制备了己酰化乙二醇壳聚糖/泊洛沙姆(HGC/P407)复合水凝胶，利用FTIR、SEM及试管反转法探讨了HGC/P407复合水凝胶的性能，并利用紫外-可见分光光度计(UV-vis)对HGC/P407复合水凝胶的体外药物缓释性能进行表征。结果表明，通过控制HGC的加入量，基于3%泊洛沙姆的HGC/P407复合水凝胶即可发生溶胶-凝胶转变现象，并使HGC/P407复合水凝胶的溶胶-凝胶转变温度处于32~37℃。HGC/P407复合水凝胶具有高度孔隙率，孔隙之间相互连通，孔径大小处于10~90 µm的范围之内。HGC/P407复合水凝胶对抗癌药物吉西他滨的释药量达到82.4%~90.6%，缓释时间可达80 h左右。HGC/P407复合水凝胶在可注射药物载体领域具有重要的应用前景。
为减少泊洛沙姆水凝胶的溶胶-凝胶转变温度对浓度的依赖性，以泊洛沙姆(P407)为基材，将己酰化乙二醇壳聚糖(HGC)与泊洛沙姆复合，制备了己酰化乙二醇壳聚糖/泊洛沙姆(HGC/P407)复合水凝胶，利用FTIR、SEM及试管反转法探讨了HGC/P407复合水凝胶的性能，并利用紫外-可见分光光度计(UV-vis)对HGC/P407复合水凝胶的体外药物缓释性能进行表征。结果表明，通过控制HGC的加入量，基于3%泊洛沙姆的HGC/P407复合水凝胶即可发生溶胶-凝胶转变现象，并使HGC/P407复合水凝胶的溶胶-凝胶转变温度处于32~37℃。HGC/P407复合水凝胶具有高度孔隙率，孔隙之间相互连通，孔径大小处于10~90 µm的范围之内。HGC/P407复合水凝胶对抗癌药物吉西他滨的释药量达到82.4%~90.6%，缓释时间可达80 h左右。HGC/P407复合水凝胶在可注射药物载体领域具有重要的应用前景。
2022, 39(1): 275-284.
doi: 10.13801/j.cnki.fhclxb.20210325.001
摘要:
在常规条件、电磁模拟微重力场、脉冲电流场和“电磁模拟微重力+脉冲电流”复合场四种外场条件下制备出SiCp含量5wt%的SiCp/AZ91D镁基复合材料，分析测试结果表明：在常规条件下，样品晶粒粗大，β-Mg17Al12相呈现出无规律的网格状结构，新生相Mg2Si以颗粒状的初生相和树枝状的共晶相存在；在电磁模拟微重力场条件下，β-Mg17Al12相细化为零散分布的短棒状和颗粒状，Mg2Si全部转化为花纹状的共晶相；在脉冲电流场条件下，β-Mg17Al12相呈现出规律分布的矩形网格状，Mg2Si以方向性明显的树枝状共晶相存在；“电磁模拟微重力+脉冲电流”复合场则兼具前述两种外场的优点，样品中的晶粒明显细化，β-Mg17Al12相呈现为颗粒状、短棒状和矩形网格状，Mg2Si转变为花纹状和树枝状的共晶组织贯穿组织晶粒，相比常规条件下的样品，其显微硬度提高了25.1%，摩擦性能提高了31%。
在常规条件、电磁模拟微重力场、脉冲电流场和“电磁模拟微重力+脉冲电流”复合场四种外场条件下制备出SiCp含量5wt%的SiCp/AZ91D镁基复合材料，分析测试结果表明：在常规条件下，样品晶粒粗大，β-Mg17Al12相呈现出无规律的网格状结构，新生相Mg2Si以颗粒状的初生相和树枝状的共晶相存在；在电磁模拟微重力场条件下，β-Mg17Al12相细化为零散分布的短棒状和颗粒状，Mg2Si全部转化为花纹状的共晶相；在脉冲电流场条件下，β-Mg17Al12相呈现出规律分布的矩形网格状，Mg2Si以方向性明显的树枝状共晶相存在；“电磁模拟微重力+脉冲电流”复合场则兼具前述两种外场的优点，样品中的晶粒明显细化，β-Mg17Al12相呈现为颗粒状、短棒状和矩形网格状，Mg2Si转变为花纹状和树枝状的共晶组织贯穿组织晶粒，相比常规条件下的样品，其显微硬度提高了25.1%，摩擦性能提高了31%。
2022, 39(1): 285-291.
