C/C复合材料不同碳基体的纳米压痕行为研究

目的研究碳基体微观结构对材料整体性能的影响。方法用酚醛浸渍-碳化、中温煤沥青浸渍-碳化、甲烷为碳源前驱体,经化学气相沉积制备得到不同碳基体C/C复合材料。采用偏光显微镜对C/C复合材料不同碳基体的显微结构进行观察分析,采用XRD和Raman光谱对C/C复合材料的树脂碳基体、沥青碳基体和热解碳基体的微晶尺寸进行表征,以玻璃碳作为参比样品,通过纳米压痕测试不同碳基体试样的弹性模量和硬度。结果碳基体为热解碳和沥青碳的石墨微晶缺陷少,完整度较好,石墨化程度高。玻璃碳和树脂碳基体中石墨微晶排列紊乱,有序度低,石墨化程度低。酚醛浸渍-碳化得到的树脂碳的微晶尺寸Lc最小,为1.69 nm,弹性模量和硬度最大,分别为(23.17±0.54) GPa和(3.26±0.10) GPa;光滑层热解碳和粗糙层热解碳的弹性模量和硬度次之;沥青碳的微晶尺寸最大,Lc为9.36nm,而弹性模量和硬度最小,分别为(12.53±2.29) GPa和(0.72±0.14) GPa。结论不同碳基体的C/C复合材料中,碳基体的石墨化度越高,微晶尺寸越大,各向异性越显著,材料的弹性模量和硬度越低。     

CuNiIn 微动磨损涂层失效机理研究

目的系统研究CuNiIn和CuInO_2的晶体结构、体模量、剪切模量、杨氏模量、泊松系数、韧性、热膨胀系数、残余应力等物理参量,阐明CuNiIn涂层中生成的其他复合化合物—CuInO_2对CuNiIn机械性能的影响作用机制。方法采用基于密度泛函理论的第一原理,弹性常数采用应力-应变方案,体模量、剪切模量、杨氏模量采用Voigt-Reuss-Hill方法计算。结果CuNiIn和CuInO_2均为机械稳定结构,CuNiIn和CuInO_2的体模量、剪切模量、杨氏模量、泊松系数分别为118.2GPa,13.7GPa,39.6GPa,0.44和119.0GPa,36.8GPa,100.1GPa,0.36。化合物CuInO_2的机械模量较CuNiIn高,韧性较差,热膨胀系数较低,涂层的残余应力较高。结论喷涂工艺不适,或CuNiIn涂层服役过程中生成的CuInO_2对微动磨损CuNiIn涂层服役性能有不利影响。     

钙基CO2吸收剂的锆改性研究

实验采用共沉淀法以Ca(Ac)2·H2O作为CaO前驱体,经NH3·H2O沉淀、静置、醇洗、烘干制备锆改性钙基高温二氧化碳吸收剂,并考察锆添加量、反应温度及时间、CO2分压等因素列其吸收性能的影响.经锆改性后,吸收剂中掺杂ZrO2形成了良好的介孔结构,可维持较高的碳酸化转化率,提高吸收剂的循环热稳定性.测试结果表明,当...     

废弃轮胎制备热解炭对醋糟厌氧产甲烷性能的提升效果研究

醋糟在酿造行业中大量产生,除少量用于饲料添加外,大部分成为生物质废弃物,适合于厌氧产沼方式进行能源化处理,但较低的产气量又成为制约厌氧消化工艺应用的主要因素.本研究发现利用废弃轮胎热解过程产生的热解炭,可有效提升醋糟厌氧产甲烷效果,在接种比为1：1（以VS计）时,产甲烷效果最优,相对于未投加热解炭的对照组,甲烷产率提高56%,达到283 mL·g^-1;进一步对热解炭制备温度和投加量影响产甲烷效果进行了研究,结果表明,在接种比为1：1的条件下,热解炭投加量越多,热解温度越高,甲烷产率提升效果越明显,本研究中,当热解炭投加量为12 g,热解温度为1000℃时,甲烷产率相比对照组提升104.4%.通过高通量测序分析,同时结合热解炭本身特性表征,进一步证实热解炭投加可提升水解产酸菌和厌氧产甲烷菌丰度,而其热解炭本身的导电性能可能在增强菌群间互营产甲烷过程中发挥重要作用.     

