溶胶-凝胶法制备纳米SiO2／CE复合材料的研究

采用溶胶-凝胶法,利用正硅酸乙酯(TEOS)在有机溶剂中的水解-缩合制备纳米SiO2.将所制备的纳米SiO2用于改性双酚A型氰酸酯树脂(BADCy),制备纳米SiO2/BADCy浇铸体.采用透射电镜(TEM)分析SiO2在BADCy基体中的分散性,同时测试了复合材料的力学性能.结果表明,粒径为20～50 nm的SiO2在基体中以纳米量级均匀分散,与BADCy结合界面模糊,两者具有较好粘结性;添加纳米SiO2可以明显提高复合材料的冲击强度和弯曲强度,当纳米SiO2的含量为4%时,力学性能改性效果最佳.     

纳米SiO2复合对铝合金表面微弧氧化层生长动力学的影响

通过在微弧氧化电解液中添加纳米SiO2颗粒配制纳米电解液,在铝合金表面制备了纳米复合微弧氧化层,考察了恒电压和恒电流两种模式下纳米SiO2复合对微弧氧化层生长动力学的影响.结果表明,恒电压模式下,纳米SiO2复合大幅度提高了生长电流和微弧氧化层生长速率;恒电流模式下,纳米SiO2复合提高了微弧氧化层生长速率,电流效率提高.纳米SiO2颗粒在纳米复合微弧氧化层中掺杂,形成杂质能级,并且降低了微弧氧化层材料的禁带宽度,促进了微弧氧化电击穿过程,是纳米SiO2复合促进微弧氧化层生长的主要原因.     

环氧／纳米SiO2杂化浆料的制备及其对碳纤维复合材料性能的影响

采用溶胶-凝胶技术制备了环氧/纳米SiO2杂化浆料,对杂化浆料膜的结构和性能进行了表征分析,同时研究了该浆料对碳纤维复合材料性能的影响.首先制备了(γ-异氰酸酯基)丙基三乙氧基硅烷接枝的环氧树脂,利用该树脂对纳米SiO2先驱体进行原位改性,制备碳纤维表面环氧/纳米SiO2杂化浆料.采用FT-IR,AFM和综合热分析仪对纳米SiO2先驱体的原位改性结构、浆料膜的显微形态和相态及其热性能进行分析,成功制备了环氧/纳米SiO2杂化浆料,SiO2以纳米尺度均匀地分布于杂化浆料膜中,纳米SiO2的引入使杂化浆料膜的热性能得到了提高.采用该杂化浆料对碳纤维表面进行改性,复合材料力学性能研究表明,杂化浆料可同时提高复合材料的层间剪切强度和冲击性能.     

聚丙烯/纳米SiO2复合材料的结晶行为研究

纳米SiO2经过超声波分散后,用硅烷偶联剂和分散剂A组成的复合偶联剂体系进行表面处理,通过熔融共混法与聚丙烯混合制得聚丙烯/纳米SiO2复合材料.通过DSC分析,研究纳米SiO2对聚丙烯结晶行为的影响.研究发现,纳米SiO2在聚丙烯中起到异相成核的作用,使聚丙烯的结晶温度提高,结晶速率增大,微晶尺寸分布减小.非等温结晶动力学研究表明,不同降温速率下的成核机理基本不变.降温速率越快,单位结晶时间达到的相对结晶度越高.     

纳米SiO2填充杂萘联苯聚醚酮复合材料的性能研究

采用悬浮液共混法制备了纳米SiO2填充新型含二氮杂萘酮结构聚芳醚酮(PPEK)复合材料,并对其力学性能、摩擦性能和热学性能进行了研究。结果表明：当纳米SiO2含量为1％时,复合材料的综合力学性能最佳;纳米SiO2的加入,使得复合材料的摩擦性能比纯树脂有了明显提高,当纳米SiO2含量达到7％时,摩擦磨损综合性能最好,且在大载荷下纳米SiO2更能有效改善复合材料的摩擦磨损性能。DSC测试表明,7％纳米SiO2填充PPEK的玻璃化转变温度与纯PPEK相当。     