doi: 10.13801/j.cnki.fhclxb.20210310.003
摘要:
以烧结板状刚玉和电熔镁铝尖晶石为原料、磷酸为结合剂，在1680℃下制备了刚玉-镁铝尖晶石复合耐火材料样品。在1500℃、0. 2 MPa的条件下保温50 h测试试样高温蠕变性能，采用 XRD、SEM和EDS分析蠕变前后试样的物相组成及显微结构，分析镁铝尖晶石添加量对刚玉-镁铝尖晶石复合耐火材料高温蠕变性能的影响。结果表明：刚玉-镁铝尖晶石复相材料较纯刚玉材料有着更好的抗蠕变性。镁铝尖晶石骨料在蠕变过程中会与氧化铝基质之间发生固溶反应而在尖晶石颗粒周围形成二次尖晶石层，有效连接了基质与骨料，提高了试样的抗蠕变性。在二次尖晶石层形成的过程中由于Mg2+有着更高的迁移速率和在反应界面两侧较高的厚度比，会诱发柯肯达尔效应，导致界面处空位大量积累和孔隙的产生。
以烧结板状刚玉和电熔镁铝尖晶石为原料、磷酸为结合剂，在1680℃下制备了刚玉-镁铝尖晶石复合耐火材料样品。在1500℃、0. 2 MPa的条件下保温50 h测试试样高温蠕变性能，采用 XRD、SEM和EDS分析蠕变前后试样的物相组成及显微结构，分析镁铝尖晶石添加量对刚玉-镁铝尖晶石复合耐火材料高温蠕变性能的影响。结果表明：刚玉-镁铝尖晶石复相材料较纯刚玉材料有着更好的抗蠕变性。镁铝尖晶石骨料在蠕变过程中会与氧化铝基质之间发生固溶反应而在尖晶石颗粒周围形成二次尖晶石层，有效连接了基质与骨料，提高了试样的抗蠕变性。在二次尖晶石层形成的过程中由于Mg2+有着更高的迁移速率和在反应界面两侧较高的厚度比，会诱发柯肯达尔效应，导致界面处空位大量积累和孔隙的产生。
2022, 39(1): 292-301.
doi: 10.13801/j.cnki.fhclxb.20210409.001
摘要:
为了实现金刚石表面金属化，提出了一种旋转摩擦挤压加温法在人造单晶金刚石表面制备Ti涂层。利用SEM和XRD，分析了Ti涂层内表面的微观形貌和界面间的物相组成，并采用能谱仪进行了元素分析，研究了扩散退火温度和保温时间对Ti涂层内表面物相组成的影响，并分析了金刚石/Ti涂层的界面形成机制。研究结果表明：经过旋转摩擦挤压涂覆，在金刚石表面形成了均匀、致密的Ti涂层。经过600℃保温0.5 h的扩散退火，Ti涂层内表面生成了点状的TiC晶粒，实现了金刚石与Ti涂层的化学结合。随着扩散退火温度的升高与保温时间的延长，TiC晶粒形貌由点状生长为棒状，界面TiC含量随扩散退火温度提高而增加。旋转摩擦挤压加温法在金刚石表面形成Ti涂层可分为五个阶段，即旋转摩擦挤压初始阶段、初级扩散阶段、二级扩散阶段、TiC成核阶段和TiC生长阶段。
为了实现金刚石表面金属化，提出了一种旋转摩擦挤压加温法在人造单晶金刚石表面制备Ti涂层。利用SEM和XRD，分析了Ti涂层内表面的微观形貌和界面间的物相组成，并采用能谱仪进行了元素分析，研究了扩散退火温度和保温时间对Ti涂层内表面物相组成的影响，并分析了金刚石/Ti涂层的界面形成机制。研究结果表明：经过旋转摩擦挤压涂覆，在金刚石表面形成了均匀、致密的Ti涂层。经过600℃保温0.5 h的扩散退火，Ti涂层内表面生成了点状的TiC晶粒，实现了金刚石与Ti涂层的化学结合。随着扩散退火温度的升高与保温时间的延长，TiC晶粒形貌由点状生长为棒状，界面TiC含量随扩散退火温度提高而增加。旋转摩擦挤压加温法在金刚石表面形成Ti涂层可分为五个阶段，即旋转摩擦挤压初始阶段、初级扩散阶段、二级扩散阶段、TiC成核阶段和TiC生长阶段。
2022, 39(1): 302-312.
