Ti_3(Ge_(1-x)Si_x)C_2固溶体力学和热力学性能的第一性原理研究

采用基于密度泛函理论(DFT)的第一性原理平面波超软赝势方法,系统研究了Ti_3(Ge_(1-x)Si_x)C_2(x=0, 0.5, 1)固溶体的晶体结构、弹性性质以及热力学性能.研究结果表明,Ti_3(Ge_(1-x)Si_x)C_2体系均具有力学和热力学稳定结构,并且为脆性材料;Ti_3(Ge_(1-x)Si_x)C_2固溶体的力学性能随Si含量的增加而提高;Ti_3(Ge_(1-x)Si_x)C_2固溶体在室温下具有稳定的晶格结构和较高的晶格热导率,有望用于一些需要良好散热性能电子元器件的封装材料.     

热膨胀系数和磁性可调的Mn_(0.983)CoGe/环氧树脂复合材料北大核心CSCD

为解决环氧树脂(Epoxy)热膨胀系数较大、热导率较低的问题,我们通过固相反应法制备了巨负膨胀材料Mn_(0.983)CoGe,并将不同体积分数的Mn_(0.983)CoGe粉末(平均颗粒直径~10μm)均匀分散至Epoxy中,制备成Mn_(0.983)CoGe/Epoxy复合材料.研究结果表明仅需加入体积分数为22.5vol.%的Mn_(0.983)CoGe,复合材料即在267 K^320K的温度区间内呈现近零的热膨胀系数.并且,Mn_(0.983)CoGe/Epoxy复合材料的热导率也随着Mn_(0.983)CoGe填充量的增加而显著提升.例如当复合材料中Mn_(0.983)CoGe填充量为30vol.%时,其150K处的热导率提升近3倍.此外,我们还发现,在与Epoxy复合之后,由于受到Epoxy基体产生的应力的影响,Mn_(0.983)CoGe磁结构相变温区展宽,同时六角相到正交相的转化率也显著降低.     

热膨胀系数和磁性可调的Mn_(0.983)CoGe/环氧树脂复合材料

为解决环氧树脂(Epoxy)热膨胀系数较大、热导率较低的问题,我们通过固相反应法制备了巨负膨胀材料Mn_(0.983)CoGe,并将不同体积分数的Mn_(0.983)CoGe粉末(平均颗粒直径~10μm)均匀分散至Epoxy中,制备成Mn_(0.983)CoGe/Epoxy复合材料.研究结果表明仅需加入体积分数为22.5vol.%的Mn_(0.983)CoGe,复合材料即在267 K~320K的温度区间内呈现近零的热膨胀系数.并且,Mn_(0.983)CoGe/Epoxy复合材料的热导率也随着Mn_(0.983)CoGe填充量的增加而显著提升.例如当复合材料中Mn_(0.983)CoGe填充量为30vol.%时,其150K处的热导率提升近3倍.此外,我们还发现,在与Epoxy复合之后,由于受到Epoxy基体产生的应力的影响,Mn_(0.983)CoGe磁结构相变温区展宽,同时六角相到正交相的转化率也显著降低.     

氢氧化铝/环氧树脂复合材料的电荷衰减特性

环氧树脂电气绝缘性能优良, 但是其在脉冲功率设备中充当绝缘子时, 表面容易带电且不易衰减, 当表面电荷集聚到一定的程度会造成局部放电甚至发展为沿面闪络。为了提高环氧树脂的沿面闪络性能, 用中心粒径为1 m的氢氧化铝(ATH)无机填料来改善环氧树脂复合材料的表面性能。分别制备了ATH填料质量分数为0%(纯环氧) , 20%, 40%, 60%, 80%和100%的ATH/环氧树脂复合材料试样。用电声脉冲法研究了ATH填料对环氧树脂复合材料电荷衰减性能的影响, 对比了试样直流极化场强为10 kV/mm和30 kV/mm的试验结果。结果表明：ATH/环氧树脂复合材料电荷的衰减常数不仅与填料的质量分数有关, 而且与试样的带电量有关。     

