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疏水聚磷酸铵及耐水IFR-PP复合材料性能研究

超疏水材料研究进展

超疏水材料的研究进展 2015年5月3日

超疏水材料的研究进展 摘要:超疏水性材料因为它独特的性质,而在很多方面得到了广泛的应用。近年来,许多具有特殊润湿性的动植物表面同样受到关注。通过研究这些表面微观结构,人们成功地仿生制备出各种功能化超疏水表面,从而更好地满足工业中实际应用的需要。该综述简单地介绍了表面润湿的基本原理和一些自然界中的超疏水表面现象,重点介绍近几年超疏水表面应用的最新研究进展。最后,对超疏水表面研究的未来发展进行了展望。 关键词:超疏水、仿生、润湿、功能化表面 自然界中,经亿万年的自然选择,许多生物的表面都表现出优良的超疏水性能,比如荷叶、花生叶、莲叶等植物表面和水黾、鲨鱼表皮、沙漠甲虫、蝴蝶翅膀等动物体表。一直以来,这类自然现象都启发着各领域的科学工作者们,尤其是近几十年,仿生超疏水表面以其优越的防腐蚀、自清洁、防覆冰、抗菌等性能,在防腐、自清洁、建筑防水、流体减阻、防污等领域都有广泛的应用[1]。因此,对超疏水材料进行总结和展望,对这种材料的发展有重要的意义。 1超疏水原理 超疏水表面的定义可以从字面意思上进行理解,即指难以湿润的表面,固体表面的湿润性作为固体表面重要的特性之一,不仅受到固体表面粗糙度的影响,还受固体表面化学成分的影响,我们可以用液体与固体的接触角θ来作为是否湿润的判断依据。接触角越大,表面的疏水效果越好,反之亦然[2]。当θ=0°时,所表现为完全湿润;当θ<90°时,表面为可湿润,也叫做亲液表面;当θ>90°时,表面则为不湿润的疏离表面;当θ=180°时,则为完全不湿润。一般θ>150°被称为超疏水表面[3]。 接触角是衡量表面疏水性涂层湿润性的主要指标,但并不是唯一指标,在实际应用中还可以根据前进角、后退角的大小来考虑其动态过程。前进角与后退角是液滴前进或后退时与固体表面所成的临界角度。但是如果不断增加或减小固体

中国在超疏水材料研究方面的进展

中国在超疏水材料研究方面的进展 分子一班 张雷 3013207391 Abstract : 摘要:具有超疏水性、超双疏性等的微纳复合材料在人们的日常生活和国民生产各个部门都有着广泛的应用前景,因而也引起科学界的广泛关注。由于固体表面的浸润性决定于其表面的化学组成和表面形貌,因此通过改变固体的表面自由能和表面形貌可以实现对固体材料表面浸润性控制。近些年来,这方面的研究吸引了许多科学家和课题组的注意。可以说,超疏水、超双疏材料的制备正成为一个研究的热点问题。本文在查阅有关文献的基础上,分析中国在超疏水、超双疏材料制备方面的进展。 关键词:超疏水、超双疏、表面改性、润湿性

1、背景: 表面润湿性是指液体(通常为水)在固体材料表面的铺展能力。它是固体表面的重要性质之一, 许多物理化学过程,如吸附、润滑、黏合、分散和摩擦等均与表面的润湿性密切相关1。研究表明, 固体表面的润湿性是由其化学组成和微观几何结构共同决的, 定外场如光、电、磁、热等对固体表面的润湿性也有很大的影响2。固体表面的润湿性通常用水滴在其表面上形成的接触角来衡量, 接触角小于9 0°的表面称为亲水表面,大于9 0°的表面称为疏水表面, 而超疏水固体表面是指与水的接触角为1 5 0°以上的表面。 自然界中存在很多超疏水表面, 最典型的如以荷叶为代表的多种植物叶子表面(荷叶效应Lotus-effect)、蝴蝶等鳞翅目昆虫的翅膀以及水鸟的羽毛等3。受这些自然界中现象的启发,许多课题组都开展了超疏水材料制备方面的研究。 2、超疏水材料制备方法分类: 2.1 模板法: 江雷课题组组报道了一种以多孔氧化铝为模板制备超疏水材料的方法2。具体是将一定孔径的氧化铝模板覆盖在聚碳酸酯(PC)膜上,然后加热PC膜将其溶化并将其压入模板的孔内,最后除去模板即可得到纳米棒状的阵列结构。将模板制备成圆筒状重复上述过程可以得到大面积的阵列PC纳米棒。