doi: 10.13801/j.cnki.fhclxb.20210311.001
摘要:
当前水泥基材料热电效应主要通过掺入大量功能填料来增强。但掺量过高的功能填料提高了水泥基复合材料的成本，劣化了其力学性能，阻碍其大范围的应用。本研究发现，由于孔隙溶液中存在大量自由移动的离子，不掺任何功能填料的水泥净浆表现出显著的离子热电效应。本研究通过对比水泥净浆干燥前后的热电压，研究了水泥基材料的离子热电效应，并通过离子浸出与饱和碱溶液实验对水泥净浆的离子热电效应机制进行了探究。结果表明，由于孔隙溶液中OH−的热扩散，干燥前水泥净浆表现出显著的n-type离子热电效应。离子浸出过程中OH−浓度的降低导致水泥净浆的离子热电特性由n-type转变为p-type。饱和碱溶液后，在OH−浓度较大时，阳离子种类亦会对离子热电特性产生显著影响。此外，未添加功能性填料的水泥净浆的Seebeck系数可达1.133 mV·℃−1，功率因数(PF)可达0.042 μW·m−1·℃−2，高于文献中一些功能性填料掺量达5%的水泥基复合材料，具有显著的热电转换效率。
当前水泥基材料热电效应主要通过掺入大量功能填料来增强。但掺量过高的功能填料提高了水泥基复合材料的成本，劣化了其力学性能，阻碍其大范围的应用。本研究发现，由于孔隙溶液中存在大量自由移动的离子，不掺任何功能填料的水泥净浆表现出显著的离子热电效应。本研究通过对比水泥净浆干燥前后的热电压，研究了水泥基材料的离子热电效应，并通过离子浸出与饱和碱溶液实验对水泥净浆的离子热电效应机制进行了探究。结果表明，由于孔隙溶液中OH−的热扩散，干燥前水泥净浆表现出显著的n-type离子热电效应。离子浸出过程中OH−浓度的降低导致水泥净浆的离子热电特性由n-type转变为p-type。饱和碱溶液后，在OH−浓度较大时，阳离子种类亦会对离子热电特性产生显著影响。此外，未添加功能性填料的水泥净浆的Seebeck系数可达1.133 mV·℃−1，功率因数(PF)可达0.042 μW·m−1·℃−2，高于文献中一些功能性填料掺量达5%的水泥基复合材料，具有显著的热电转换效率。
2022, 39(1): 313-321.