纳米多壁碳管结构变化对其复合材料微波性能影响

采用不同温度热处理纳米多壁碳管,研究纳米多壁碳管结构变化对相应复合材料的微波特性的影响.采用拉曼光谱分析表征纳米多壁碳管热处理前后的结构变化;测试纳米多壁碳管/石蜡复合材料在0.5 ～ 6GH介电谱.结果显示,热处理温度≤1000℃,纳米多壁碳管的ID/IG值基本不变,相应复合材料的复介电常数大致相等且吸波性能基本相同;热处理温度＞ 1000℃,ID/IG值明显减小,内部结构发生重排,纳米多壁碳管平均晶粒尺寸增大,相应的纳米多壁碳管复合材料的复介电常数无论实部还是虚部均明显下降,微波吸收峰向高频移动.通过热处理控制纳米多壁碳管的ID/IG值和平均晶粒尺寸,可以调整纳米多壁碳管复合材料的微波介电谱,达到调整纳米多壁碳管复合材料的微波吸收特性的目的.     

纳米二氧化硅目标杂化聚酰亚胺复合材料膜的制备与性能表征

原位聚合制备了纳米二氧化硅(SiO2)目标杂化聚酰亚胺(PI)复合材料膜。实验表明,采用溶胶 凝胶法原位聚合制备的纳米SiO2 PI杂化膜在SiO2含量达到20wt%时,仍然是透明的,而且根据电镜观察,SiO2粒子在PI基体中均匀分散。随着SiO2含量的增加,杂化PI复合材料膜的耐热性、动态力学性能、拉伸性能均有不同程度的提高,且吸湿性降低。分析表明,SiO2前驱体在反应初期即被"固定"在聚酰胺酸大分子链的羧基(-COOH)上,然后在酰亚胺化过程中原位生成纳米SiO2粒子,SiO2粒子表面上的大量高活性硅羟基(-Si-OH)与PI大分子链上的羰基(>C=O)形成氢键而实现目标杂化。     

纳米超级隔热材料的设计与制备

从纳米超级隔热材料的组成及微观结构角度分析了降低材料热导率的途径,提出了降低纳米超级隔热材料热导率的一般原则,制备了SiO2及SiO2-Al2O3纳米超级隔热材料并对材料的孔结构进行控制.结果表明:SiO2和SiO2-Al2O3纳米超级隔热材料具有均匀的多孔结构,Al2 O3的加入提高了SiO2纳米超级隔热材料的热稳定性,且不会破坏材料的多孔结构,室温热导率仅为0.02 W/(m·K),提出了Al2O3改善SiO2纳米超级隔热材料热稳定性的机理.     

γ-Al_2O_3对纳米SiO_2多孔绝热材料烧结行为的影响

针对纳米SiO2多孔绝热材料高温收缩问题,采用纳米γ-Al2O3作为添加剂,研究了煅烧温度和γ-Al2O3添加量对绝热材料体积收缩率的影响,以及γ-Al2O3的引入对材料绝热性能的影响。结果表明:煅烧温度越高,纳米SiO2多孔绝热材料体积收缩越严重。γ-Al2O3的引入能明显降低绝热材料的高温体积收缩率,当添加量为5%(质量分数)时,1 000℃体积收缩率从10.49%下降至3.47%,随着添加量的增加,抑制体积收缩效果越明显。在高温环境下,γ-Al2O3的引入对纳米SiO2多孔绝热材料绝热性能影响较小。此外,通过固体烧结动力学理论以及XRD、FESEM等表征方法阐释了γ-Al2O3抑制高温收缩机理。     

纳米SiO_2复合处理对7A52铝合金微弧氧化陶瓷层孔隙率及性能的影响

通过向电解液中添加纳米二氧化硅颗粒（n—SiO2）,经微弧氧化,在7A52铝合金表面制备n—SiO2复合陶瓷层,研究n—SiO2复合处理对陶瓷层孔隙率及性能的影响。结果表明,经n-SiO2复合处理后,陶瓷层孔隙尺寸减小,孔隙率降低,致密性提高,因而陶瓷层显微硬度和抗盐雾腐蚀性能显著提高。n—SiO2在放电通道处沉积是陶瓷层致密性提高的主要原因。     

辐射与对流耦合加热下正十二烷液滴的蒸发特性

分别采用表面吸收与内部均匀吸收两种辐射模型结合液滴内部有限导热系数模型,数值研究了辐射-对流热环境中正十二烷液滴的蒸发特性.考虑了液滴与周围气流热物性以及液滴/气流相对速度的瞬态变化,获得了不同对流换热条件与辐射源温度下,液滴半径、温度及蒸发率的变化规律.比较了两种辐射吸收模型的预测结果差别,分析了热辐射对液滴蒸发的影响.结果表明,两种辐射吸收模型对液滴寿命预测结果的差别较小,但内部吸收模型能反映液滴表面的能量供给特点.当辐射源温度与对流气流温度相同时,热辐射对液滴蒸发的影响较小;当辐射源温度比对流气流温度高得多时,热辐射的影响很大.      