表征材料疏水性能的指标

表征材料疏水性能的指标:接触角,滚动角(前进接触角和后退接触角之差) 决定因素:材料的表面能,材料的粗超程度。 具有低的表面能和粗超度。 疏水薄膜的化学成分主要考虑有机聚合物, 其疏水分子中除了碳以外, 含有大量低表面能的硅、氟等原子基团, 可以有效的降低材料的表面能, 从而使薄膜对水接触角增大。 氟系有机物、聚氟硅烷( FAS) 、有机硅聚合物等都具有较低的表面自由能, 也是目前研究和应用较多的疏水成膜剂 Takashi Monde 等人利用溶胶- 凝胶法制备了支链状的聚氟硅烷薄膜, 发现其具 有很好的热稳定性, 且具有低表面能的氟化物存在于薄膜的最表层。有机硅聚合物制成的薄膜具有较好的牢固度, 且不影响玻璃光学性能、无毒、无腐蚀, 也是良好的疏水物质。聚四氟乙烯( PTFE) 的特点一方面具有低表面能, 另一方面具有良好的化学稳定性, 但其缺点在于高熔融状态、高粘度和不溶性, 使得它难以制备和操作 除了本身化学组成外, 表面结构也控制着薄膜的浸润性 等人通过溶胶- 凝胶法将表无机疏水薄膜常用的制备方法有采用溶胶- 凝胶法、化学气相沉积(CVD)、等离子体增强化学气相沉积和氟硅表面活性剂原位修饰等。其中化学气相沉积法的原理是把含有构成需要元素的一种或几种化合物、单质气体供给载体, 借助气相作用, 在载体表面上进行化学反应生成要求的薄膜。其中化学气相沉积法制备薄膜产量高, 可在线生产, 能耗低, 比较适合制备金属氧化物多孔薄膜, 但反应条件苛刻, 工艺及装置复杂, 设备投资大。溶胶- 凝胶法是制备无机膜的比较成熟的方法, 一般分为胶体凝胶法和聚合凝胶法。胶体凝面粗糙度控制在20~50nm 之间, 使接触角达到165°。Hong B S 等人利用增加膜层表面粗糙度的方法提高了膜的疏水性, 但获得的透明薄膜不具备减反射性。通过相分离、刻蚀、固体表面添加有机疏水物等方法控制表面粗糙度, 不但可以得到具有预期疏水性能的表面结构, 而且可以同时满足表面的机械特性和透明度等要求。多孔的无机氧化物薄膜与玻璃、陶瓷等结合强度良好, 而且耐高温、耐腐蚀, 绝缘性好, 所以与有机疏水材料的复合将具有优异的综合性能, 在保持材料疏水性的同时对环境具有较好的适应性。比如SiO2 膜由于具有耐热性、耐候性、透明性、低折射性、低介电性等优良性能而在汽车玻璃、厨房用具、建筑玻璃、微电子集成电路等方面表现出广泛的应用前景。但是, SiO2 本身所具有的亲水性限制了其性能的发挥和实际应用。因此, 有必要对硅溶胶进行疏水改性的研究。

石墨烯_聚乳酸复合材料的制备与性能研究_谢元仲

石墨烯/聚乳酸复合材料的制备与性能研究 谢元仲,徐淑艳,张维丽,孟令馨 (东北林业大学,哈尔滨150040) 摘要:目的制备具有优异阻隔性能及热稳定性的聚乳酸薄膜材料。方法方法在聚乳酸中添加石墨烯对其进行改性。首先采用改进的Hummers 法将鳞片状石墨制备成氧化石墨烯,继而采用热剥离法将氧化石墨烯还原剥离为石墨烯,然后以聚乳酸为基材,还原后的石墨烯为增强相,采用流延法制备石墨烯/聚乳酸复合薄膜,并测试了其结构、热稳定性以及阻隔性能。结果结果红外分析表明,石墨被强氧化剂氧化后形成了以C —OH ,—COOH ,C —O —C 和C =O 等官能团形式存在的石墨层间化合物,还原后获得的石墨烯剥离充分;石墨烯/聚乳酸复合薄膜的热稳定性能和阻隔性能随石墨烯含量的增加而逐渐增强。结论结论在试验参数范围内,石墨烯/聚乳酸复合薄膜的热稳定性和阻隔性能优于聚乳酸薄膜。关键词:石墨烯;聚乳酸;阻隔性能;热稳定性中图分类号:TB484.9 文献标识码:A 文章编号:1001-3563(2016)09-0007-05 Preparation and Properties of Graphene and Polylactic Acid Composites XIE Yuan-zhong ,XU Shu-yan ,ZHANG Wei-li ,MENG Ling-xin (Northeast Forestry University ,Harbin 150040,China ) ABSTRACT :This work was aimed to obtain polylactic acid films with good barrier properties and thermal stability.Graphene was added into polylactic acid to modify it.Graphene oxide was prepared using the flaky graphite by the improved Hummers method.Graphene oxide was reduced to graphene by thermal stripping method.Grapheme/polylactic acid films were prepared with tape casting method,using polylactic acid as the substrate and graphene as the reinforcement.The structure,thermal stability and barrier properties of films were tested.Infra-red spectrogram showed that graphite intercalation compound with COOH,C =O,C —O —C and C —OH functional groups was formed when graphite was oxidized by the strong oxidizer,and graphene stripped sufficiently by reduction.The thermal stability performance and barrier properties of graphene and lactic acid composite films increased with the increasing graphene content.Within the scope of the test parameters,the thermal stability and barrier performance of the graphene/PLA composite films were better than those of polylactic acid film. KEY WORDS :graphene ;polylactic acid ;barrier properties ;thermal stability 收稿日期:2015-11-13 基金项目:中央高校基本科研业务费专项资金(2572015DY06) 作者简介:谢元仲(1989—),男,山东济宁人,东北林业大学硕士生,主攻包装材料阻隔性能。通讯作者:徐淑艳(1976—),女,辽宁朝阳人,博士,东北林业大学副教授,主要研究方向为包装材料。 包装的主要目的是保护内容物免受外界环境(如氧气、水蒸气、油脂等)的侵害,延长物品保质期,这就要求包装材料具有一定阻隔性能,尤其对氧气和水蒸气的阻隔性[1]。另外,高阻隔包装膜还应具有良好的透光性,内容物可见,能很好地展示商品。聚乳酸是 一种可完全生物降解的绿色包装材料,具有良好的力学性能、生物相容性、透光性,广泛应用于各种包装领域[2—5],但是,纯的聚乳酸膜阻隔性能较差,水蒸气和氧气很容易透过薄膜,且热稳定性差,易分解[6—8]。这些缺点使得聚乳酸无法满足作为高阻隔性包装材料的 包装工程 PACKAGING ENGINEERING 第37卷第9期2016年5月 7