doi: 10.13801/j.cnki.fhclxb.20210331.001
摘要:
为了探索三维石墨烯-碳纳米管(G-CNTs)/水泥净浆的压敏性能，采用四电极法研究了荷载作用下G-CNTs/水泥净浆的电阻率变化，并分析不同G-CNTs掺量、加载幅度、加载速度以及恒定荷载对电阻率变化的影响。研究表明：随着G-CNTs掺量的增加，电阻率呈先减小后稳定的变化趋势，在G-CNTs掺量由0.2wt%增加至1.6wt%时，电阻率下降51.8%；电阻率与温度呈负相关；G-CNTs掺量高于0.8wt%时可以显著提高水泥净浆的压敏性能，且电阻率变化率与应力应变有明显的对应关系，1.2wt%G-CNTs掺量下试件的应力灵敏系数和应变灵敏系数分别为2.3%/MPa和291；G-CNTs/水泥净浆电阻率变化率幅值随着加载幅度增大而相应增加，其电阻率变化率曲线在不同加载速度以及恒定荷载作用下均与应力-应变曲线一一对应，具有良好的压敏特性。
为了探索三维石墨烯-碳纳米管(G-CNTs)/水泥净浆的压敏性能，采用四电极法研究了荷载作用下G-CNTs/水泥净浆的电阻率变化，并分析不同G-CNTs掺量、加载幅度、加载速度以及恒定荷载对电阻率变化的影响。研究表明：随着G-CNTs掺量的增加，电阻率呈先减小后稳定的变化趋势，在G-CNTs掺量由0.2wt%增加至1.6wt%时，电阻率下降51.8%；电阻率与温度呈负相关；G-CNTs掺量高于0.8wt%时可以显著提高水泥净浆的压敏性能，且电阻率变化率与应力应变有明显的对应关系，1.2wt%G-CNTs掺量下试件的应力灵敏系数和应变灵敏系数分别为2.3%/MPa和291；G-CNTs/水泥净浆电阻率变化率幅值随着加载幅度增大而相应增加，其电阻率变化率曲线在不同加载速度以及恒定荷载作用下均与应力-应变曲线一一对应，具有良好的压敏特性。
2022, 39(1): 322-334.
doi: 10.13801/j.cnki.fhclxb.20210306.002
摘要:
为了研究经纬向纤维体积分数对耐碱玻璃纤维织物增强混凝土(ARG-TRC)拉伸力学性能的影响，通过万能试验机对不同经向纤维体积分数(0.24vol%、0.49vol%、0.73vol%和1.09vol%)和纬向纤维体积分数(0vol%、0.20vol%、0.48vol%和0.96vol%)的试件进行准静态拉伸试验，并结合数字图像相关分析得到拉伸状态下裂纹与应变分布。结果表明：ARG-TRC的拉伸力学性能和破坏形态主要取决于经向纤维体积分数，而纬向纤维体积分数对其影响不大；随着经向纤维体积分数的增加，极限强度、峰值应变和韧性明显增大，裂纹条数明显增加。对拉伸应力-应变曲线化进行三线性拟合，得到简化模型并与ACK模型进行对比。基于现有的裂纹间距计算模型和试验数据，修正了裂纹间距计算公式，其结果与文献数据吻合较好。该成果将有助于织物增强混凝土(TRC)中纤维织物的优化配置，提高纤维织物的利用率，对TRC的性能设计具有指导意义。
为了研究经纬向纤维体积分数对耐碱玻璃纤维织物增强混凝土(ARG-TRC)拉伸力学性能的影响，通过万能试验机对不同经向纤维体积分数(0.24vol%、0.49vol%、0.73vol%和1.09vol%)和纬向纤维体积分数(0vol%、0.20vol%、0.48vol%和0.96vol%)的试件进行准静态拉伸试验，并结合数字图像相关分析得到拉伸状态下裂纹与应变分布。结果表明：ARG-TRC的拉伸力学性能和破坏形态主要取决于经向纤维体积分数，而纬向纤维体积分数对其影响不大；随着经向纤维体积分数的增加，极限强度、峰值应变和韧性明显增大，裂纹条数明显增加。对拉伸应力-应变曲线化进行三线性拟合，得到简化模型并与ACK模型进行对比。基于现有的裂纹间距计算模型和试验数据，修正了裂纹间距计算公式，其结果与文献数据吻合较好。该成果将有助于织物增强混凝土(TRC)中纤维织物的优化配置，提高纤维织物的利用率，对TRC的性能设计具有指导意义。
2022, 39(1): 335-343.