Ti_3(Sn_xAl_(1-x))C_2固溶体电学、力学和热学性能的理论研究

本文采用基于密度泛函理论的第一性原理平面波超软赝势方法对Ti_3(Sn_xAl_(1-x))C_2(x=0,0.25,0.5,0.75,1)固溶体的晶格结构、结构稳定性、电子结构、力学和热学性质进行了系统的理论研究.研究结果表明:Ti_3(Sn_xAl_(1-x))C_2固溶体具有金属性,都是热力学和力学稳定的脆性材料;Sn原子掺杂能在一定程度上提高材料的力学性能,当Sn原子掺杂浓度为0.75时有最大的体积模量,而掺杂浓度为0.5时有最大剪切模量.此外,Ti_3(Sn_xAl_(1-x))C_2固溶体都具有较高的熔点和德拜温度,其中Ti_3AlC_2,Ti3(Sn_(0.25)Al_(0.75))C_2和Ti3(Sn_(0.5)Al_(0.5))C_2在室温下的晶格热导率均能达到40 W/(m·K)以上,是良好的导热性材料.     

氢氧化铝/环氧树脂复合材料的电荷衰减特性北大核心CSCD

环氧树脂电气绝缘性能优良,但是其在脉冲功率设备中充当绝缘子时,表面容易带电且不易衰减,当表面电荷集聚到一定的程度会造成局部放电甚至发展为沿面闪络。为了提高环氧树脂的沿面闪络性能,用中心粒径为1μm的氢氧化铝(ATH)无机填料来改善环氧树脂复合材料的表面性能。分别制备了ATH填料质量分数为0%(纯环氧),20%,40%,60%,80%和100%的ATH/环氧树脂复合材料试样。用电声脉冲法研究了ATH填料对环氧树脂复合材料电荷衰减性能的影响,对比了试样直流极化场强为10kV/mm和30kV/mm的试验结果。结果表明:ATH/环氧树脂复合材料电荷的衰减常数不仅与填料的质量分数有关,而且与试样的带电量有关。     

High repetition rate passively Q-switched laser on Nd:SRA at 1049 nm with MXene Ti_3C_2T_x

A new disordered crystal Nd:SrAl_(12)O_(19)(Nd:SRA) with an Nd~(3+)doping concentration of 5% was successfully grown using the Czochralski method.A diode-pumped Nd:SRA Q-switched laser operating at 1049 nm was demonstrated for the first time,to the best of our knowledge.Based on an MXene Ti_3C_2T_x sheet,a high repetition rate of 201 kHz and a Q-switched pulse width of 346 ns were obtained when the absorbed pump power was 2.8 W.The peak power and single pulse energy were 1.87 W and 0.65 μJ,respectively.     

石墨烯制备方法及粒径对复合材料热导率的影响

石墨烯是由碳原子构成的单原子厚度的二维层状材料,具有许多优异的性能,是当前国内外研究热点之一,受到物理、化学、材料、电子、能源、生物和信息技术等领域的广泛关注。石墨烯是目前所测得导热系数最高的材料,在强化传热领域具有潜在的应用价值。较为系统地研究了石墨烯的制备方法及石墨的粒径对环氧树脂复合材料热导率的影响。实验发现,所采用的三种插层剂(硫酸、十四烷基胺及FeCl3)中,添加量较少时(如体积分数为1%),十四烷基胺插层法最为有效。而添加量较高时,硫酸插层制备的石墨烯纳米片效果最佳。制备石墨烯纳米片所采用的石墨粒径较大时,石墨烯/环氧树脂(Epoxy)复合材料的热导率越高。通过优化石墨烯的制备方法,石墨烯纳米片在体积分数为3.9%时,其热导率可达0.94 W·m~(-1)·K~(-1)),比基体材料提高了2.6倍。     