超疏水材料制备及其在油水分离中的应用研究进展

超疏水材料制备及其在油水分离中的应用研究进展 摘要随着世界机械化以及工业化的发展,全球的水资源污染逐渐严重,人民群众对于水资源的供应以及淡水资源的处理越发关注,且为水资源处理技术的发展做出了较大贡献。作为水资源净化技术的重要组成部分,油水分离净化技术水平不仅关系着淡水资源的提供质量,而且对于人民群众的身体健康也具有重要影响。基于此,本文将超疏水材料制备及其在油水分离中的应用作为主要研究内容,通过对超疏水材料进行简单阐述,进而对超疏水材料的应用以及其在油水分离中的应用进行详细的研究与分析。本文旨在为超疏水材料在油水分离中的应用研究提供几点参考性建议,并为水资源的净化处理技术发展提供积极的推动作用。 关键词超疏水材料制备;油水分离;应用研究 前言 由于工业化的发展导致海洋中的水资源污染情况越加恶劣,有大量的油产品以及机溶剂污染流入海洋中,对海洋中的水资源产生了严重破坏,进而为水资源净化技术提出了更高的要求,对人类生存与发展也产生了威胁。基于此种宏观环境,本文对超疏水材料在油水分离中的应用进行详细的研究与分析。 1 超疏水材料概述 超疏水材料主要是利用其中较为独特的化学结构以及其本身的润湿性能来作为水资源净化技术中的一种使用材料。由于该种材料在材质表面上具有润湿性的特殊原理,并能够作为超疏水材料而应用至油水分离的水资源净化中,其还具有两方面的特征。第一方面,表面为微纳米结构。第二方面,表面具有低表面能的特色。同时,在该种材料的制备过程中还具有成本较低以及制备材料环保的优势。因此,在油水分离的水资源净化中被广泛使用。但在超疏水材料的具体制备中还有耗时周期长的缺点,而该种缺点与实际制备中的优势相比并不对超疏水材料的实际应用构成威胁[1]。 2 超疏水材料的应用 由于超疏水材料在近几年的广泛使用中其本身的特殊性能受到各领域研究人员的关注,进而推动着超疏水材料在多个研究领域以及生活领域被应用。本文将超疏水材料的应用特性总结为以下五个方面。第一方面,自清洁的特性应用。由于超疏水材料本身具有良好的润湿性,在其进行使用的过程中能够对自身的灰尘与脏污进行自行清理。在具体的应用中,将超疏水材料的特性应用在城市高楼的建设中,利用超疏水材料的自清洁特性减少建筑玻璃清洁的次數,降低楼房玻璃清洁的成本,并在一定程度上节约水资源[2]。第二方面,抗冰雪的特性应用。由于在冰天雪地的寒冷地区,电线、航行等方面均会有风雪粘粘,进而导致电力能源的传输问题,并对正常的航行产生困扰。而应用超疏水材料的抗冰雪特性将

聚乳酸纳米复合材料的制备及性能

聚乳酸纳米复合材料的制备及性能 本文讨论了聚乳酸(PLA)的改性方法一复合改性。主要论述了三种复合类型:聚乳酸/刚性纳米粒子复合材料、聚乳酸/层状硅酸盐纳米复合材料、聚乳酸/碳纳米管复合材料。 标签:聚乳酸;复合材料;生物降解 聚乳酸(PLA)是生物降解塑料中最优异的产品之一,它生物相容性好,无毒无刺激。但其固有缺陷如脆性大、耐热性差、成本高等限制了它的广泛应用。因此聚乳酸改性成为研究焦点。纳米复合改性因操作简单,效果立竿见影而成为聚乳酸改性领域的主要研究方向。 1 聚乳酸纳米复合材料 目前制备的聚乳酸纳米复合材料主要有3类:聚乳酸/刚性纳米粒子复合材料、聚乳酸/层状硅酸盐纳米复合材料、聚乳酸/碳纳米管复合材料。 1.1 聚乳酸/刚性纳米粒子复合材料 用来增强聚乳酸的刚性纳米粒子主要包括SiO2、CaCO3、TiO2等。Li等研究了纳米SiO2对PLA复合材料性能的影响。结果表明改性后PLA复合材料具有高的储能模量和降解速率。周凯等通过熔融共混制备了PLA/CaCO3复合材料,发现CaCO3使PLA的断裂从脆性转变为韧性,复合材料的耐热性和结晶性都得到提高。莊韦等通过原位聚合法制备PLA/TiO2纳米复合材料,结果表明复合材料的玻璃化转变温度和热分解温度提高;拉伸强度、弹性模量、断裂伸长率增大。环氧基笼型倍半硅氧烷(POSS)也可以改性聚乳酸。于静等制备了PLA/POSS 复合材料,发现POSS可以提高PLA的结晶速率、力学性能和降解速率。 1.2 聚乳酸/层状硅酸盐纳米复合材料 层状硅酸盐具有片层结构,片层之间可以容纳聚合物分子。 沈斌等制备了PLA/MMT纳米复合材料,结果表明复合材料力学性能得到改善,结晶度提高。马鹏程等用有机改性蒙脱土(OMMT)制备PLA复合材料,结果表明形成插层还是剥离结构取决于OMMT含量。3%OMMT可以提高PLA 的力学性能和热性能;OMMT增加了PLA熔体强度,在挤出发泡时充当成核剂,降低发泡剂气体向熔体外部的扩散。滑石粉(Talc)也是常见的片层填料。吴越等制备PLA/Talc复合材料,结果表明Talc粒子提高了复合材料的拉伸强度、冲击强度,热稳定性。 1.3 聚乳酸/碳纳米管复合材料