doi: 10.13801/j.cnki.fhclxb.20210419.003
摘要:
分析了长江下游航道超细疏浚砂的理化性质，并以超细疏浚砂为原料，设计了5种不同疏浚砂掺量的碱激发矿渣混凝土(AASC)配合比，研究了其流动性、抗压强度、劈拉强度和吸水率的变化。通过SEM、XRD和压汞(MIP)技术，分析了AASC的物相组成和微观结构。研究表明：长江下游航道的超细疏浚砂颗粒细度模数在0.1~0.5之间。随着超细疏浚砂掺量的提升，试件的抗压强度和劈拉强度呈先上升后降低的趋势，而其流动性持续下降。在疏浚砂掺量(疏浚砂与细骨料的质量比)为50%时，AASC具有较好的力学性能和工作性能。试件的吸水率、密度测试以及SEM和MIP观察表明，适当掺入疏浚砂能够增加混凝土密实度，改善混凝土界面过渡区的结构，但过量疏浚砂导致混凝土流动性降低，且混凝土内的多害孔隙增加。
分析了长江下游航道超细疏浚砂的理化性质，并以超细疏浚砂为原料，设计了5种不同疏浚砂掺量的碱激发矿渣混凝土(AASC)配合比，研究了其流动性、抗压强度、劈拉强度和吸水率的变化。通过SEM、XRD和压汞(MIP)技术，分析了AASC的物相组成和微观结构。研究表明：长江下游航道的超细疏浚砂颗粒细度模数在0.1~0.5之间。随着超细疏浚砂掺量的提升，试件的抗压强度和劈拉强度呈先上升后降低的趋势，而其流动性持续下降。在疏浚砂掺量(疏浚砂与细骨料的质量比)为50%时，AASC具有较好的力学性能和工作性能。试件的吸水率、密度测试以及SEM和MIP观察表明，适当掺入疏浚砂能够增加混凝土密实度，改善混凝土界面过渡区的结构，但过量疏浚砂导致混凝土流动性降低，且混凝土内的多害孔隙增加。
2022, 39(1): 344-360.
doi: 10.13801/j.cnki.fhclxb.20210323.003
摘要:
为解决海洋工程中钢筋耐久性不足以及海上建筑材料短缺问题，提出了一种新型玻璃纤维增强树脂复合材料(GFRP)筋珊瑚海洋混凝土柱。对28个海洋潮汐区混凝土柱试件进行轴压静力加载试验，观察了受力破坏过程，获取了荷载-位移全过程曲线和特征点应力应变数据，分析了试件的受压破损机制及各参数对轴压力学性能的影响规律，并探讨了潮汐区该类新型构件的承载力计算方法。结果表明：GFRP筋珊瑚海洋混凝土柱的轴压破坏表现为表面裂缝宽而疏，粗骨料断裂，保护层混凝土被分割成条带状；与配钢筋试件相比，GFRP筋试件的承载力降低了38%，特征点应变也更小；在GFRP筋试件中，增大纵筋或螺旋箍筋配筋率并不能显著提高其承载能力，但可提高其变形性能；在270天范围内的短期潮汐环境下，试件的承载力先降低后升高，轴压延性呈波动变化趋势且变化幅值为25%。最后，拟合并引入材料性能变化参数得出潮汐区GFRP筋珊瑚海洋混凝土柱承载力计算公式。
为解决海洋工程中钢筋耐久性不足以及海上建筑材料短缺问题，提出了一种新型玻璃纤维增强树脂复合材料(GFRP)筋珊瑚海洋混凝土柱。对28个海洋潮汐区混凝土柱试件进行轴压静力加载试验，观察了受力破坏过程，获取了荷载-位移全过程曲线和特征点应力应变数据，分析了试件的受压破损机制及各参数对轴压力学性能的影响规律，并探讨了潮汐区该类新型构件的承载力计算方法。结果表明：GFRP筋珊瑚海洋混凝土柱的轴压破坏表现为表面裂缝宽而疏，粗骨料断裂，保护层混凝土被分割成条带状；与配钢筋试件相比，GFRP筋试件的承载力降低了38%，特征点应变也更小；在GFRP筋试件中，增大纵筋或螺旋箍筋配筋率并不能显著提高其承载能力，但可提高其变形性能；在270天范围内的短期潮汐环境下，试件的承载力先降低后升高，轴压延性呈波动变化趋势且变化幅值为25%。最后，拟合并引入材料性能变化参数得出潮汐区GFRP筋珊瑚海洋混凝土柱承载力计算公式。
2022, 39(1): 361-370.
