本期目录

2016年, 第47卷, 第S2期 刊出日期:2016-12-20
  

  • 全选
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    综述·进展
  • 苏 星,彭云峰
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    超疏水是自然界中动植物表面所具有的一种重要表面特性,具有高接触角和低滚动角,具备自清洁和调节表界面粘附与接触及摩擦等功能而具备巨大的应用潜力,并已在表面工程和精密工程领域引起了广泛的关注。总结了近些年来超疏水理论模型的发展和超疏水性的主要影响因素,首先从经典的能量理论方面,应用Young’s方程、Wenzel与Cassie-Baxter两大理论模型以及这两种模型之间的转换条件来阐述超疏水表面的形成机理,并讨论超疏水表面的接触角滞后理论和接触线理论;然后基于Wenzel与Cassie-Baxter两大理论模型概述了微结构表面几何拓扑形貌及其参数对表面超疏水特性的影响;并对超疏水表面的发展进行了展望。
  • 杜 磊,唐 强,林修洲,张国虎,程 明,杜 勇,古明军
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    纳米孔超级绝热材料是一种理想的保温隔热材料。概述了纳米孔超级绝热材料的性能特点及应用前景,综述了SiO2纳米孔超级绝热材料的制备工艺及最新研究进展,讨论了SiO2纳米孔超级绝热材料改性方法及研究进展,分析了各种制备工艺的特点与影响因素,指出了目前研究存在的主要问题和今后的发展方向。
  • 闫 涛,潘志娟
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    传统的金属及半导体应变计的灵敏度低、韧性及延伸性差,限制了其在高应变领域的应用,因此提高应变传感器的敏感系数及应变性能成为一个重要的发展方向,柔韧的碳基纳米复合材料应变传感器是一种有效的解决方法。本文综述介绍了碳基纳米复合材料应变传感器的研究现状,包括:碳基纳米材料在聚合物基体中的含量、取向、分散性对应变传感器的性能的影响,不同基体复合材料传感器的制备方法以及应变传感性能,比较了它们的优缺点,为碳基纳米复合材料应变传感器的研制与开发提供参考。
  • 余小燕,何琴玉
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    SnSe是近年来新兴的热电材料,由于其具有层状结构、极低的热导率和较高的ZT值,在中低温阶段是一种很有应用前景的热电材料,因而受到极大的关注。本文对SnSe的分子结构、能带结构、输运性能、热电性能特点进行了概述,分析了不同制备方法的优劣,讨论了影响其热电性能和工业化应用的因素,并尝试提出了利用“马赛克”晶体的特点来优化其热电性能的方法。旨在帮助读者对SnSe的结构特点、输运性能和热电性能有一个全面的了解,同时为科研工作者探索提高SnSe的热电性能、寻找具备高ZT值热电材料提供一个可能的方向。
  • 研究·开发
  • 江 鸿,范志国,雷君相,谢超英
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    在400 ℃采用BC路径等通道弯角挤压对工业纯钛进行了8道次处理,用透射电镜分析了微观组织,并以林格式人工模拟体液为腐蚀介质,采用电化学阻抗谱对耐蚀性进行了研究。结果表明,8道次后纯钛主要由细小等轴晶粒所构成,平均晶粒尺寸<500 nm。不同道次处理后,纯钛腐蚀性能排序为退火粗晶态<2道次<1道次<4道次<8道次。8道次后耐蚀性能最优,2道次却弱于1道次。2道次后晶粒细化,但大变形引起织构组分改变使得平行于样品表面的晶面由上一道次(011-0)晶面演变成高指数晶面(112-0),导致耐蚀性能下降,表明纯钛耐腐蚀行为同时受到晶粒尺寸和织构的影响。
  • 黄宗泽,罗冬梅,曾凡波,袁熙志