超疏水材料研究报告进展

超疏水材料研究进展 摘要:本文介绍了超疏水材料的性质、应用、转变、制备以及存在的问题等。详细介绍了超疏水材料在流体减阻中、抗腐蚀中、建筑防污耐水等领域内、微流体控制方面的应用和常用的几种制备方法。 关键词:超疏水材料;超疏水应用;制备 1 引言 近年来,超疏水材料引起了人们的普遍关注。所谓超疏水材料,就是指水在材料平面上的接触角大于150°的材料。超疏水材料的特性最初是在荷叶上发现的,荷叶表面的超疏水特性赋予了它们非常好的自清洁效应,污染物很容易被水滴带走[1]。有关超疏水的基础理论研究始于上世纪50年代,因其优异的自洁性有望在国防、众多工业领域和日常生活等方面有广阔的应用前景,研究工作备受各国重视。固体表面的润湿性是由其化学组成和表面微观结构共同决定的。目前,通过对荷叶表面自洁性的仿生研究表明,因其层级微、纳米结合的双微观结构和覆盖在上面的低表面能物质的协同效应而表现出完美的疏水性[2]。 人们通常用液体在材料表面的接触角来表征材料表面的润湿性。按照水滴在材料表面接触角大小的不同,我们可以将材料进行如下分类当接触角小于90o时,我们认为这种材料是亲水材料;如果水滴在材料表面的接触角小于5o,那么这种材料是超亲水材料,例如经浓硫酸和双氧水(体积比为7:3)处理过的硅片,水滴在它的上面会立刻铺展开,展示出超亲水的性质;当材料表面接触角大于90o时,我们认为这种材料是疏水材料;如果材料的表面接触角大于150o那么我们认为这种材料是超疏水材料,例如我们前面所提到的荷叶,水滴在其表面的接触角大于150o,不能稳定停留,极易滑落,因而造就了它“出淤泥而不染”的性质。如图1所示,(a)为亲水,(b)为疏水。 (a) (b)

复合材料力学

复合材料力学 论文题目:用氧化铝填充导热和电绝缘环氧 复合材料的无缺陷石墨烯纳米片 院系班级:工程力学1302 姓名:黄义良 学号: 201314060215

用氧化铝填充导热和电绝缘环氧复合材料的无缺陷石墨烯纳米片 孙仁辉1 ,姚华1 ,张浩斌1 ,李越1 ,米耀荣2 ,于中振3 (1.北京化工大学材料科学与工程学院,有机无机复合材料国家重点实验室北京 100029;2.高级材料技术中心(CAMT ),航空航天,机械和机电工程学院J07,悉尼大学;3.北京化工大学软件物理科学与工程北京先进创新中心,北京100029) 摘要:虽然石墨烯由于其高纵横比和优异的导热性可以显着地改善聚合物的导热性,但是其导致电绝缘的严重降低,并且因此限制了其聚合物复合材料在电子和系统的热管理中的广泛应用。为了解决这个问题,电绝缘Al 2O 3用于装饰高质量(无缺陷)石墨烯纳米片(GNP )。借助超临界二氧化碳(scCO 2),通过Al(NO 3)3 前体的快速成核和水解,然后在600℃下煅烧,在惰性GNP 表面上形成许多Al 2O 3纳米颗粒。或者,通过用缓冲溶液控制Al 2(SO 4)3 前体的成核和水解,Al 2(SO 4)3 缓慢成核并在GNP 上水解以形成氢氧化铝,然后将其转化为Al 2O 3纳米层,而不通过煅烧进行相分离。与在scCO2的帮助下的Al 2O 3@GNP 混合物相比,在缓冲溶液的帮助下制备的混合物高度有效地赋予具有优良导热性的环氧树脂,同时保持其电绝缘。具有12%质量百分比的Al 2O 3@GNP 混合物的环氧复合材料表现出1.49W /(m ·K )的高热导率,其比纯环氧树脂高677%,表明其作为导热和电绝缘填料用于基于聚合物的功能复合材料。 关键词:聚合物复合基材料(PMCs ) 功能复合材料 电气特性 热性能 Decoration of defect-free graphene nanoplatelets with alumina for thermally conductive and electrically insulating epoxy composites Renhui Sun 1,Hua Yao 1, Hao-Bin Zhang 1,Yue Li 1,Yiu-Wing Mai 2,Zhong-Zhen Yu 3 (1.State Key Laboratory of Organic-Inorganic Composites, College of Materials Science and Engineering, Beijing University of Chemical Technology, Beijing 100029, China; 2.Centre for Advanced Materials Technology (CAMT), School of Aerospace, Mechanical and Mechatronic Engineering J07, The University of Sydney, Sydney, NSW 2006, Australia; 3.Beijing Advanced Innovation Center for Soft Matter Science and Engineering, Beijing University of Chemical Technology, Beijing 100029, China) Abstract:Although graphene can significantly improve the thermal conductivity of polymers due to its high aspect ratio and excellent thermal conductance, it causes serious reduction in electrical insulation and thus limits the wide applications of its polymer composites in the thermal management of electronics and systems. To solve this problem, electrically insulating Al 2O 3is used to decorate high quality (defect-free) graphene nanoplatelets (GNPs). Aided by supercritical carbon dioxide (scCO 2), numerous Al 2O 3 nanoparticles are formed