各向异性堆叠结构环氧树脂复合材料的热防护性能

基于导热-隔热原理,通过在环氧树脂(Epon)中添加质量分数为5%,15%,25%的六方氮化硼(h-BN)作为填料制备环氧基散热层,质量分数为1%的膨胀蛭石(E-ver)作为填料制备环氧基隔热层,设计了宏观交替堆叠的环氧复合材料,并进行了热防护性能的研究。研究结果表明：具有各向异性结构的复合材料,顶部中心温度较传统材料的温度下降13～16 ℃,热延迟时间大大提升,并随着h-BN含量的增加,热性能得到明显改善。理论分析了该堆叠结构下复合材料“横向散热、纵向抑热”的机理。     

BN&Al2O3/环氧树脂复合材料粘接层对LED灯结温的影响

自制BN/EP(环氧树脂)复合材料和Al₂O₃/EP复合材料作为LED灯PCB板和散热铝块之间的粘接层材料,采用精密钻孔的方法用高精度测温仪测量LED灯正常工作时的温度分布,讨论粘接层对结温的影响,并与COMSOL Multiphysics软件模拟结果进行对比分析。实验测量LED结温与模拟结温变化趋势基本一致,结温会随着粘接层厚度的增加而上升、随着粘接层复合材料热导率的增加先快速降低而后趋于平缓。最终得到PCB板和散热铝块间最佳粘接层厚度和粘接层复合材料配比,当BN的质量分数为60%时,BN/EP复合材料粘接层的热导率最高,此时LED结温为75.2 ℃,比纯环氧树脂粘接层LED的结温降低了27.6 ℃。而Al₂O₃/EP复合材料粘接层LED的最低结温为78.2 ℃,此时Al₂O₃的质量分数为50%。     

MXene与溶剂界面电子振动耦合现象的直接观测（英文）

作为一种新型的二维材料,MXene凭借其各种优异的物理化学性质已受到极为广泛的关注,例如其具有极其出色的光热转换效率.然而,人们对MXene的光热转换机制仍然知之甚少.本文通过结合飞秒可见和中红外瞬态吸收光谱技术,对分散在各种溶剂中MXene(Ti_3C_2T_x)纳米片内的电子能量耗散动力学进行了系统的研究.结果表明,MXene的激发态寿命在很大程度上取决于周围的溶剂环境.在MXene被超快激光泵浦后,可以直接观察到MXene纳米片与相邻溶剂分子之间的界面电子振动耦合现象.这些结果表明界面相互作用在MXene的超快能量传输动力学中起着关键的作用.这一发现可为二维体系光转换性能的改进提供了一条潜在可行的途径.     

0.7Pb(Mg1/3 Nb2/3)O3-0.3PbTiO3单晶/环氧树脂1-3型复合材料的压电性能研究

模拟了0.7Pb(Mg1/3Nb2/3)O3-0.3PbTiO3(PMN-0.3PT)单晶1-3型压电复合材料的性能与单品体积分数的关系,得出性能最优时压电相的体积分数为64%,在这一体积分数下,采用切割-填充法,并使用了不同类型的环氧树脂填充制备复合材料.系统地研究了聚合物相对复合材料性能的影响,研究表明,减小聚合物相的刚度系数c和密度ρ有利于提高复合材料的性能,且聚合物相与压电相的结合强度对性能的影响非常明显,制备的PMN-0.3 PT单晶1-3型复合材料的厚度伸缩机电耦合系数k1高达90.1%,压电系数d33大于1000 pC/N,机械品质因数Qm为10.39,声阻抗Z也大大降低,性能明显优于传统的Pb(Zrx,Ti1-x)O3(PZT)陶瓷及其1-3复合材料,在压电换能器和传感器中显示出广阔的前景.     

含铋层状结构铁电体PbBi_4Ti_4O_(15)和SrBi_4Ti_4O_(15)的X射线衍射数据的测定

用衍射仪和Guinier聚焦相机收集了含秘层状结构铁电体PbBi_4Ti_4O_(15)SrBi_4Ti_4O_(15)的X射线粉末衍射图谱(Cu Ka),给出了d值大1.13A的88和76条衍射线的衍射数据和指标。它们都属正交晶系,空间群Bb2_1m(C_2v~(12)),点阵常数和X射线理论密度为 PbBi_4Ti_4O_(15)α=5.431A,b=5.459A,c=41.36A;z=4;D_x=7.986g/cm~3. SrBi_4Ti_4O_(15):α=5.428A,b=5.438A,c=40.94A;Z=4;D_x=7.447g/cm~3.     