有机氯对废弃物衍生焦炭结构和反应活性的影响

采用聚氯乙烯（PVC）为氯源与废弃物典型组分等量混合后在500 ℃氮气气氛条件下制成焦炭样品,通过热重（TGA/DTG）、扫描电子显微镜（SEM）、能谱（EDS）和拉曼光谱分析手段,对样品进行了焦炭碳结构和反应活性分析.结果表明,有机氯会抑制废弃物衍生焦炭的活性,使淀粉热解焦炭最大反应速率从0.15 min^-1下降至0.13 min^-1.动力学方面,淀粉（60.575 kJ·mol^-1）和纤维素焦炭（101.686 kJ·mol^-1）样品的表观活化能均小于其与PVC混合物的热解焦炭;而PVC的添加则会使淀粉和纤维素热解焦炭中的C结构更趋于无序化.微观角度方面,添加PVC后的焦炭表面同样呈现出纤维丝状结构,但气壁更加粗糙,表面有较多的褶皱,破坏了由废弃物内在碱金属催化形成的孔隙结构,使得焦炭表面结构破碎化程度更高.     

SCS法制备Co3O4催化氧化低浓度甲烷

前驱物中氧化剂(硝酸钴)/燃料(柠檬酸)配比对溶液燃烧法制备的Co₃O₄催化氧化低浓度甲烷性能的影响极大。随着燃料占比的增多,Co₃O₄的比表面积逐渐增大,氧化还原性能逐渐增强。其中当氧化剂/燃料比为1∶2时所得的Co₃O₄(命名为Co1CA2)具有最小的晶体尺寸、较高的比表面积。此外,该催化剂不仅具有较好的氧化还原能力,同时表面有更丰富的Co²⁺以及吸附氧物种,并且此时的Co-O键更容易断裂,意味着可以提供更多的活性氧物种。在低浓度甲烷的催化氧化测试中,Co1CA2表现出了最好的催化活性,其T₉₀值为370℃,相较于直接煅烧硝酸钴得到的Co₃O₄降低68℃。在经过3次非连续的稳定性测试后,Co1CA2对甲烷的去除率仍旧稳定在90%以上,表现出良好的耐性。     

活性炭纤维三维电极电催化降解水中间甲酚——效能及影响因素研究

探讨了以活性炭纤维作为三维粒子电极电氧化降解水中间甲酚的可行性与效果.首先对活性炭纤维的表面形貌,比表面积,孔结构和表面官能团情况进行了表征,发现活性炭纤维（ACFs）以单束纤维的结构交叉排列而成,比表面积较大（>1480m²/g）,另外发现活性炭纤维的表面存在较多官能团种类.结合活性炭纤维表征结果,论文对活性炭纤维三维电极的相关影响因素进行了考察,研究了活性炭纤维种类,活性炭纤维与电极的接触方式以及反应溶液初始pH值对实验结果的影响.结果表明,活性炭纤维表面过多的含氧官能团不利于污染物的快速降解,而三维电极电氧化效果随着pH值的降低而显著增大,不同的电极接触方式对三维电极电氧化效果也有较大影响.     

挥发分-焦炭交互反应对生物质热解焦炭结构的影响

为了解析生物质热化学利用过程中,挥发分与焦炭之间交互反应对生物质热解焦炭特性的影响,本文利用一阶固定床/流化床反应器及快速热裂解仪对交互反应对焦炭表面官能团特性影响开展研究。利用傅里叶红外光谱(FTIR)研究稻壳原料及不同条件下热解焦炭活性官能团结构特性。选择结构参数对于生物质及其热解焦炭结构变化进行定量分析。研究结果显示,热解温度对于焦炭表面的活性官能团有重要影响。热解温度的升高会导致焦炭表面的活性官能团种类机含量减少,焦炭的芳香化程度加深。交互反应条件下,焦炭表面的活性官能团种类以及含量较无交互反应下要少。交互反应对于焦炭表面羧基的影响最为明显,使得焦炭中的羧基含量大大减少,随温度的增高其官能团变化幅度变缓。     