超疏水材料的应用及进展

超疏水材料的应用及进展 在仿生研究领域,许多奇特的微/纳生物表面现象给予人们大量的启示。比如荷叶效应、水黾在水面上奔跑以及蝴蝶翅膀的自洁,引发了人们对超疏水材料的研究兴趣。本文综述了仿生超疏水表面的润湿性原理、主要制备方法和应用。 关键词:仿生超疏水;润湿性;制备方法;应用 在时间的长河中,大自然不断地孕育生命,每一个生命体都具有其独特的艺术性、科学性。人类在不断适应自然、认识自然的同时,逐渐开始研究自然。仿生研究是人们学习自然,提高现有技术的有效手段。在仿生研究领域,许多奇特的微纳生物表面现象给予了人们大量的启示与想象空间[1]。比如荷叶效应[2] 、水黾在水面上奔跑以及蝴蝶翅膀的自洁[3],引发了人们对仿生超疏水材料的研究兴趣。 1 润湿性原理 固体表面的润湿性[4]对揭示表面亲、疏水性,强化表面疏水性能和制备疏水表面具有重要意义。描述润湿性的指标为与水的接触角,接触角小于9O°,为亲水表面,接触角大于90°,为疏水表面,接触角大于150°,则称为超疏水表面。 Wenzel[5]假设液体始终填满固体表面上的凹槽结构,粗糙

表面的表观接触角θ?与光滑平坦表面本征接触角θ存在以下关系:r (γs-g-γl-s)/γl-g=cosθ?=rI cosθ,式中r是材料表面的粗糙度因子,为固液界面实际接触面积与表观接触面积之比。而Cassie[6]认为疏水表面上的液滴不能填满粗糙表面上的凹槽,凹槽中液滴下存留空气,从而表观上的固液接触实际上是固液、固气接触共同组成,提出cosθ?=fs(1+c cosθ)-1,式中:fs是复合接触面中凸起固体面积与表观接触面积之比,其值小于1。而Cassie和Baxter[7]从热力学角度得到适合任何复合表面接触的Cassie-Baxter方程cosθ?=f1cosθ1+: f2cosθ2,式中θ?是复合表面的表观接触角,f1、f2分别是两种介质在固体表面上所占面积的比例,θ1、θ2分别是2种介质界面间(固液、气液)的本征接触角。研究发现[8],固体表面随着微孔深度的增加,液体的浸润性增大,润湿性减小;随着孔间距的增大,液体的润湿深度先减小后增大。超 2 制备方法 由材料表面润湿性原理可知,材料表面能和表面微纳米结构是影响材料表面疏水、亲水性能的主要因素。制备仿生超疏水表面主要从两方面入手,一方面是使用具有低表面能材料,另一方面是改变材料表面粗糙度和微纳米结构。。 2.1、自然界物质中表面能最低的两种材料是硅氧烷、含氟

复合材料结构与力学设计复结习题(本科生)

《复合材料结构设计》习题 §1 绪论 1.1 什么是复合材料? 1.2 复合材料如何分类? 1.3 复合材料中主要的增强材料有哪些? 1.4 复合材料中主要的基体材料有哪些? 1.5 纤维复合材料力学性能的特点哪些? 1.6 复合材料结构设计有何特点? 1.7 根据复合材料力学性能的特点在复合材料结构设计时应特别注意到哪些问题? §2 纤维、树脂的基本力学性能 2.1 玻璃纤维的主要种类及其它们的主要成分的特点是什么? 2.2 玻璃纤维的主要制品有哪些?玻璃纤维纱和织物规格的表示单位是什么?2.3 有一玻璃纤维纱的规格为2400tex,求该纱的横截面积(取玻璃纤维的密度 为2.54g/cm3)? 2.4 有一玻璃纤维短切毡其规格为450 g/m2,求该毡的厚度(取玻璃纤维的密 度为2.54g/cm3)? 2.5 无碱玻璃纤维(E-glass)的拉伸弹性模量、拉伸强度及断裂伸长率的大致 值是多少? 2.6 碳纤维T-300的拉伸弹性模量、拉伸强度及断裂伸长率的大致值是多少?密 度为多少? 2.7 芳纶纤维(kevlar纤维)的拉伸弹性模量、拉伸强度及断裂伸长率的大致值 是多少?密度为多少? 2.8 常用热固性树脂有哪几种?它们的拉伸弹性模量、拉伸强度的大致值是多 少?密度为多少?热变形温度值大致值多少? 2.9 简述单向纤维复合材料抗拉弹性模量、抗拉强度的估算方法。 2.10 试比较玻璃纤维、碳纤维单向复合材料顺纤维方向拉压弹性模量和强度值,指出其特点。 2.11 简述温度、湿度、大气、腐蚀质对复合材料性能的影响。 2.12 如何确定复合材料的线膨胀系数? 2.13已知玻璃纤维密度为ρf=2.54g/cm3,树脂密度为ρR=1.20g/cm3,采用规格 为450 g/m2的玻璃纤维短切毡制作内衬时,其树脂含量为70%,这样制作一层其GFRP的厚度为多少? 2.14 采用2400Tex的玻璃纤维(ρf=2.54g/cm3)制造管道,其树脂含量为35% (ρR=1.20g/cm3),缠绕密度为3股/10 mm,试求缠绕层单层厚度? 2.15 试估算上题中单层板顺纤维方向和垂直纤维方向的抗拉弹性模量和抗拉强度。 2.16已知碳纤维密度为ρf=1.80g/cm3,树脂密度为ρR=1.25g/cm3,采用规格为300 g/m2的碳纤维布制作复合材料时,其树脂含量为32%,这样制作一层其CFRP的厚度为多少?其纤维体积含量为多少? 2.17 某拉挤构件的腹板,厚度为5mm,采用±45°的玻璃纤维多轴向织物(面密

