添加物对氧化硅凝胶隔热性能影响的实验研究

纯氧化硅气凝胶孔隙率高,易碎且对红外光谱具有较强的选择透过性,高温隔热性能差。加入纤维和遮光剂可以改善材料力学性能和隔热性能,然而纤维的加入会增加气凝胶的固相导热、降低辐射传热,但总的作用是降低气凝胶的隔热性能;加入遮光剂抑制辐射传热的同时会增加固相导热,综合影响效果不仅随着遮光剂的种类、含量和大小的影响,还会随着使用温度变化。本文采用基于瞬态平面法的Hot Disk热常数分析仪在较大的温度范围内测试氧化硅气凝胶添加不同含量的Si02增强纤维和中空球、添加不同粒径和含量的SiC遮光剂对氧化硅纳米多孔材料等效导热系数的影响规律,并对比了添加SiC、ZrO_2和TiO_2遮光剂的遮光效果。     

SiO_2气凝胶复合材料隔热性能实验研究

SiO_2气凝胶复合材料是一种隔热性能优异的纳米多孔材料,本文对非稳态和大温差条件下该材料的隔热性能进行了实验研究,分析了SiC颗粒和SiO_2中空玻璃球对材料隔热性能的影响。研究发现:微米级SiC颗粒具有良好的遮光能力;添加一定含量的微米级SiO_2中空玻璃有利于改善材料的隔热性能,但添加量过大会导致气相导热的贡献增加,从而使得材料隔热性能下降。     

碳黑掺杂SiO_2气凝胶热辐射特性的蒙特卡罗计算

高温环境下纳米隔热材料内热辐射的影响显著增强,遮光剂的掺杂将不可或缺。为了研究遮光剂掺杂对纳米隔热材料热辐射特性的影响,本文发展蒙特卡罗数值方法(MCM)与Mie散射理论对碳黑遮光剂颗粒掺杂的SiO_2气凝胶热辐射特性进行了理论研究。研究结果表明:优化参数后的碳黑颗粒掺杂气凝胶可以有效阻隔辐射传热,并且提高材料的隔热性能。该方法对纳米隔热材料遮光剂的选取和优化具有指导意义。     

气凝胶纳米多孔隔热材料传热计算模型的研究

本文研究并建立了气凝胶复合隔热材料传热计算模型.针对气凝胶纳米多孔材料的分形结构特征,结合规则交叉球杆结构,提出了气凝胶纳米多孔材料的分形交叉球杆结构模型,并以此结构模型为基础,建立了气凝胶纳米多孔材料热导率分形计算模型,模型中同时考虑了尺寸效应对气相、固相传热方式的影响.对气凝胶中添加的遮光剂、增强纤维等微米典型结构,以Mie辐射散射理论为基础,结合Rossland扩散近似模型,考虑了辐射传热对热量传递的增强作用;同时结合经典的两相系统等效热导率计算公式,获得复合材料的辐射导热耦合热导率计算模型.本文从纳米尺度的气凝胶多孔材料传热模型到微米尺度的气凝胶复合隔热材料传热模型,建立了完整的气凝胶纳米多孔复合隔热材料等效热导率计算模型.模型与多个文献中气凝胶材料热导率实验数值进行比较,获得了满意的结果,验证了模型应用于气凝胶复合隔热材料等效热导率预测计算方面的有效性.     