生物炭对土壤中重金属铅和锌的吸附特性

利用固定床热解实验装置在不同热解温度(300~700℃)下制备了3种生物炭[杨树枝炭(PBC)、水葫芦炭(WHC)和玉米秸秆炭(CSC)],以南京市铅锌银矿区周边的菜园土为对象,研究了生物炭种类、热解温度和生物炭添加量对土壤重金属(Pb和Zn)吸附特性的影响,并结合生物炭的孔隙度、XRD和FTIR等分析,初步探讨了生物炭对土壤重金属的吸附机制.结果表明,生物炭的添加均不同程度地降低了土壤中Zn和Pb的浸出含量,水葫芦炭对土壤重金属的吸附效果最佳,在热解温度为500℃和生物炭添加量为5%的条件下,水葫芦炭对土壤中Zn和Pb的吸附率分别为21.83%和44.57%,相应的单位吸附量分别为227.65μg·g~(-1)和363.76μg·g~(-1).随着热解温度的升高,生物炭对土壤中Zn和Pb的吸附率逐渐增大,且在热解温度为500℃和700℃下制备的水葫芦炭对土壤中Zn和Pb的吸附能力相差不大,这表明中等温度热解有利于水葫芦炭形成较好的理化特性.随着生物炭添加量的增加,水葫芦炭对土壤中Zn和Pb的吸附率逐渐增大,但单位吸附量却逐渐减小,当水葫芦炭添加量为10%时,其对土壤中Pb的吸附率可达93.93%.结合生物炭的理化结构和土壤重金属吸附实验的结果,可以推测离子交换和络合作用是水葫芦炭修复重金属污染土壤的主要作用机制.     

载体对生物质油裂解镍基催化剂的性能影响

以改性处理的CaA分子筛、硅藻土和ZrO_2-CeO_2复合氧化物为载体,分别负载镍制备催化剂,并采用XRD、SEM、TPR、TG、FT-IR对催化剂的结构、形貌、表面酸中心种类、还原性能和积碳性能等进行了表征。结果表明,载体的种类影响催化剂性能,改性后的Ca A分子筛具有较大的比表面积和孔容,负载镍基催化剂表面具有较强的L酸和B酸中心,能与镍物种形成较强的相互作用,在生物质油催化裂解反应中表现出较好的活性,同时催化剂表面较强的酸中心也促进了积碳前驱物的形成;而Ni O/硅藻土催化剂和NiO/ZrO_2-CeO_2催化剂的酸中心强度相对较弱,影响了活性组分与载体的相互作用,活性组分在反应中烧结现象明显。     

纳米聚丙烯-丙烯酸酯改性材料的制备及其吸油性能研究

以纳米聚丙烯(nano-polypropylene,PP)为基体,丙烯酸丁酯为单体,采用紫外辐射方法制备高吸油性复合材料(butyl acrylate grafted nano-polypropylene,BAPP)。试验确定的最佳制备条件为:辐照时间1 h,单体浓度33.3%,光敏剂浓度0.2%,并通过傅里叶变换红外光谱仪对改性前后样品的结构进行了表征,结果表明丙烯酸丁酯被成功接枝到纳米聚丙烯纤维上。考察了接枝率、吸附时间、吸附温度和pH值等对改性纳米聚丙烯材料吸油性能的影响,改性纳米聚丙烯对机油的吸附符合二级动力学模型。实验数据显示,常温下纳米聚丙烯和改性材料对原油的吸油量分别为35.5 g/g和28.5 g/g,改性后的材料吸油性能明显改善。温度对改性纳米聚丙烯纤维的吸油率有明显影响,与油品种类及粘度有关系,随着pH值的升高,改性纳米聚丙烯纤维对机油的吸油率迅速增加。     

聚磷酸钙可降解纤维研究

为解决材料在环境中的降解问题,制备了聚磷酸钙纤维．研究表明其结构为无定形玻璃态,抗拉强度为１．９０ＧＰａ,弹性模量为６７．５ＧＰａ,并可发生化学降解,故可作为可降解复合材料的增强纤维     

基于声发射技术的T700碳纤维/树脂基体界面性能评估

目的 采用声发射技术,对东丽T700碳纤维和2款树脂基体的界面性能进行评估。方法 通过多组单丝拉伸试验,获取T700碳纤维Weibull形状参数m和尺度参数σ₀。使用单纤维断裂方法,利用声发射技术进行监测,选择声发射信号的幅值和能量作为特征,对T700碳纤维和透明的E51环氧树脂及不透明的聚苯硫醚树脂的单纤维断点数量分别进行评估,并与显微镜观察的数量进行对比。结果 获取了T700碳纤维与2种树脂的单纤维断裂声发射信号特征数值。通过声发射监测和显微镜观察法,测量得T700碳纤维与E51环氧树脂的界面剪切强度分别为44.03、46.47 MPa,偏差在5.5%左右。通过声发射技术,测量得T700碳纤维与聚苯硫醚树脂的界面剪切强度达33.43 MPa。结论 使用声发射技术能够准确监测碳纤维/树脂界面中单纤维的断裂信号,为评价纤维和不透明树脂的界面性能提供了有效方法。     