超疏水高分子薄膜的研究进展 (1)

超疏水高分子材料的研究进展 摘要:近十年来,由于超疏水表面在自清洁、防冰冻、油水分离等方面的广泛应用前景,超疏水高分子薄膜的研究受到了极大的关注。本文综述了超疏水高分子材料的制备方法,并对超疏水高分子材料研究的未来发展进行了展望。 关键词:超疏水,高分子材料,自清洁 Developments of super-hydrophobic Ploymeric material Abstract: In the last decades, super-hydrophobic surface has aroused great interest in both academic and industrial fields owing to their potential application in self-cleaning, anti-icing/fogging, water/oil separation, et al. In this paper, the recent development in super-hydrophobic polymeric membrane is reviewed from both preparation and technique, and the future development direction of the superhydrophobic polymeric surface is also proposed in the end. Key Words: super-hydrophobic, polymeric membrane, self-cleaning. 引言 自然界是功能性表面的不竭源泉。植物叶表面的自清洁效果引起了人们的很大的兴趣,在以荷叶为典型代表的自然超疏水表面上充分体现了这种自清洁性质,因此称之为“荷叶效应”[1]。图 1.1中展示的是水滴和汞在荷叶表面的宏观与微观的照片[2]。植物叶表面的微观结构产生自清洁性这一发现不仅为人工构筑超疏水表面提供的灵感,而且植物叶本身也是一个优异的模板,通过对其结构的复制,可望得到具有类似于植物叶表面微结构及自清洁性能的表面。通过对生物体表面结构仿生可以实现结构和性能的完美统一[3-12]。 随着高分子材料在日常生活中的广泛应用,针对高聚物材料存在的表面问题,例如表面的防污性、湿润性,防冰冻,抗菌性等的研究变得越来越重要,特别是智能高分子材料的性能研究尤为引人注目。由于超疏水材料在自清洁、

石墨烯疏水性能研究

文章编号:1001G9731(2018)09G09156G04 石墨烯疏水性能研究? 洪一跃1,李多生1,叶一寅1,Q i n g h u aQ i n2,邹一伟1,林奎鑫1 (1.南昌航空大学材料科学与工程学院,南昌330063; 2.R e s e a r c hS c h o o l o fE n g i n e e r i n g,A u s t r a l i a nN a t i o n a lU n i v e r s i t y,A c t o nA C T2601,A u s t r a l i a) 摘一要:一通过化学气相沉积(C V D)方法在蓝宝石衬底表面生长石墨烯,探究生长时间对石墨烯疏水性能和微结构的影响.利用接触角测量仪二傅里叶红外光谱仪二拉曼光谱仪二场发射扫描电镜研究石墨烯的疏水性能和微结构.发现生长时间是30m i n时,石墨烯的接触角最大,为129.96?,表现出疏水性,红外测试表明只有C C,拉曼分析发现在10~30m i n的生长时间下,石墨烯都出现了3个特征峰.较大的接触角使石墨烯有望作为疏水材料,甚至可以通过对其疏水改性让它在超疏水领域存在潜在应用. 关键词:一石墨烯;疏水性;接触角;半高宽 中图分类号:一O647文献标识码:A D O I:10.3969/j.i s s n.1001G9731.2018.09.029 0一引一言 1966年,M e r m i n和W a g n e r提出的M e r m i nGW a g n e r理论,指出二维晶体材料不能稳定存在[1],导致二维碳材料的研究一直处于空白阶段.2004年,英国曼彻斯特大学N o v o s e l o v和G e i m等[2]用机械剥离的方法制备石墨烯,打破了二维晶体材料在常温中无法稳定存在的预言.石墨烯具有优良的导电性二机械性能二电化学性能和催化性能,在电容材料二电极材料二催化剂二生物传感器和润滑添加剂等方面具有很高的应用价值[3G6].但是到目前为止,人们的研究主要集中在石墨烯的光学二电学性质,对其表面性质研究较少.根据W e n z e l[7]和C a s s i e[8]理论,石墨烯薄膜的表面浸润性质由两个因素决定:薄膜表面粗糙度和表面自由能.L e e n a e r t s等[9]用密度泛函理论计算得出:石墨烯薄膜表面的水分子之间的结合能大于其与石墨烯的吸附能,使得水分子团聚为水滴,石墨烯表现为疏水性. Y o u n g等[10]制备的外延石墨烯薄膜的接触角为92?, S h i n等[11]制备的还原石墨烯薄膜的接触角为127?.当材料的接触角>150?时,材料表现为超疏水,此时材料可以通过超疏水表面的构建实现表面自清洁效应.因此,石墨烯的疏水性有望在不久的将来用于疏水甚至超疏水材料的领域[12G13].蓝宝石作为一种窗口材料,在其表面制备出疏水性较高的石墨烯有利于窗口表面的清洁和光的透过,增强了窗口的光学性能.石墨烯在金属衬底[14G15]上的生长相较于绝缘衬底[16G17]上的生长来说更为容易一些,在目前制备石墨烯的众多方法中,化学气相沉积[18](C V D)法是制备石墨烯的一种重要的生长方法.因此本文采用C V D法在蓝宝石衬底上制备石墨烯,研究生长时间对石墨烯接触角和石墨烯生长质量的影响. 1一实一验 1.1一石墨烯的制备 以尺寸为10mm?10mm的蓝宝石(0001)作为生长的衬底材料,然后经丙酮二无水乙醇二去离子水超声清洗20m i n,待衬底吹干后通过推杆将衬底送入刚玉管中心区域,最后将刚玉反应室抽至真空,检查气密性,开启装置加热程序进行实验,石墨烯C V D生长过程示意图如图1所示.在实验中采用C H4作为碳源气体,H2作为刻蚀气体,A r作为载气,C H4流量为6m L/m i n,H2流量为40m L/m i n,A r流量为100m L/m i n,生长温度为1300?,生长压力约为10T o r r,生长时间为10~30m i n,生长完成后,关闭加热程序,待衬底冷却至室温,关闭气体流量. 图1一C V D生长过程示意图 F i g1C V D g r o w t h p r o c e s s d i a g r a m 6519 02018年第9期(49)卷 ?基金项目:国家自然科学基金资助项目(51562027,11772145);江苏省精密与微细制造技术重点实验室基金资助项目(J K L2015001) 收到初稿日期:2018G02G27收到修改稿日期:2018G04G26通讯作者:李多生,EGm a i l:d u o s h e n g.l i@n c h u.e d u.c n 作者简介:洪一跃一(1993-),男,安徽安庆人,在读硕士,师承李多生副教授,从事石墨烯材料研究.