封面故事

正通过溶胶—凝胶法结合乙醇超临界干燥法,我们制备获得了ZrO_2-Al_2O_3复合气凝胶隔热材料。ZrO_2极低的热导率配合Al_2O_3的高温热稳定性使得ZrO_2-Al_2O_3复合气凝胶材料在高温隔热领域具有很好的应用。封面图中的"贵宾犬"是使用SEM扫描电镜拍摄的ZrO_2-Al_2O_3复合气凝胶结构的电镜照片。图中的结构是由     

基于格子Boltzmann方法的纤维增强气凝胶复合材料等效热导率求解

对于纤维增强SiO2气凝胶复合隔热材料的等效热导率,以往主要通过提出简化结构之后利用等效电路方法进行理论求解。本文提出一种纤维结构的计算机随机生成方法,生成了不同的纤维气凝胶复合材料等效结构单元;采用三维格子Boltzmann模型求解该等效结构的温度场,并计算了复合材料常温下的等效热导率。本文数值预测结果与理论计算结果及相关实验结果吻合良好,表明本文模型能够有效地预测纤维-气凝胶复合材料的等效热导率。     

碳纤维结构对其辐射光谱性质的影响研究

为了研究碳纤维类高温防隔热复合材料中热辐射传输特性及对其传热性能的影响,采用数值模拟的方法,针对2维(2-D),2.5维(2.5-D)编织的碳纤维复合材料的光谱辐射特性进行了研究。通过对比时域有限差分法(FDTD)和Mie氏理论计算的微米级尺度下单根无限长圆柱的散射强度分布,验证FDTD计算碳纤维热辐射特性的正确性。采用FDTD分析了编织方式、纤维特征尺寸、纵向层数、纤维间隔及基质折射率对其辐射性质的影响。研究发现,均质块材与实际编织结构的块材光谱辐射特性差异明显,散射强度分布差异可达2个量级。     

基于THz-TDS的陶瓷纤维复合材料缺陷检测分析

新型陶瓷纤维复合材料由短切氧化硅纤维及其胶合物经高温烧结得到的一种轻质多孔材料,材料微观结构特性直接影响着宏观结构特性和功能特性.该类材料的孔隙度分布在84％ ～95％ 之间,微观孔径主要集中在100μm范围内,偶尔有少量纳米孔.陶瓷纤维复合材料以其耐高温、低密度、高比强和抗烧蚀等优异性能在超高声速飞行器外层隔热部件得...     

多孔材料气凝胶气固耦合传热研究

多孔材料气凝胶内气体与固体之间的耦合传热对其隔热性能具有较大的影响。基于气凝胶微观结构,建立了气凝胶内气固耦合传热模型,并获得了分析解。所提出的模型与文献实验数据、理论计算及数值模拟结果进行了比较,验证结果证明了本文所建立的耦合传热模型具有较高的预测精度。与已有的耦合传热模型相比,本文建立的耦合传热模型具有计算简单且预测精度较高的优点。     

团簇状缺陷对纤维束断裂过程的影响

材料内部缺陷对复合材料的拉伸断裂性质有着极其重要的影响.纤维束模型是研究材料拉伸断裂性质常用的理论模型,已有含缺陷纤维束模型的工作表明,在纤维束模型中引入单纤维缺陷后,缺陷对模型拉伸断裂性质产生了显著影响.为研究实际材料内部存在的不同尺寸及损伤程度的缺陷,本文引入缺陷的空间尺寸、缺陷程度和缺陷内部纤维损伤程度分布等影响因素,构建了含团簇状缺陷的扩展纤维束模型.在最近邻应力再分配下,通过数值模拟分析了缺陷个数a、缺陷尺寸上限β和缺陷内部纤维缺陷程度的线性、指数和常数函数分布形式对复合材料断裂过程的影响.分析发现,由于缺陷空间分布存在的重叠竞争机制,在缺陷尺寸上限b较大时,缺陷个数对系统负载能力的影响具有饱和的趋势.而由于缺陷中心纤维的缺陷程度正比于缺陷尺寸,因此随着缺陷尺寸上限β的增加,其对模型负载能力的影响越来越显著.缺陷内部纤维缺陷程度的空间分布函数对以上规律没有产生实质影响,仅改变了各断裂性质的具体取值.本文的模拟分析结果对提高复合材料的力学性能具有一定的理论意义.     