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    通过改变添加剂种类和反应温度,研究了钙盐焙烧中钒钙二元系化合物的反应过程,研究发现,钙盐添加剂为纯CaO和纯CaCO3时发生的反应步骤一致,初始反应为在625 ℃左右V2O5与钙盐反应生成CaV2O6,同时CaV2O6开始与钙盐结合生成Ca2V2O7;后续反应为CaV2O6继续与钙盐反应生成Ca2V2O7。两种钙盐反应的区别在于,CaCO3的初始反应过程中生成CaV2O6的同时还伴有Ca2V2O7生成,后续反应开始的温度为708 ℃;CaO的初始反应过程中只有少量Ca2V2O7生成,后续反应开始的温度为777 ℃。两种钙盐添加剂焙烧产物的转浸率分别为73%和94.5%,通过对产物的微观结构分析,其差异可能的原因为,当添加剂为CaO时,随着反应的进行,产物的表面会变得非常致密,影响反应的继续进行。当添加剂为CaCO3时,反应过程中产生的CO2向外扩散,使产物疏松多孔,有利于反应传质,同时增大反应物接触面积,使反应速度更快,反应也更加完全。因此使用CaCO3作为钙盐添加剂能得到更好的反应效果。
  • 耿楷真,周永江,黄丽华
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    四针状氧化锌晶须(T-ZnOw)具有独特的三维四针状结构,具有材料增强、抗静电、吸波性等特性,是一种理想的介电损耗吸收剂。四针状氧化锌晶须(T-ZnOw)作为吸收剂、酚醛树脂为粘结剂配制吸波浆料,涂覆在石英玻璃纤维表面,制备新型的吸波纤维布。研究表明,T-ZnOw作为介电损耗吸收剂,能有效提高石英玻璃纤维的吸波性能;纤维电阻率会影响纤维的吸波性能,理想的纤维电阻率在0.21 Ω·cm左右。调节处理温度可以有效调节纤维电阻率,最佳处理温度为850 ℃;涂层不连续周期分布纤维相较于涂层连续分布纤维能提高纤维低频吸波性能和宽频吸波性。
  • 刘作华,刘 敏,杜 军,陶长元,范 兴
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    采用HBr/H2O2溴化氧化体系对氯丁橡胶(CR)进行改性,得到溴化氯丁橡胶(BCR),并对溴化氯丁橡胶进行氧化石墨烯(GO)掺杂改性,得到GO/BCR复合物(O-BCR)。通过电镜扫描(SEM)、红外光谱(FT-IR)、紫外光谱(UV)对样品结构进行表征,并检测其力学性能。结果表明,GO以单片形式均匀分散在BCR基体中,GO表面的—COOH,—OH与BCR发生自由基接枝聚合,提高了溴化氯丁橡胶的力学性能。O-BCR与BCR相比,门尼粘度提高了161%;抗张强度提高了31%;500%定伸强度提高了46%;扯断强度提高了11%;永久变形提高了33%。
  • 齐同刚,张占辉,关豆豆,彭伟康,黄志良
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    Sr2MgSi2O7∶Eu2+,Dy3+存在热稳定性不好、热劣化机理不明确的问题,为了探讨其热劣化机理,在不同温度下对其进行热处理,表征了余辉性能和光谱性质,研究了热处理温度对余辉性能和发射强度的影响。结果表明,当热处理温度低于600 ℃时,余辉性能变化不明显,发射强度随热处理温度升高而缓慢降低;而高于600 ℃的热处理温度可以使余辉性能显著劣化,且随热处理温度的升高,发射强度呈现先增大后减小趋势,并在900 ℃附近出现极大值。上述余辉性能劣化和发射强度变化的根本原因是陷阱能级捕获电子能力的减弱,在此基础上提出了Sr2MgSi2O7∶Eu2+,Dy3+热劣化的陷阱能级受热破坏机理。
  • 崔博譞,于大鹏,于 萌
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    使用分子动力学模拟研究了附着型碳纳米管树芽对碳纳米管的热导率的影响,并对多个C60分子附着对碳纳米管的热导率的影响进行了讨论。研究表明,当C60分子附着在碳纳米管表面的时候,会降低碳纳米管的热导率,并且随着表面附着的C60分子的个数增加,碳纳米管的热导率逐渐降低并趋于稳定。利用非平衡分子动力学施加热流法对附着型纳米树芽分子结的管间热导和轴向热阻进行了模拟与计算,并与碳纳米管X型分子结的结果进行对比。
  • 吴建华,周吉学,唐守秋,王金伟,张琳琳,陈燕飞