Ti_3AC_2相(A=Si,Sn,Al,Ge)电子结构、弹性性质的第一性原理研究

采用第一性原理的密度泛函理论平面波赝势法,通过广义梯度近似研究了Ti_3AC_2相(A=Si,Sn,Al,Ge)的相结构、能量、电子结构和弹性性质.首先对六方晶相结构的Ti_3AC_2(A=Si,Sn,Al,Ge)四个相进行几何优化,对其能带结构、总态密度、分态密度和电荷密度分布以及弹性性质进行研究,并计算各相的内聚能与形成能.计算结果表明:Ti_3GeC_2较其他三相稳定,Ti_3AlC_2的形成能最低,说明Ti_3AlC_2较Ti_3SiC_2,Ti_3SnC_2和Ti_3GeC_2更易生成;Ti_3AC_2(A=Si,Sn,Al,Ge)各相在费米能级处的电子态密度较高,材料表现出较强的金属性,同时各相的导电性为各向异性.Ti_3AC_2(A=Si,Sn,Al,Ge)各相的导电性主要由Ti的3d电子决定,A(A=Si,Sn,Al,Ge)的p态电子和C的2p态电子也有少量贡献.决定材料电学性质的主要是Ti的3d,A的P和C的2P态电子的P-d电子轨道杂化,而P-d电子轨道杂化成键则使材料具有比较稳定的结构;对Ti_3AC_2相(A=Si,Sn,Al,Ge)弹性性质的研究表明Ti_3AlC_2的原子间结合力较弱,而Ti_3GeC_2的原子间结合力相对较强,材料的强度较大.     

超导-高分子复合材料介电性质的研究

采用固相反应法制备高温超导材料Bi2Sr2Ca2Cu2O3(Bi-2223),以高温超导材料为基体加入聚乙丙烯橡胶(EPR)高分子绝缘材料,通过不同温度退火处理,制备一系列超导.高分子复合材料,运用X射线衍射技术(XRD)和扫描电镜(SEM)对样品进行物相分析;采用低温循环系统测量样品电阻随温度变化关系;利用HP4294A型阻抗分析仪测量样品的介电特性,并对样品的电输运性质和介电特性进行了探讨.     

PDMS改性环氧树脂/Sm2O3复合涂层的近红外光谱及疏水性研究

以聚二甲基硅氧烷(PDMS)改性环氧树脂(HYSZ)为粘合剂,Sm₂O₃为功能颜料,纳米SiO₂为微纳结构改性剂,制备得到了一种同时具有良好疏水性能和附着力的近红外吸收涂层。系统分析了PDMS和HYSZ质量比、邻苯二甲酸二辛酯(DOP)添加量、总填料添加量、 Sm₂O₃和纳米SiO₂质量比对涂层性能的影响。结果表明：PDMS改性可明显降低涂层的表面能,从而使涂层的疏水性得到明显增强。利用DOP强化涂层韧性和微观搭桥作用可增强涂层整体性,从而可明显提高涂层的附着力和近红外吸收性能。涂层的表面粗糙度可随总填料添加量的增加而明显升高,进而可使涂层表现出更优的疏水性能。当涂层中PDMS和HYSZ质量比、 DOP添加量、总填料添加量、 Sm₂O₃和纳米SiO₂质量比分别为1∶9, 20%, 50%和5.5∶4.5时,涂层同时具有良好的近红外低反射率(59.1%)、疏水性能(水接触角为137°)及附着力...     