复合材料导热因子的理论分析及其导热性能的实验研究和预测

根据导热的微观理论,对高温无机复合材料的诸导热因子进行了理论分析,并对影响其导热性能的主要物理化学因素开展了系统的实验研究。据此,为提高复合材料的隔热性能提供了技术途径。     

倾斜光纤光栅谱特性

基于倾斜光纤光栅耦合模理论,采用数值分析法研究了前后向导模耦合时倾斜角度和调制深度对倾斜光纤光栅反射谱的影响,以及导模和辐射模耦合时针对不同的入射光偏振态在倾斜角度、调制深度、光栅长度等不同时倾斜光纤光栅透射谱(或反射谱)的特性.研究结果表明,在前后向导模耦合时,不同偏振态入射光的光谱几乎相同;而对于辐射模耦合,由于反射谱的包络受消光系数的调制,而不同偏振态入射光的消光系数不同,并且倾斜角度越大不同偏振态的入射光的消光系数差别越大,故在研究辐射模耦合时需要将偏振态予以考虑.     

倾斜光纤光栅谱特性

基于倾斜光纤光栅耦合模理论,采用数值分析法研究了前后向导模耦合时倾斜角度和调制深度对倾斜光纤光栅反射谱的影响,以及导模和辐射模耦合时针对不同的入射光偏振态在倾斜角度、调制深度、光栅长度等不同时倾斜光纤光栅透射谱(或反射谱)的特性.研究结果表明,在前后向导模耦合时,不同偏振态入射光的光谱几乎相同;而对于辐射模耦合,由于反射谱的包络受消光系数的调制,而不同偏振态入射光的消光系数不同,并且倾斜角度越大不同偏振态的入射光的消光系数差别越大,故在研究辐射模耦合时需要将偏振态予以考虑.     

高氢容量硼氢化锂/碳气凝胶复合材料的制备与性质北大核心CSCD

采用"纳米装填"技术和"熔化渗透"工艺成功制备了氢容量在硼氢化锂质量分数80%以上的硼氢化锂/碳气凝胶复合材料。并用扫描电镜、透射电镜、傅里叶红外透射光谱等手段表征了复合材料的结构与性能。发现硼氢化锂填充了碳气凝胶骨架孔隙的90%以上,形成均匀的复合材料。研究了复合材料的形成机制,发现硼氢化锂先进入碳气凝胶骨架的小孔,再逐渐填充大孔。这有利于材料晶粒的细化,提高吸放氢性能,减少结构缺陷。经放氢动力学测试表明,LiBH4/CRF复合材料的放氢速率是文献中LiBH4与活性炭的球磨样品的5倍。     

SiO_2纳米孔隔热材料制备与热导率计算

以SiO_2气凝胶纳米颗粒、石英纤维和遮光剂为原料,制备了SiO_2纳米孔隔热材料.采用扫描电镜和氮气吸脱附法表征了SiO_2纳米孔隔热材料微观结构,采用瞬态平面热源法测试了材料在25～800℃, 10～10~5 Pa范围内的热导率.建立了Si02纳米孔隔热材料热导率计算方法,计算了材料在不同温度和压力下的热导率,热导率计算值和实验值相符较好,表明所发展的计算方法适用于纳米孔隔热材料的热导率计算.此外,还获得了材料气相热导率与辐射热导率随温度的变化规律,对材料结构设计及性能优化具有很好的指导意义.     

超低密度SiO2气凝胶的制备研究

超低密度的SiO2气凝胶是一种经典的三维网状纳米多孔材料,已经广泛应用于如保温隔热、吸附等多种领域。以四甲氧基硅烷(TMOS)为硅源,采用酸碱两步法,利用乙醇超临界干燥技术制备了超低密度的SiO2气凝胶,分别利用SEM\TEM\BET等表征手段对该气凝胶进行了一系列的研究,发现当其密度为0.6 mg/cm3时,气凝胶拥有最佳的综合性能。该种气凝胶具有超低密度、高比表面积、加工成型性好、制备周期短等优点,有望在激光惯性约束聚变实验中作为冷冻靶发挥巨大的作用。     