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    研究不同冷却速率对A356合金铸态微观组织和拉伸性能的影响。结果表明,随着冷却速率的提高:合金二次枝晶间距减小,共晶Si相由粗大的针片状向细小的短棒状或颗粒状转变,合金的拉伸性能得到改善。合金的抗拉强度达到205 MPa,屈服强度达到143 MPa,延伸率达到10.4%。通过控制冷却速率,可细化A356合金的铸态组织,提高合金的拉伸性能。
  • 王宏宇,黄爱国,袁晓明,程 满,丁 瑞
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    为探明Ti-V-Cr系阻燃钛合金的焊接性能,采用激光焊接对模拟有非贯通裂纹的Ti-25V-10Cr阻燃钛合金薄板进行了焊接修复,较为系统地研究了激光焊接对其微观组织、显微硬度和拉伸性能的影响。结果表明,Ti-25V-10Cr阻燃钛合金焊缝组织为粗大的铸态β柱状晶,在焊缝中心能清晰地看到焊缝两侧β柱状晶相对生长的交界面;热影响区仍为单一β等轴晶,仅近熔合线处晶粒变得粗大;同时,焊缝区的硬度已达约570 HV(为母材硬度的1.78倍),而热影响区的硬度相对于母材则变化不大;此外,焊接接头的拉伸强度约为405 MPa,仅为母材拉伸强度的40%左右,拉伸断裂发生在焊缝中心附近处,并呈现以脆性断裂为主的混合断裂。可见,Ti-25V-10Cr阻燃钛合金的焊接性能将会是制约其进一步广泛应用的主要因素之一。
  • 彭 龙,胡跃斌,张大弓,苏 海,胡 云,李乐中
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    基于微波铁氧体材料在低温共烧陶瓷(LTCC)术领域的重要应用前景,采用固相法以Bi2O3、CuO、PbO、B2O3、MoO3和高岭土(Al2O3·2SiO2·2H2O)为烧结助剂制备了低温烧结六角晶M型锶铁氧体(SrFe12O19)材料。结果表明,烧结助剂对材料的晶体结构、致密度、直流电阻率和静态磁学性能影响显著。通过调整Bi2O3、CuO和PbO的含量可以改善材料的晶相组成,获得SrFe12O19单相结构。Bi2O3和PbO的适当添加使材料的致密度提高到94%以上,利于材料饱和磁化强度Ms和内禀矫顽力Hcj的增加。当Bi2O3的添加量为3%(质量分数)时,材料的电学特性和磁性能都较优,直流电阻率ρ为0.42×108 Ω·cm,MsHcj分别达到60.7 A·m2/kg和347.2 kA/m,在微波LTCC环行器等领域具有潜在的应用价值。
  • 王亚茜,傅 敏,吴四维
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    以SrCl2为原料,通过沉淀法制得Sr(OH)2,后经高温煅烧得到SrCO3复合物光催化剂。采用X射线衍射(XRD)、傅里叶红外光谱(FT-IR)分析产物的物相和结构,通过光电子能谱(XPS)对材料表面结构和成分进行分析,利用紫外-可见漫反射吸收光谱(UV-Vis)和光致发光谱(PL)表征样品的光吸收和荧光性质。以亚甲基蓝为目标物,在可见光下考察了SrCO3复合物的光催化性能。结果表明,在可见光照射150 min后,在500,600,700和800 ℃下煅烧得到的SrCO3复合物对亚甲基蓝的降解率分别为98.7%,96.3%,96.0%和95.2%。
  • 艾春鹏,赵晓锋,白忆楠,冯清茂,温殿忠
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    研究射频磁控溅射法制备ZnO薄膜,采用X射线衍射仪(XRD)和场发射扫描电子显微镜(SEM)研究溅射功率、溅射时间和退火温度对薄膜微结构特性的影响,并分析ZnO薄膜阻变特性。实验结果表明,沉积态薄膜择优取向为〈002〉晶向,随溅射功率和退火温度增加,择优取向显著增强,溅射功率120 W时薄膜生长速率可达4.8 nm/min,薄膜厚度92 nm的ZnO薄膜具有阻变特性且开关比可达104
  • 王 幸,李孙峰,徐艳丽,杨汉标,刘雪霆,魏凤玉