导热-辐射耦合传热的多尺度分析和数值模型

复合材料高温传热特性的准确预测对飞行器热防护结构的设计有重要意义,相关模型也是国家数值风洞工程中多相多介质计算模型的重要组成部分。针对周期性结构复合材料的高温传热问题,利用多尺度渐进分析方法,对包含导热方程和辐射传输方程的导热-辐射耦合传热模型开展了研究。建立了表征单元尺度模型及宏观平均导热-辐射耦合传热模型,获得了材料宏观等效导热系数与表征单元模型间的关系,发现宏观等效辐射吸收和散射等系数可通过表征单元内的体积平均求取。结合有限容积方法与格子Boltzmann方法,建立了复合材料导热-辐射耦合传热多尺度数值模型。采用二维常物性材料传热过程的模拟验证了多尺度模型的有效性,结果表明所建立的多尺度模型能够对温度场给出准确高效的计算结果。该方法有助于为复合材料传热特性的预测提供数值手段。     

利用边界测点求解二维稳态导热逆问题

针对导热逆问题求解中的测点的选择提出了不同的方式,即采用边界测点取代内部测点进行导热逆问题的求解.通过数值计算揭示了测点选择不当将导致逆问题计算的失败及原因,验证了采用边界测点求解二维稳态导热逆问题的可行性.采用本文提出的方式将使逆问题的应用更为实际、合理.     

水工质微波加热推力器的击穿点火与离解损失估算

对水工质微波等离子推力器(MPT),用微波击穿气体放电产生等离子体的条件,数值估算了其点火的可行性;通过化学动力学计算证明了水工质MPT中离解损失的存在,并初步估算了理解损失的大小。结果表明,在1 kW的输入功率下水工质MPT的点火启动并不特别困难,从点火到稳定工作,能量吸收从场致电离、碰撞电离转变为热电离、碰撞电离和场致电离;水在MPT工作过程中会发生离解,离解损失在各类能量损失中所占的比重较大。     

剧烈塑性变形对钛合金热氧化的影响

钛合金热氧化通过在表面形成氧化层和氧扩散层改善其综合性能。热氧化前对钛合金进行剧烈塑性变形可以引入高密度晶界、位错、孪晶界等晶体缺陷及高畸变能,能够促进氧原子吸附、降低氧化物形核温度、加速氧化膜生长并促进氧原子向基体内的扩散,形成更厚、更致密的氧化层和更深的氧扩散区,获得更好的性能。本文对剧烈塑性变形钛合金的热氧化进行综述。首先,介绍了几种常见的剧烈塑性变形方法,总结了钛合金剧烈塑性变形和热氧化复合处理的工艺情况和处理效果。然后,根据氧化物形成的一般过程阐述了剧烈塑性变形引起的微观结构变化对氧原子吸附、氧化物形核、氧化膜形成、氧化膜增厚和氧扩散区形成的影响机理。最后,总结了剧烈塑性变形对氧化膜厚度、氧扩散区范围和氧化物形貌等热氧化微观结构及硬度、摩擦磨损等力学性能的影响,指出了当前研究中存在的问题,并展望了未来的研究方向。     

仿生毛细芯平板热管性能研究

为解决电子设备热管理问题,根据亲水性植物叶片表面微观凸起结构,以颗粒直径为75μm的电解铜粉为材料烧结制备了锥形毛细芯,制造了3种平板热管:普通蒸发段（No.1）、超亲水蒸发段（No.2）、超亲水蒸发段与超疏水冷凝段匹配（No.3）。以去离子水为工质,研究了加热功率、角度等因素对3种平板热管热性能的影响。结果表明:角度对3种平板热管的热性能影响不大,3种平板热管均具有较好的抗重力特性。超亲水蒸发段与超疏水冷凝段匹配的平板热管热性能最佳,当倾斜角为0°、加热功率为140.4W时,蒸发段中心点温度仅为67.0℃。超亲水蒸发段与超疏水冷凝段匹配的平板热管不仅具有最小蒸发热阻,最小值可达0.05K/W,而且具有最小冷凝热阻,最小值可达0.02K/W。      