二氧化硅气凝胶辐射特性反演方法研究

建立了基于光谱半球反射率和光谱半球透过率的二氧化硅气凝胶样品辐射特性参数的反演方法。采用离散坐标法、四通量法、二通量法计算了二氧化硅气凝胶样品内辐射传输问题,反演了样品的光谱辐射特性参数。结果表明,离散坐标法和四通量法反演结果几乎一致,二通量法反演结果小于离散坐标法和四通量法反演结果,而且误差较大,对于高孔隙率的二氧化硅气凝胶,界面反射对反演结果的影响很小,可以忽略。本文的研究工作对二氧化硅气凝胶辐射换热特性具有理论指导意义。     

γ-射线辐射还原法制备金属铜掺杂MF气凝胶

采用射线辐射还原法,在不同总吸收剂量条件下制备了金属Cu掺杂三聚氰胺-甲醛（MF）有机气凝胶复合材料。利用X-射线衍射仪（XRD）、电感耦合等离子体吸收光谱（ICP-AES）仪和扫描电子显微镜,测试证实了辐射还原法能成功地在MF气凝胶中还原出金属Cu。扫描电子显微镜(SEM)图谱表明在100 kGy和200 kGy的总吸收剂量下,在MF气凝胶中还原的金属Cu粒子的粒径较小,不会形成金属团聚区,而在较高的总吸收剂量下（大于200 kGy）,在MF气凝胶中还原的Cu会形成金属团聚区。N2吸附测试表明,还原的金属Cu会堵塞MF气凝胶的一部分微孔和一部分介孔,从而使样品的比表面积和吸附量降低。随着总吸收剂量不断增加,经辐照后样品中金属Cu的含量也不断增加,同时还会影响还原出金属Cu的分布和形貌。     

γ-射线辐射还原法制备金属铜掺杂MF气凝胶

采用γ射线辐射还原法,在不同总吸收剂量条件下制备了金属Cu掺杂三聚氰胺-甲醛(MF)有机气凝胶复合材料。利用X-射线衍射仪(XRD)、电感耦合等离子体吸收光谱(ICP-AES)仪和扫描电子显微镜,测试证实了辐射还原法能成功地在MF气凝胶中还原出金属Cu。扫描电子显微镜(SEM)图谱表明在100kGy和200kGy的总吸收剂量下,在MF气凝胶中还原的金属Cu粒子的粒径较小,不会形成金属团聚区,而在较高的总吸收剂量下(大于200kGy),在MF气凝胶中还原的Cu会形成金属团聚区。N2吸附测试表明,还原的金属Cu会堵塞MF气凝胶的一部分微孔和一部分介孔,从而使样品的比表面积和吸附量降低。随着总吸收剂量不断增加,经辐照后样品中金属Cu的含量也不断增加,同时还会影响还原出金属Cu的分布和形貌。     

两种纤维增强复合材料连续激光烧蚀阈值测量及吸收特性分析

通过双积分球-光电管测试系统和摄像记录的方法,对芳纶纤维/环氧和碳纤维/环氧两种复合材料在1.319μm连续激光作用下的烧蚀阈值和烧蚀过程中材料对激光能量的吸收特性进行了实验研究。结果表明：芳纶纤维/环氧复合材料的平均烧蚀阈值随材料厚度增加而降低,碳纤维/环氧复合材料的平均烧蚀阈值不受材料厚度影响,约为70 W/cm2;两种纤维增强复合材料烧蚀前的反射率随激光功率增加而缓慢增大,芳纶纤维/环氧材料从0.40变化到0.45,碳纤维/环氧材料从0.15变化到0.20;当发生烧蚀时,芳纶纤维/环氧材料的反射率急剧下降,吸收率增大,碳纤维/环氧材料的反射率无明显变化,吸收率约为0.80。