超疏水材料的研究现状及应用

超疏水材料的研究现状及应用 摘要:超疏水表面材料具有防水、防污、可减少流体的粘滞等优良特性,是目前功能材料研究的热点之一。由于超疏水表面在自清洁表面、微流体系统和生物相容性等方面的潜在应用,有关超疏水表面的研究引起了极大的关注,本文简述了超疏水表面的制备方法,归纳了超疏水表面的应用,对超疏水表面研究的发展进行了展望。 关键词:超疏水表面材料;微流体系统;表面制备方法;表面应用Superhydrophobic materials Research and Application Li Yongliang (Jiangnan University, College of Chemistry and Materials Engineering Jiangsu Wuxi 214122,China) Abstract:Superhydrophobic surface material with a waterproof, anti-fouling, can reduce the viscosity of the fluid and other excellent features, is currently one of the hot functional materials. As super-hydrophobic surface in the self-cleaning surfaces, microfluidic systems, biocompatibility and other potential applications, research on super-hydrophobic surface caused a great deal of attention, this paper outlines the super-hydrophobic surface preparation methods, summarized the super-hydrophobic surface application of research for the development of super-hydrophobic surfaces were discussed. Keywords:Superhydrophobic surface material; Microfluidic systems; Surface preparation methods; Surface application 近年来,植物叶表面的超疏水现象引起了人们的关注。所谓植物超疏水能力,就是植物叶面具有显著的疏水,脱附,防粘,自清洁功能等。随着科学的发展 , 各种疏水表面的设计和应用成为研究的热点问题之一。一般认为水滴接触角大于 150°的表面称为超疏水表面。自然界里有很多动植物表面都具有高疏水性和自洁功能,例如荷叶和水稻叶表面,其表面水的接触角都高达160°以上,滚动角小于3°。超疏水表面的制备通常包括粗糙表面的制备和使用低表面能物质

超疏水材料研究进展

超疏水材料研究进展

超疏水材料研究进展 摘要: 本文介绍了超疏水材料的性质、应用、转变、制备以及存在的问题等。详细介绍了超疏水材料在流体减阻中、抗腐蚀中、建筑防污耐水等领域内、微流体控制方面的应用和常用的几种制备方法。 关键词:超疏水材料;超疏水应用;制备 1 引言 近年来,超疏水材料引起了人们的普遍关注。所谓超疏水材料,就是指水在材料平面上的接触角大于150°的材料。超疏水材料的特性最初是在荷叶上发现的,荷叶表面的超疏水特性赋予了它们非常好的自清洁效应,污染物很容易被水滴带走[1]。有关超疏水的基础理论研究始于上世纪50年代,因其优异的自洁性有望在国防、众多工业领域和日常生活等方面有广阔的应用前景,研究工作备受各国重视。固体表面的润湿性是由其化学组成和表面微观结构共同决定的。目前,通过对荷叶表面自洁性的仿生研究表明,因其层级微、纳米结合的双微观结构和覆盖在上面的低表面能物质的协同效应而表现出完美的疏水性[2]。 人们通常用液体在材料表面的接触角来表征材料表面的润湿性。按照水滴在材料表面接触角大小的不同,我们可以将材料进行如下分类当接触角小于90o时,我们认为这种材料是亲水材料;如果水滴在材料表面的接触角小于5o,那么这种材料是超亲水材料,例如经浓硫酸和双氧水(体积比为7:3)处理过的硅片,水滴在它的上面会立刻铺展开,展示出超亲水的性质;当材料表面接触角大于90o时,我们认为这种材料是疏水材料;如果材料的表面接触角大于150o那么我们认为这种材料是超疏水材料,例如我们前面所提到的荷叶,水滴在其表面的接触角大于150o,不能稳定停留,极易滑落,因而造就了它“出淤泥而不染”的性质。如图1所示,(a)为亲水,(b)为疏水。 (a) (b) 图1 接触角示意图