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    采用乳化-化学交联法,以壳聚糖为原料,戊二醛为交联剂,邻苯二甲酸二丁酯(DBP)为致孔剂,在乳化聚合条件下成功制备出多孔复合微球,拟将作为营养物质载体用于植物的根部吸收。通过单因素研究,得到了复合微球最佳致孔条件:壳聚糖溶液浓度为1.8%~2.0%(质量分数),O/W比例为5∶1,转速为900 r/min,乳化温度为45 ℃,DBP体积占O/W总体积比例为1∶7.5, 浓度为50%(v/v)戊二醛体积占O/W总体积比例为1∶40。通过扫描电镜(SEM)对复合微球的形貌和结构进行分析;采用透射电镜(TEM)及element mapping检测含N、P、K复合肥成功包裹于壳聚糖微球中;利用元素分析,ICP(电感耦合等离子发射光谱)对复合微球的缓释性能进行测试与表征。研究结果表明,复合微球球形规整度良好;大部分微球直径在50 μm左右;微球表面粗糙不平且有部分孔隙结构;微球释放规律符合希古契提出的Higuchi骨架模型,在132 h后释放逐渐趋于平稳,表明制备的复合微球具备良好的缓释效果。
  • 王法社
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    通过真空条件下的固相反应法制备了电子型超导体Pr2CuO4-xFx和其母体 Pr2CuO4-x。X 射线衍射表明,制备的样品具有单相结构,杂相较少。磁测量的结果表明,在Pr2CuO4-xFx 中,0.04≤x≤0.16时具有超导电性,起始转变温度 Tc=26 K。而 Pr2CuO4-x 仅通过调节氧含量不能实现超导电性。并且通过氧含量控制和氟掺杂对Pr2CuO4-xFx和 Pr2CuO4-x结构、磁性、电阻不同影响的对比研究发现,在Pr2CuO4中通过氟掺杂实现超导而通过控制氧含量不能实现超导的原因是氧空位或替代出现在不同的氧位上, 并对相关机制进行了探讨。
  • 王建华,朱宝库
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    为在膜表面构造荷电性分离层,本文利用超临界CO2流体合成聚(苯乙烯-马来酸酐)接枝2-二甲氨基乙胺共聚物,再与1,4-对二氯苄季铵化反应,在PSf膜表面形成季铵盐结构的功能分离层。采用表面红外、扫描电镜、接触角和Zeta电位等对膜表面的化学组成、形貌、水润湿性和荷电性进行表征,研究共聚物浓度对MgCl2透过性能的影响。改性后,膜表面亲水性增强,存在两个等电点,在pH值为4.5~7.6时,表现为荷正电性,共聚物溶液浓度在0.010%~0.0125%(质量分数)时,0.3 MPa渗透通量为35~40 L/m2·h,对MgCl2的截留率为60%~75%。结果表明,通过界面季铵化交联能够赋予膜表面一定的荷电性,调整pH值可对不同荷电性的盐进行截留。
  • 冯国林,李 娟
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    基于自助溶剂法制备高品质的Tl0.4K0.4Fe2-ySe2-xSx体系单晶体样品,详细研究S元素对Se元素的组分替代作用对Tl0.4K0.4Fe2-ySe2材料超导电性的影响,发现当S元素掺杂量大约为x=0.8~1.0时,Tl0.4K0.4Fe2-ySe2-xSx体系单晶体样品中可能存在量子临界现象。
  • 刘延红, 王宝冬,孙 琦,肖永丰,王晓欢,刘晓婷,赵立军
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    神华集团粉煤灰“一步酸溶法”提取氧化铝技术产生的副产品—白泥,主要成分SiO2占70%以上,是很好的硅基原料。主要分析了白泥脱硅液中铁的存在状态与去除方法,研究了碳分法、锰砂滤料吸附、膜分离技术等的除铁效果。结果表明,白泥中的铁主要有两个来源:(1) “一步酸溶法”工艺过程中未溶解的Fe2O3和FeO,这部分铁的氧化物在脱硅过程中与热碱不发生反应;(2) 浸出液中的FeCl3和FeCl2,这部分铁的氯化物是脱硅液中铁的主要来源,与热碱反应生成FeO-2和FeO2-2。