doi: 10.13801/j.cnki.fhclxb.20210328.002
摘要:
水泥砂浆在浇筑、养护和受荷载后易出现缺陷，会显著改变其热传导性能。将水泥砂浆中缺陷分为孔洞和裂隙两种基本类型，基于细观力学理论中的相互作用直推(IDD)估计法，建立了孔洞和裂隙单独存在或同时存在时干燥水泥砂浆等效导热系数预测模型；基于数值模拟结果反推法，提出裂隙随机分布影响函数，改进了IDD模型预测精度；与数值模拟结果进行对比验证其合理性。结果表明，推导出的预测模型充分体现了孔洞、裂隙不同含量及特征对水泥砂浆等效导热系数的影响，预测精度高；提出的裂隙随机分布影响函数具有较高精度和良好适用性；在缺陷率一定的情况下，孔洞对水泥砂浆等效导热系数的影响比裂隙更显著。该预测模型物理基础明确，形式简单，便于工程应用。
水泥砂浆在浇筑、养护和受荷载后易出现缺陷，会显著改变其热传导性能。将水泥砂浆中缺陷分为孔洞和裂隙两种基本类型，基于细观力学理论中的相互作用直推(IDD)估计法，建立了孔洞和裂隙单独存在或同时存在时干燥水泥砂浆等效导热系数预测模型；基于数值模拟结果反推法，提出裂隙随机分布影响函数，改进了IDD模型预测精度；与数值模拟结果进行对比验证其合理性。结果表明，推导出的预测模型充分体现了孔洞、裂隙不同含量及特征对水泥砂浆等效导热系数的影响，预测精度高；提出的裂隙随机分布影响函数具有较高精度和良好适用性；在缺陷率一定的情况下，孔洞对水泥砂浆等效导热系数的影响比裂隙更显著。该预测模型物理基础明确，形式简单，便于工程应用。
2022, 39(1): 371-380.
doi: 10.13801/j.cnki.fhclxb.20210324.001
摘要:
为研究玄武岩纤维增强树脂基复合材料(Basalt fiber reinforced polymer，BFRP)筋的低速冲击性能，通过落锤冲击试验测试了不同预拉力比值(2%、10%、20%和30%)和不同能量(12.76~31.90 J)作用下BFRP筋的低速冲击响应，同时测试了未完全断裂试件的残余拉伸承载力。结果表明：BFRP筋的损伤破坏模式包括冲击面树脂破碎、部分纤维断裂和BFRP筋完全断裂。在冲击能量为19.14 J，预拉力从2%增大到10%和20%时，BFRP筋的破坏模式从冲击面树脂破碎转变为部分纤维断裂。施加预拉力提高了BFRP筋断裂时的耗能，但对峰值荷载影响较小。BFRP筋未完全断裂时，试件的残余变形、耗能和冲击时间与预拉力呈负相关；当BFRP筋完全断裂时，冲击后试样的残余变形随预拉力的增大而减小，耗能和冲击时间先增大后减小。BFRP筋的残余拉伸承载力随冲击能量的增大而减小。研究发现BFRP筋的残余拉伸承载力和试件耗能/总冲击能量(耗能比)都能较好地评估BFRP筋的损伤程度。本研究成果可以为预应力BFRP筋抗冲击设计提供重要参考。
为研究玄武岩纤维增强树脂基复合材料(Basalt fiber reinforced polymer，BFRP)筋的低速冲击性能，通过落锤冲击试验测试了不同预拉力比值(2%、10%、20%和30%)和不同能量(12.76~31.90 J)作用下BFRP筋的低速冲击响应，同时测试了未完全断裂试件的残余拉伸承载力。结果表明：BFRP筋的损伤破坏模式包括冲击面树脂破碎、部分纤维断裂和BFRP筋完全断裂。在冲击能量为19.14 J，预拉力从2%增大到10%和20%时，BFRP筋的破坏模式从冲击面树脂破碎转变为部分纤维断裂。施加预拉力提高了BFRP筋断裂时的耗能，但对峰值荷载影响较小。BFRP筋未完全断裂时，试件的残余变形、耗能和冲击时间与预拉力呈负相关；当BFRP筋完全断裂时，冲击后试样的残余变形随预拉力的增大而减小，耗能和冲击时间先增大后减小。BFRP筋的残余拉伸承载力随冲击能量的增大而减小。研究发现BFRP筋的残余拉伸承载力和试件耗能/总冲击能量(耗能比)都能较好地评估BFRP筋的损伤程度。本研究成果可以为预应力BFRP筋抗冲击设计提供重要参考。
2022, 39(1): 381-389.