复合材料力学沈观林编着清华大学出版社

《复合材料力学》沈观林编著清华大学出版社 第一章复合材料概论 1.1复合材料及其种类 1、复合材料是由两种或多种不同性质的材料用物理和化学方法在宏观尺度上组成的具有新性能的材料。 2、复合材料从应用的性质分为功能复合材料和结构复合材料两大类。功能复合材料主要具有特殊的功能。 3、结构复合材料由基体材料和增强材料两种组分组成。其中增强材料在复合材料中起主要作用,提供刚度和强度,基本控制其性能。基体材料起配合作用,支持和固定纤维材料,传递纤维间的载荷,保护纤维。根据复合材料中增强材料的几何形状,复合材料可分为三大类:颗粒 复合材料、纤维增强复合材料(fiber-reinforced composite)、层禾口 复合材料。 (1)颗粒:非金属颗粒在非金属基体中的复合材料如混凝土;金属颗粒在非金属基体如固体火箭推进剂;非金属在金属集体中如金属陶 '瓷O (2)层合(至少两层材料复合而成):双金属片;涂覆金属;夹层玻璃。 (3)纤维增强:按纤维种类分为玻璃纤维(玻璃钢)、硼纤维、碳纤维、碳化硅纤维、氧化铝纤维和芳纶纤维等。 按基体材料分为各种树脂基体、金属基体、陶瓷基体、和碳基体。按纤维形状、尺寸可分为连续纤维、短纤维、纤维布增强复合材料。 还有两种或更多纤维增强一种基体的复合材料。如玻璃纤维和碳纤维增强树脂称为混杂纤维复合材料。 5、常用纤维(性能表见P7表1-1) 玻璃纤维(高强度、高延伸率、低弹性模量、耐高温) 硼纤维(早期用于飞行器,价高)碳纤维(主要以聚丙烯腈PAN纤维或沥青为原料,经加热氧化,碳化、石墨化处理而成;可分为高强度、高模量、极高模量,后两种成为石墨纤维(经石墨化2500~3000°C);密度比玻璃纤维小、弹性模

复合材料力学

目录 复合材料细观力学 (1) 简支层合板的自由振动 (9) 不同条件下对称层合板的弯曲分析 (14)

复合材料细观力学 ——混凝土细观力学 一、研究背景 复合材料细观力学 复合材料细观力学是20世纪力学领域重要的科学研究成果之一,是连续介质力学和材料科学相互衍生形成的新兴学科。 近20年来,我国科技工作者应用材料细观力学的理论和方法,成功研究了许多复合材料的增强,断裂和破坏问题,给出了一些特色和有价值的研究成果。 混凝土细观力学 混凝土作为一种重要的建筑材料已有百余年的历史,它广泛应用于房屋、桥梁、道路、矿井、及军工等诸多方面。在水工建筑方面,混凝土也被大量使用,特别是大体积混凝土,它是重力坝和拱坝的主要组成部分,对混凝土各项力学性能的准确把握及应用,在一定程度上决定了水工建筑物的质量和安全性能。 二、研究目的 长期以来,在混凝土应用的各个领域里,人们对混凝土的力学特性进行了大量的研究。如何充分的利用混凝土的力学性能,建造出更经济、更安全和更合理的建筑物或工程结构,一直都是结构工程设计领域研究的重要课题。 三、研究现状 混凝土是由粗骨料和水泥砂浆组成的非均质材料,它的力学性能

受到材料的品质、组分、施工工艺和使用条件等因素的影响。过去,人们对混凝土力学性能的研究很大程度上是依靠实验来确定的。随着实验技术的发展,混凝土各种力学性能被揭示出来。但由于实验需要花费大量的人力、物力和财力,而且所得到的实验成果往往由于实验条件的限制也是很有限的。 现代科学的一个重要的思维方式与研究方法就是层次方法,在对客观世界的研究中,当停留在某一层次,许多问题无法解决时,深入到下一个层次,问题就会迎刃而解。 对混凝土断裂问题的研究归纳为如下四个研究层次: 1)宏观层次:混凝土这种非均质材料存在着一个特征体积,经验的 特征体积相应于3~4倍的最大骨料体积。当混凝土体积大于这种特征体积时,材料被假定为均质的,当小于这种特征体积时,材料的非均质性将会十分明显。有限元计算结果反映了一定体积内的平均效应,这个特征体积的平均应力和平均应变称之谓宏观应力和宏观应变。 2)细观层次:在这个层次中,混凝土被认为是一种由骨料、砂浆和 它们之间的粘结带组成的三相非均质复合材料,细观内部裂隙的发展将直接影响混凝土的宏观力学性。细观层次的模型一般是毫米或厘米量级。 3)微观层次:在这个层次上,认为砂浆的非均质性是由浆体中的孔 隙所产生的。由于砂浆中孔隙很小而且量多,随机分布,水泥砂

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