0.7Pb(Mg1/3Nb2/3)O3-0.3PbTiO3单晶/环氧树脂1-3型复合材料的压电性能研究

模拟了0.7Pb(Mg_1/3Nb_2/3)O₃-0.3PbTiO₃(PMN-0.3PT)单晶1-3型压电复合材料的性能与单晶体积分数的关系,得出性能最优时压电相的体积分数为64%, 在这一体积分数下,采用切割-填充法,并使用了不同类型的环氧树脂填充制备复合材料.系统地研究了聚合物相对复合材料性能的影响,研究表明,减小聚合物相的刚度系数c和密度ρ有利于提高复合材料的性能,且聚合物相与压电相的结合强度对性能的影响非常明显,制备的PMN-0.3 PT单晶1-3型复合材料的厚度伸缩机电耦合系数k_t高达90.1%,压电系数d₃₃大于1000pC/N,机械品质因数Q_m为10.39,声阻抗Z也大大降低,性能明显优于传统的Pb(Zr_xTi_1-x)O₃(PZT)陶瓷及其1-3复合材料,在压电换能器和传感器中显示出广阔的前景. 关键词： PMN-PT单晶 压电复合材料 压电相 聚合物相     

金属有机骨架复合体的相变热特性测试

本文对SA/Cr-MIL-101-NH_2复合相变材料进行了结构的表征及测试,采用Hotdisk法热常数分析仪测量热导率,通过比较法测量得到其比热容,并由差示扫描量热仪测量复合材料的相变特性,采用伪超临界路径方法模拟了SA在受限空间内的相变过程。研究结果表明:质量分数为70%的SA/Cr-MIL-101-NH_2复合材料热导率相比于纯SA提升了64.8%,增强了整个材料的传热性能,复合材料的比热容、熔点、潜热均随着负载量的增大逐渐增大,但均小于块材SA,质量分数为70%的复合材料潜热达到115.53 J/g,保证了材料的蓄热性能;模拟得到受限空间内SA的回转半径小于自由空间,链段柔韧性增强,导致其熔点降低。     

纳米粘土增强环氧树脂复合材料抗原子氧性能的研究

本文采用激光爆破法高能原子氧束源研究了纳米粘土增强环氧树脂复合材料的抗原子氧性能. 研究了四种样品：纯环氧树脂,纳米粘土含量为1 wt%,2 wt%和4 wt%的纳米粘土增强环氧树脂复合材料,结果表明腐蚀深度随着纳米粘土含量的增加而降低,当掺杂纳米粘土含量为4 wt%时,腐蚀深度为纯环氧树脂腐蚀深度的28%∽37%;X射线光电子能谱(XPS)分析表明原子氧轰击后,材料表面C-C/C-H键比例减少,C-O键、酮类比例增加,表面氧化程度增加,掺杂纳米粘土的材料表面生成了新的碳酸盐,掺杂4 wt%纳米粘土的复合材料表面氧化程度增加最小;扫描电子显微镜(SEM)结果显示含有纳米粘土的复合材料表面被原子氧轰击后在纳米粘土团簇处形成了“块状”物质,掺杂4 wt%纳米粘土的复合材料,“块状”物质尺寸和分布密度最大;综合腐蚀深度,XPS,以及SEM结果表明,虽然所有表面都一定程度地被原子氧腐蚀和氧化,但掺杂纳米粘土的复合材料表面由于生成了“块状”物质,阻挡了原子氧进一步腐蚀其下的材料,提高了抗原子氧性能.     

基于原位测量的复合材料冲击损伤定位

针对连续碳纤维增强环氧树脂基复合材料层合板和玻璃纤维(GF)增强环氧树脂基复合材料层合板两类典型结构,开展了基于原位测量的冲击损伤定位研究。利用碳纤维/环氧树脂基复合材料层合板自身的导电性,设计了电极阵列,考察了板厚对定位结果的影响;对于不导电玻璃纤维/环氧树脂基复合材料层合板,设计并制备了多壁碳纳米管涂覆的玻璃纤维束(MWCNT@GF)传感器,并将MWCNT@GF嵌入层合板中形成传感网络,考察了不同入射角度对定位结果的影响。对于上述两种方法,编制了冲击损伤成像算法。结果表明:利用冲击前后碳纤维自身电阻和嵌入MWCNT@GF传感器的方法,可准确定位碳纤维/环氧树脂基复合材料层合板和玻璃纤维/环氧树脂基复合材料层合板的冲击损伤。