doi: 10.13801/j.cnki.fhclxb.20210311.002
摘要:
针对传统复合材料夹芯结构抗冲击性能差的缺陷，提出一种格栅-蜂窝混式芯体，并对其低速冲击性能进行了研究。采用半球头式落锤冲击实验平台对碳纤维铝蜂窝夹芯结构的低速冲击响应进行研究；其次基于蜂窝非线性本构与完美界面假设，建立了碳纤维铝蜂窝夹芯板低速冲击仿真模型，实验与仿真结果吻合良好；最后对不同冲击位置和冲击角度下格栅-蜂窝混式芯体夹芯板的破坏模态及力学响应进行研究。结果表明：不同冲击位置及不同角度冲击下结构损伤模态及吸能模式存在巨大差异；格栅-蜂窝混式芯体可以显著提高结构的抗低速冲击性能，对于冲击损伤具有良好的限制作用。
针对传统复合材料夹芯结构抗冲击性能差的缺陷，提出一种格栅-蜂窝混式芯体，并对其低速冲击性能进行了研究。采用半球头式落锤冲击实验平台对碳纤维铝蜂窝夹芯结构的低速冲击响应进行研究；其次基于蜂窝非线性本构与完美界面假设，建立了碳纤维铝蜂窝夹芯板低速冲击仿真模型，实验与仿真结果吻合良好；最后对不同冲击位置和冲击角度下格栅-蜂窝混式芯体夹芯板的破坏模态及力学响应进行研究。结果表明：不同冲击位置及不同角度冲击下结构损伤模态及吸能模式存在巨大差异；格栅-蜂窝混式芯体可以显著提高结构的抗低速冲击性能，对于冲击损伤具有良好的限制作用。
2022, 39(1): 390-398.
doi: 10.13801/j.cnki.fhclxb.20210323.002
摘要:
采用碳纤维增强树脂复合材料(CFRP)对悬架控制臂进行轻量化设计，为了充分发挥CFRP优异的力学性能，对CFRP控制臂进行多目标铺层优化。基于CFRP力学性能试验结果构建控制臂有限元模型，并通过有限元仿真对比分析钢质控制臂和CFRP控制臂结构性能。综合考虑质量、模态频率、刚度和强度等性能，基于正交试验设计方法，并结合灰色关联分析和主成分分析，对CFRP控制臂铺层参数进行多目标优化，确定最优铺层方案。结果表明，相比于原钢质控制臂，除纵向刚度略有下降外，CFRP控制臂其余结构性能指标均有所改善，并且质量降低40.23%，减重效果显著。
采用碳纤维增强树脂复合材料(CFRP)对悬架控制臂进行轻量化设计，为了充分发挥CFRP优异的力学性能，对CFRP控制臂进行多目标铺层优化。基于CFRP力学性能试验结果构建控制臂有限元模型，并通过有限元仿真对比分析钢质控制臂和CFRP控制臂结构性能。综合考虑质量、模态频率、刚度和强度等性能，基于正交试验设计方法，并结合灰色关联分析和主成分分析，对CFRP控制臂铺层参数进行多目标优化，确定最优铺层方案。结果表明，相比于原钢质控制臂，除纵向刚度略有下降外，CFRP控制臂其余结构性能指标均有所改善，并且质量降低40.23%，减重效果显著。
2022, 39(1): 399-411.