白泥经过干燥,其中的FeCl3和FeCl2转化为Fe2O3和Fe(OH)3,少量不能与热碱发生反应,以纳米颗粒形式存在于脱硅液中。实验条件下,干燥白泥与洗涤白泥相比,SiO2溶出率稍低(>71%);脱硅液中SiO2浓度为150.0 g/L时,铁含量约182.2 mg/L。碳分法除铁可以降低溶液中铁离子含量至30 mg/L左右(主要是硅铁络合离子FeOSi(OH)32+),使之转化为Fe(OH)3颗粒:一部分随偏硅酸沉淀除去,一部分以纳米胶粒形式留在碳分液中,粒径主要分布在1~12 nm。继续利用锰砂滤料和膜分离技术,除铁率均小于50%。二次碳分法制备SiO2粉末,产品含量为227 mg/kg。
  • 王 建,余 媛,葛明桥
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    采用自制的高弹性夜光整理剂,对弹力织物进行丝印处理,并对夜光弹力织物的发光性能、耐水洗性能、拉伸性能、外观保形性能及表面形态等进行了研究。结果表明夜光弹力织物表面的大部分发光材料可以被较好的包覆在高分子膜内部,夜光弹力织物的发光初始亮度可达1.643 cd/m2,经水洗后初始亮度仍可达到1.445 cd/m2,夜光弹力织物的拉伸性能比原有织物略有下降,但其具有较好的外观保形性能和抗弯曲性能。
  • 工艺·技术
  • 徐 丽,巩学海,盛 鹏,陈 新,韩 钰,刘双宇,王 博,赵广耀,刘海镇,毕 辉,黄富强
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  • 罗 斌,王延杰
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    离子聚合物金属复合材料的弹性模量与材料内部的含水量紧密相连,材料置于不同湿度环境下因含水量的差异会导致弹性模量不同,由于过程效应、实时性等因素影响,采用拉伸法测量材料的弹性模量不够准确。采用悬臂梁共振的方法测量该材料风干(吸水)过程中不同时刻的共振频率,通过公式转换计算得到不同时刻下弹性模量,然后通过测量材料在风干过程中含水量变化规律以及含水量与环境湿度的对应关系,最终得到该材料在不同湿度条件下的弹性模量,该方法简便可行,解决了测量不同湿度条件下离子聚合物金属复合材料弹性模量的难题。
  • 童 伟,裴久阳,陈名海,刘 宁,徐文雷
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    采用压力浸渗法制备了石墨/铝复合材料,研究了不同体积分数鳞片石墨对复合材料热学性能和组织的影响。结果表明,加入石墨片明显提高复合材料水平热导率,同时降低复合材料热膨胀系数和密度。当复合材料中石墨体积分数从23.9%增加到73.4%,复合材料水平热导率从234 W/(m·K)提高到402 W/(m·K),同时热膨胀系数降低至5×10-6/K,兼顾高热导率和低热膨胀系数的特点。
  • 张俊敏,闻 明,谭志龙,王传军,沈 月,易 伟,管伟明, 李艳琼
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    WTi合金具有低的电阻系数、良好的热稳定性能和抗氧化性能,已被成功地应用于半导体器件的扩散阻挡层。迄今为止,中国大量半导体行业用靶材仍从国外进口。因此,通过研究靶材制备工艺及性能的关系,制备出高密度、高纯度、富钛相β1(Ti,W)少的WTi合金靶材,不仅能够把握相关领域发展方向,并且具有十分可观的市场前景。本文用行星球磨的方式对Ti、W粉末进行预处理及混合,得到不同粒度组成的混合粉末,用真空热压法对粉末进行成型,制备得到的WTi10合金。利用X射线衍射仪(XRD)、金相和扫描电子显微镜(SEM)分析混合粉末的粒度组成,并对合金的结构和形貌进行分析,采用排水法及ICP测试仪,分析合金的密度及杂质含量。结果表明,在温度1 200 ℃,压力30 MPa的真空热压条件下,制备得到的4个样品均已形成体心立方β相的WTi固溶体。且混粉球磨时间对WTi固溶体的峰位及峰强没有影响。但粉末混合球磨时间对热压后合金的微观组织形貌影响较大,随着混粉时间的延长,富钛相β1呈先减少后增加的趋势,混粉3 h的热压得到的样品黑色富Ti固溶体相区域最少,性能最优,合金的密度均达到理论密度的99.48%,纯度>99.97%。采用该方法制备得到的WTi10合金可用于磁控溅射制备WTi扩散阻挡层。以上研究为真空热压法制备半导体行业用钨钛靶材的研究提供一定的基础研究数据。