原位生成Ni颗粒增韧纳米ZrB2基陶瓷的制备方法与微观结构研究

目的提高Zr B2基防热陶瓷材料的韧性,以满足其高抗热冲击性能的需求。方法采用沉淀-共沉积法在纳米Zr B2粉体中原位生成Ni颗粒作为增韧相,经放电等离子烧结后获得分布均匀的Ni-Zr B2纳米复合材料,通过三点弯曲实验、断裂韧性实验以及硬度测试,分别评价不同Ni含量对Ni-Zr B2纳米复合材料力学性能的影响,并通过SEM,XRD对材料微观组织进行分析。结果 Ni颗粒的引入,可有效提高Zr B2的相对密度,增加韧性,同时强度和硬度有所提高。通过不同Ni含量的对比发现,Zr B2-15%Ni力学性能最优,断裂韧性达到7.8±0.3 MPa·m1/2,相对于原始Zr B2材料提升1倍。从微观组织的电子扫描照片也可以看出,Ni颗粒在Zr B2表面均匀分布,断口表现为穿晶断裂和延晶断裂的复合断裂模式,不同于原始Zr B2材料的穿晶断裂。这也是断裂韧性显著提升的主要原因。结论原位生成Ni颗粒的引入,可有效提高Zr B2材料相对密度、强度、硬度以及断裂韧性。对比不同Ni含量的力学性能,Zr B2-15%Ni组分的力学性能最优,这一方法可有效提高Zr B2材料的断裂韧性,进一步满足其高抗热冲击性能的需求。     

海水环境下玻璃纤维增强复合材料力学性能演化规律研究

目的 研究海水环境下海流能发电机组叶片用玻璃纤维复合材料力学性能的变化规律.方法 在实验室内通过海水浸泡试验、拉伸试验、弯曲试验以及剪切试验,测定叶片用玻璃纤维树脂基复合材料的吸水特性,以及在人工海水介质中各项力学性能参数的演变规律.结果 随着浸泡时间的增加,玻璃纤维树脂基复合材料吸水率先逐步增大、后趋于稳定,总吸水率约0.075％.抗拉强度呈先降低、后提高、又降低的趋势,抗拉强度最高可超过1100 MPa,最小值约为940 MPa.弹性模量和弯曲强度呈逐渐降低的趋势,弹性模量降幅约9.5％,弯曲强度降幅约为30％.弯曲模量变化起伏不定,变化幅度在15％以内.材料剪切强度呈先增大、后降低的趋势,最小值为189 MPa,较初始值高10 MPa.剪切模量呈先降低、后提高的现象,在浸泡28 d时,剪切模量最小,为16.4 GPa.结论 玻璃纤维增强树脂基复合材料经过长期海水浸泡后,拉伸及抗剪切性能略有降低,但降幅不大,抗弯性能下降明显,需要在叶片结构设计和强度计算时,充分考虑抗弯性能衰减的负面影响.     

纤维束直接过滤积泥结构的分形分析及其应用

用阳离子型聚丙烯酰（PAM）和聚合铝（PAC）作混凝剂进行了纤维束直接过滤实验，对纤维束上积泥进行了扫描电镜照像及图象分析，得出了积泥孔隙周界曲线的分维数，探讨了分维数与过滤过程的关系，指出了在直接过滤中阳离子型PAM较PAC效果好的原因所在。     

炭纤维生物膜载体在反硝化脱氮中的应用

通过对反硝化微生物在炭纤维与聚丙烯、泡沫聚氨酯塑料类载体上的固着化实验,发现反硝化微生物在炭纤维载体上附着强度较大,而且每克炭纤维上的生物膜干重及对硝态氮处理能力是每克塑料类载体的200倍以上.PAN基高强度炭纤维比活性炭纤维能固着更多的反硝化微生物,这与高强度炭纤维载体与微生物的有效接触面积大、传质好及表面官能团有关.适量的表面含氧官能团能使较多的反硝化菌较牢固地吸附在炭纤维载体上.PAN基高强度炭纤维是一种生物相容性好、固着强度高、耐微生物分解及化学腐蚀的优异的反硝化菌新型固着化载体.     

温度对编织复合材料层合厚板冲击性能的影响研究

目的 研究室温和低温下编织复合材料层合厚板的冲击性能。方法 通过开展低速冲击试验和冲击后的压缩试验,对冲击响应曲线、冲击损伤容貌、压缩失效模式和剩余压缩强度进行分析,探讨冲击时的环境温度对编织复合材料层合厚板冲击性能的影响。结果 冲击后的编织复合材料层合厚板存在凹坑、分层、基体裂纹和纤维断裂等多种失效模式,压缩失效模式主要表现为横贯冲击损伤区域截断式破坏失效。结论 低温环境增强基体强度,降低了复合材料的冲击损伤程度,从而提高编织复合材料结构的剩余压缩强度。