轻质结构材料力学性能虚拟教学实验平台的开发与应用

结合“新工科”力学类人才培养体系的要求,开发了轻质结构材料力学性能虚拟仿真实验平台。该平台采用基于Unity3D的WebGL技术,能够开展轻质点阵夹层结构设计与力学性能的三维仿真实验;利用该平台学生可以进行轻质结构材料的设计流程训练、点阵夹层结构设计方法训练、点阵夹层结构力学性能实验表征方法训练,从而掌握轻质结构材料力学设计流程、设计方法以及设计原理,增进对轻质结构材料承载需求的了解。实验核心内容包括轻质结构材料典型单胞设计及力学性能实验表征,实验结果为满足承载要求的轻质结构材料尺寸及力学性能实验数据。实践证明,该虚拟仿真实验有效解决了新材料设计实验教学难度大、成本高、耗时长,以及实验资源匮乏、无法满足新时期本科教学的问题。     

ZnO nanorod arrays with tunable size and field emission properties on an ITO substrate achieved by an electrodeposition method

In the present work,vertically aligned ZnO nanorod arrays with tunable size are successfully synthesized on nonseeded ITO glass substrates by a simple electrodeposition method.The effect of growth conditions on the phase,morphology,and orientation of the products are studied in detail by X-ray diffraction(XRD),scanning electron microscopy(SEM),and transmission electron microscopy(TEM).It is observed that the as-prepared nanostructures exhibit a preferred orientation along c axis,and the size and density of the ZnO nanorod can be controlled by changing the concentration of ZnCl2.Field emission properties of the as-synthesized samples with different diameters are also studied,and the results show that the nanorod arrays with a smaller diameter and appropriate rod density exhibit better emission properties.The ZnO nanorod arrays show a potential application in field emitters.     

聚氯乙烯/炭黑导电复合体系的压阻行为

研究了聚氯乙烯/炭黑(PVC/CB)导电复合体系在单轴压力作用下的压阻行为,发现CB含量对电阻-机械响应具有显著的影响.当CB含量低于渗流阈值时,PVC/CB复合材料呈现PPC效应;而高于渗流阈值时,呈现NPC效应.在渗流阈值附近,单轴压缩可诱导NPC效应的出现,或者抑制PPC效应.     

短碳纤维填充HDPE复合体系的渗流网络与压阻行为

研究了短碳纤维(Shortcarbonfiber,SCF)填充高密度聚乙烯(HDPE)导电复合体系的渗流(Percola-tion)与压阻行为(Piezoresistivebehavior,PRB),发现SCF经物理接触而形成的导电网络是复合材料导电的根源.体系的压阻行为呈现浓度依赖性.受压时SCF间隙的减小与渗流网络的局部破坏-重建过程随填料浓度、载荷大小和力学循环次数的变化而变化,导致PRB表现为电阻负压力系数(NPC)、电阻正压力系数(PPC)或两者兼有的现象.讨论了体系PRB的稳定性,发现由于HDPE基体的塑性永久形变,电阻-时间基线随着压缩循环的进行而发生漂移,多次循环可有效提高体系的压阻稳定性.     

微扰动对液体螺旋槽机械密封性能的影响

针对非接触式液体螺旋槽机械密封,分析了周期性轴向微扰动和角微扰动对密封环端面间液膜厚度的影响规律,建立了单周期螺旋槽液膜模型,采用数值法求解时变雷诺方程,研究了微扰动对液膜承载力和泄漏率等密封特性参数的影响.结果表明,膜厚对液膜承载力和泄漏率的影响显著,膜厚增加,液膜承载力减小,泄漏率增大.液膜承载力、泄漏率的变化幅度和频率主要受到轴向扰动的影响.角扰动造成沿圆周方向分布的液膜承载力不均匀而使液膜稳定性变差.     

以Au@Ag双金属纳米棒为核的热响应性核壳复合微凝胶的制备及性能表征

本文采用种子沉淀聚合法将交联的聚(N-异丙基丙烯酰胺)(PNIPAM)包覆在单分散性良好的Au@Ag双金属纳米棒(Au@AgNR)表面,制得以Au@AgNR为核、交联PNIPAM为壳层的Au@AgNR@PNIPAM复合微凝胶。用透射电镜观察到复合微凝胶具有规整的核壳结构,动态激光光散射测试结果证实复合微凝胶存在热响应性。当环境温度从20℃升高到50℃,复合微凝胶中Au@AgNR的纵向局域表面等离子体共振波长从695nm红移到719nm,表明复合微凝胶内的Au@AgNRs的LSPR光学性能可利用温度来进行调节。以该复合微凝胶为SERS分析的基底,检测水溶液中痕量的难以吸附在金属粒子表面的1-萘酚(3×10-5M),结果发现复合微凝胶在发生体积相转变时对1-萘酚具有捕捉效应,因此可通过调节测试温度来达到提高待分析物的SERS的信号强度的目的。     

HDPE/CB高分子导电复合体系的单轴形变与压阻行为

根据基体形变及其与渗流网络结构之间的关系,研究了高密度聚乙烯(HDPE)/炭黑(CB)复合材料压阻行为的发生机制及其影响稳定性的力学因素.结果表明,单轴压阻行为的产生源于材料受外力变形而导致的渗流网络微结构变化,且这种变化强烈依赖于填料含量.当填料含量较低时(渗流阈值附近),体系电阻率随压力升高而表现为电阻正压力系数行为;当填料含量较高时,体系电阻率随压力升高显现电阻负压力系数效应.完全卸载的零压力下,电阻基线随压缩循环随循环次数增大而发生漂移,这种漂移与轴向残余压缩应变有关,可以通过增加循环次数来加以稳定.交联可以减小残余压缩应变,并抑制高填充复合体系电阻基线的漂移.     

具有核壳结构的纳米凝胶的相变

通过可逆加成-断裂链转移聚合合成了一系列不同分子量的聚丙烯酸大分子链转移剂,用¹H NMR和水相GPC对其进行了表征．以三硫代碳酸盐的聚丙烯酸钾作为稳定剂,在水相中进行N-异丙基丙烯酰胺(NIPAM)的分散聚合合成了一种具有多重响应的核壳结构的纳米凝胶．结合动态光散射的表征研究了聚丙烯酸稳定PNIPAM表面的能力,发现稳定表面的能力与其分子量及用量密切有关．利用动态光散射以及zeta电位分析仪研究了在溶液中纳米凝胶相转变和zeta电位对温度以及pH值的依赖性．