  • 张亚军,姚忠平,姜兆华
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    通过电沉积和热氧化的方法制备了树枝状结构ZnFe2O4,研究了热氧化烧结条件对结构和光催化性能的影响。利用SEM、XRD表征样品的形貌和组成,利用紫外可见漫反射分析样品的光吸收性能,利用光催化制氢测试评价样品的光催化性能。结果表明烧结温度升高,树枝状结构氧化物可进一步生长,但是温度过高,枝状结构发生断裂。烧结温度为200 ℃时,光催化产氢速率为43.5 μmol/(h·g),烧结温度为350和450 ℃时,光催化产氢速率分别为70.5、75.5 μmol/(h·g)。烧结气氛不仅影响样品的树枝状结构,并且高纯氮气条件下样品中既有ZnFe2O4又有FeZn8.87以及ZnO相,其光催化产氢速率明显低于空气气氛烧结得到的样品的光催化产氢速率。
  • 刘以凡,陈文倩,刘明华
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    以废玻璃为主要原料,CaCO3为发泡剂,H3BO3为助熔剂,Na3PO4·12H2O为稳泡剂,利用CaCO3在高温熔融状态下分解产生CO2对熔体发泡制备泡沫玻璃。采用XRD、ESEM对制备所得的泡沫玻璃的物相和显微结构进行了表征和分析,研究了不同发泡温度对产品的气孔结构、表观密度、隔热性能及吸水率等的影响。结果表明,随着发泡温度的升高,泡沫玻璃气孔随之增大,到达一定温度后,随着温度升高,气体逸出,气孔收缩,而表观密度和抗折强度在同样温度变化下呈现下降的趋势。当发泡温度为810 ℃时,气孔大小适中且分布较均匀,综合性能相对良好,其表观密度为297.62 kg/m3,抗折强度为1.02 MPa,有最佳的隔热性能,体积吸水率为17.92%。
  • 武英峰
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    随着电路板(PCB)用基材覆铜板技术的不断发展,对覆铜板填料的要求也越来越高。硅微粉作为众多无机填料中的一种,越来越被广泛的使用,其中球形硅微粉与树脂相容性更加,有效提高了覆铜板耐热性。振动磨分级系统被用来生产类球形硅微粉。
  • 倪 晶,梁 英,蔡光义,董泽华
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    利用三嵌段共聚物P123作为软模板,植酸为P源,葡萄糖为碳源,经简单的水热法和KOH高温刻蚀,制备磷掺杂的三维多孔活性碳材料。SEM和TEM表明,经水热和碳化两个步骤处理后,得到的活性碳材料外表层为开放的大孔,内部则分布为大量介孔和微孔,形成孔嵌套的多层密集孔隙结构。红外光谱和X射线光电子谱(XPS)分析表明,经过高温刻蚀后P元素成功地保留在碳材料基体中,掺杂P后的碳材料电极在1 mol/L KOH电解液中的比电容为235 F/g,远高于AC未掺杂时的182 F/g,经4 000次充放电循环后,该P掺杂碳电极仍保留初始容量的91%,这表明P掺杂可以提高多孔碳材料的储能密度和循环稳定性。
  • 徐鸿飞,陈 林,俞南杰,杜亦航,林 俊,杜小泽
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    以聚丙烯为基材,六方氮化硼为填料,添加马来酸酐接枝聚丙烯,利用双螺杆挤出机制备导热复合材料。采用X射线衍射、扫描电子显微镜表征材料的微观结构,对复合材料的结晶性能、力学性能和导热性能进行分析。结果表明,马来酸酐接枝聚丙烯有利于增加聚丙烯与氮化硼的界面粘结,改善复合材料的结晶,增强复合材料拉伸强度和断裂伸长率,显著提高其热导率。氮化硼含量为30%(质量分数)时,添加马来酸酐接枝聚丙烯的复合材料热导率为0.512 W/(m·K),相对于只添加氮化硼的复合材料和聚丙烯,热导率分别提高1.08和2.3倍。