doi: 10.13801/j.cnki.fhclxb.20210309.003
摘要:
提供了一种分析全复合材料格栅/波纹夹芯板屈曲特性的解析模型。将格栅、波纹芯子视为连续性单层，基于精确板理论推导了全复合材料波纹/格栅夹芯板的内力-应变关系；在考虑复合材料芯子壁板各向异性和横向剪切变形的基础上，基于均质化理论分别推导了复合材料正交格栅和梯形波纹芯子的等效弹性常数；利用最小势能原理得到了全复合材料格栅/波纹夹芯板屈曲平衡微分方程，求解了3种边界条件下的屈曲临界载荷，解析计算的结果与有限元仿真结果进行对比的误差在5%以内，验证了解析模型的正确性和有效性。基于验证过的模型对比分析了铺层角度、铺层数等铺层参数以及芯子高度、波纹倾角和格栅间距等结构参数对全复合材料格栅/波纹夹芯板屈曲临界载荷、比屈曲临界载荷的影响规律，为该类型结构的屈曲特性分析和优化设计提供理论指导。
提供了一种分析全复合材料格栅/波纹夹芯板屈曲特性的解析模型。将格栅、波纹芯子视为连续性单层，基于精确板理论推导了全复合材料波纹/格栅夹芯板的内力-应变关系；在考虑复合材料芯子壁板各向异性和横向剪切变形的基础上，基于均质化理论分别推导了复合材料正交格栅和梯形波纹芯子的等效弹性常数；利用最小势能原理得到了全复合材料格栅/波纹夹芯板屈曲平衡微分方程，求解了3种边界条件下的屈曲临界载荷，解析计算的结果与有限元仿真结果进行对比的误差在5%以内，验证了解析模型的正确性和有效性。基于验证过的模型对比分析了铺层角度、铺层数等铺层参数以及芯子高度、波纹倾角和格栅间距等结构参数对全复合材料格栅/波纹夹芯板屈曲临界载荷、比屈曲临界载荷的影响规律，为该类型结构的屈曲特性分析和优化设计提供理论指导。
2022, 39(1): 412-423.
doi: 10.13801/j.cnki.fhclxb.20210310.004
摘要:
考虑复合材料层合板中每层体积分数空间不确定性的影响，采用指数型自相关函数模拟每层体积分数同空间位置的依赖关系，结合伽辽金-里兹正交多项式逼近和K-L展开方法，研究了体积分数随机场的自相关长度特征对材料属性随机场离散精度的影响；进而通过体积分数随机场作用下复合材料层合板的随机有限元模型，研究了T300碳纤维/QY8911环氧树脂复合材料垂尾蒙皮结构的固有频率均值、标准差和变异系数与层合板层数之间的关系，基于Monte-Carlo模拟方法验证了采用本文方法开展复合材料层合板固有振动特性分析的有效性。数值结果表明：复合材料层合板结构固有频率的变异系数随铺层数减少而增大，层数越少，纤维体积分数的不确定性对固有振动特性分散性的影响越大。
考虑复合材料层合板中每层体积分数空间不确定性的影响，采用指数型自相关函数模拟每层体积分数同空间位置的依赖关系，结合伽辽金-里兹正交多项式逼近和K-L展开方法，研究了体积分数随机场的自相关长度特征对材料属性随机场离散精度的影响；进而通过体积分数随机场作用下复合材料层合板的随机有限元模型，研究了T300碳纤维/QY8911环氧树脂复合材料垂尾蒙皮结构的固有频率均值、标准差和变异系数与层合板层数之间的关系，基于Monte-Carlo模拟方法验证了采用本文方法开展复合材料层合板固有振动特性分析的有效性。数值结果表明：复合材料层合板结构固有频率的变异系数随铺层数减少而增大，层数越少，纤维体积分数的不确定性对固有振动特性分散性的影响越大。
2022, 39(1): 424-430.
doi: 10.13801/j.cnki.fhclxb.20210301.003
摘要:
基于新修正偶应力理论，提出复合材料增强型Reddy层合板热尺度效应模型。该模型只含有一个材料长度参数\begin{document}$\ell $\end{document} ![]()
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基于新修正偶应力理论，提出复合材料增强型Reddy层合板热尺度效应模型。该模型只含有一个材料长度参数