远地点发动机热防护模型

针对多参数、强热耦合发动机热防护模型修正的难题,通过分析系统的传热特点,提出热环境分级、热参数分类的单参数调试方法。通过分析传热关系,将系统分为两级热环境;在每级热环境中仅调节几个参数,减少了调试工作量。通过分析热阻网络,确定了待定参数;通过分析参数的影响程度,确定参数的修正顺序。以具有代表性的两颗导航卫星为研究对象,利用I-DEAS TMG软件对发动机热影响过程进行仿真。调试结果表明:热模型的精度控制在2℃以内,提高精度后的热模型可用来验证、指导热控设计。单参数调试方法的原理基于各参数对不同部件的影响程度不同,可经有限次调试快速获得高精度、稳定的结果。单参数调试方法可用于解决工程实践中的多参数耦合问题。      

人工神经网络技术在舱外航天服自动温控系统中的应用

介绍了舱外航天服手动温度控制存在的问题,分析了已有的航天服自动温控方案。采用人工神经网络的反向传播算法,以氧气的消耗量、全身出汗量、心率、液冷服的出口水温及出入口的水温差等５个参数作为输入,以液冷服冷却水的入口温度为输出,建立了舱外航天服的自动温控系统的人工神经网络模型。并讨论了反向传播算法及网络构造。结果表明,人工神经网络技术为解决舱外航天服自动温度控制提供了一条新途径。     

多孔板结冰自强化效应对水升华器性能的影响

水升华器是一种利用水作为消耗性介质的相变散热装置,在航天器热控及生保系统中得到了广泛应用。在水升华器启动及运行过程中多孔板内部发生的结冰膨胀现象会对多孔板微观结构进行再加工;由于形变硬化效应,水升华器多次工作后,多孔板的塑性将逐渐降低,结构参数将逐渐固化,将这一过程定义为多孔板的自强化。而多孔板微观结构的变化,将对水升华器防击穿能力、稳态散热功率等宏观性能产生影响。在对水升华器工作机理进行分析的基础上,从微观角度定性研究了水升华器多孔板的结冰自强化机理,并针对自强化效应对水升华器宏观性能的影响开展了实验研究。结果表明：对于本文结构的水升华器,在同一条件下,稳态散热功率随着启动次数的增加而减小,且每次减小的幅度逐渐降低,在启动3~4次后稳态散热功率逐渐趋于稳定。由实验数据得到了水升华器稳态散热功率与启动次数之间的拟合关系式;渗透率越大的多孔板,水升华器工作过程对多孔板的再加工程度更大,因而自强化效果更明显;自强化效应还可以提高水升华器的防击穿能力。研究结果为探月三期工程嫦娥五号探测器提供了一定的设计依据。     

High-Precision Laboratory Measurements Supporting Retrieval of Water Vapor,Gaseous Ammonia,and Aqueous Ammonia Clouds with the Juno Microwave Radiometer (MWR)

The NASA Juno mission includes a six-channel microwave radiometer system (MWR) operating in the 1.3–50 cm wavelength range in order to retrieve abundances of ammonia and water vapor from the microwave signature of Jupiter (see Janssen et al. 2016). In order to plan observations and accurately interpret data from such observations, over 6000 laboratory measurements of the microwave absorption properties of gaseous ammonia, water vapor, and aqueous ammonia solution have been conducted under simulated Jovian conditions using new laboratory systems capable of high-precision measurement under the extreme conditions of the deep atmosphere of Jupiter (up to 100 bars pressure and 505 K temperature). This is one of the most extensive laboratory measurement campaigns ever conducted in support of a microwave remote sensing instrument. New, more precise models for the microwave absorption from these constituents have and are being developed from these measurements. Application of these absorption properties to radiative transfer models for the six wavelengths involved will provide a valuable planning tool for observations, and will also make possible accurate retrievals of the abundance of these constituents during and after observations are conducted.