纳米压痕技术表征T800碳纤维的弹性模量和硬度

利用纳米压痕技术对T800SC碳纤维不同取向(纤维轴向与纳米压痕测试面成θ夹角)的弹性模量和硬度进行了测试,结合Weibull分布函数对T800SC碳纤维不同取向的弹性模量和硬度进行统计分析。结果表明:随着测试面与纤维轴向夹角的增大,T800SC碳纤维的弹性模量和硬度逐渐增大。T800SC碳纤维的弹性模量从平行纤维轴向时的(15.84±2.00)GPa增加到垂直纤维轴向时的(50.96±5.73)GPa;T800SC碳纤维的硬度从平行纤维轴向时的(2.71±0.51)GPa增加到垂直纤维轴向时的(5.24±0.91)GPa。对于纤维不同取向的弹性模量,其Weibull模数在9.0~10.5;对于纤维不同取向的硬度,其Weibull模数在6.0~8.0。     

纳米孔硅质绝热材料

介绍了纳米孔硅质绝热材料的绝热机理及发展概况，同时简要介绍了其生产工艺，并对其主要物化性能、热学性能及其它应用特点作了较为详细的说明。     

基于纳米多孔薄膜的蒸发特性

实验研究了基于纳米多孔薄膜的蒸发特性，以氟化液FC-72为液态工质，对比分析了开口向上和向下时的相变特性。结果发现：两种工况下，其热流密度-过热度曲线具有相似的变化趋势，且均出现热流密度增加而温度保持不变的“薄液膜蒸发”区间。在低热流密度下，温度均较为稳定，但开口向下时的传热性能始终优于开口向上时，分析原因为重力对供液的影响和液膜厚度对热阻的改变。随着热流密度的增加，表面温度波动也越来越剧烈，甚至出现了温度的峰值，最终开口向下和向上达到的临界热流密度值分别为59 W/cm2和47W/cm2；同时，对蒸发过程进行理论建模，得出其蒸发系数分别为0.043 1和0.021 9。     

纳米隔热材料的热导率变化规律

为认识和掌握纳米隔热材料的热导率变化规律,以正硅酸乙酯(TEOS)为硅源、炭黑为遮光剂、石英纤维为增强体,采用溶胶-凝胶工艺结合超临界干燥技术制备了纳米隔热材料,并采用热导率测试仪、N_2吸附-脱附、SEM、激光粒度仪对材料进行了表征。测试结果表明:未添加炭黑的材料常压热导率随表观密度的变化以203 kg/m~3为分界点,分界点之前随表观密度的增大线性降低,分界点之后则随表观密度的增大线性升高,并且后一阶段较前一阶段变化快。孔隙率相同时,常压热导率随炭黑含量的增加先降低后稍有升高,极限真空热导率逐渐降低,而常压条件下的气相热导率增大。在半对数坐标系中,气相热导率随环境气压的下降而降低,并且依据降低速率可以划分为三个阶段,101.325～30 kPa之间下降最快,且变化值约为6 mW/(m·K);30～0.1 kPa之间下降较快,且变化值约为2 mW/(m·K);0.1～0.01 kPa之间下降最慢,且基本可以忽略不计。材料常压热导率最低值为16.62 mW/(m·K),添加5wt%的炭黑后可以进一步降低至14.50 mW/(m·K)。     

不同晶体取向单晶锗的力学性能

为了研究微纳米尺度下单晶锗的力学特性,采用纳米压痕仪对单晶锗(100)(110)和(111)晶面进行了纳米压痕实验,并通过原子力显微镜对材料表面进行了观测。根据单晶锗各晶面的位移-载荷曲线,对单晶锗各晶面的弹性回复率、硬度、弹性模量与压入深度之间的关系进行了分析。结果表明:单晶锗在加载过程中分别经历了弹性变形、塑性变形和脆性变形三个阶段。当压入深度超过500 nm时,加载曲线上有突进点产生;当压入深度超过100 nm时,卸载曲线上有突退点产生。单晶锗的残余压痕形貌表现为凸起状,表明单晶锗具有较低的加工硬化趋势。当压入深度达到100 nm时,单晶锗表现出明显的尺寸效应,且单晶锗(111)晶面具有最低硬度和弹性模量值。表明相对于其他两个晶面,单晶锗(111)晶面具有更好的塑性变形能力。     

非连续湿热作用对T700/TR1219B复合材料宏细观性能的影响

为研究非连续湿热作用对碳纤维环氧树脂基复合材料性能的影响,对T700/TR1219B试样进行了吸湿-脱湿试验,测试了其拉神性能,并采用SEM观察试样侧面;通过原子力显微镜的峰值力纳米力学成像技术(PF-QNM)对树脂进行纳米压痕测试。结果表明:吸湿率从0变化到1.2%,T700/TR1219B复合材料的一次及二次吸湿行为均满足Fick定律;经吸湿-脱湿-再吸湿,试样的拉伸强度、弹性模量及树脂的硬度及弹性模量均呈现先上升后下降的变化趋势。     

Al/HMX复合含能材料的制备及其燃烧特征参数研究

奥克托今(HMX)包覆铝粉(Al)能够有效降低Al的团聚烧结现象并改善其能量释放效率。采用物理混合法、溶剂-反溶剂法和溶剂蒸发诱导自组装法分别制备了三种不同结构的Al/HMX-1、Al/HMX-2和Al/HMX-3复合含能材料。相较于Al/HMX-1和Al/HMX-2,Al/HMX-3复合材料为球形包覆结构，D₅₀为6.651μm,各组分均匀分布。Al/HMX-3复合材料具备最优的热分解性能，其HMX的分解峰温降低到264.3℃,比Al/HMX-1和Al/HMX-2分别降低了～20.0℃和～19.2℃。燃烧性能分析表明，Al/HMX-3复合样品的燃烧更剧烈，团聚烧结现象降低，具有最高的燃烧热和燃烧温度。通过HMX均匀的包覆，HMX分解及时为Al燃烧提供氧化性气体“牢笼”促进Al氧化，并减少Al颗粒之间的相互碰撞导致的团聚。因此，燃烧性能和能量释放效率得到大幅度提升。     

可用于红外隐身的纳米石墨薄膜热辐射调制器的研究

碳材料以重量轻、比表面积大、机械强度高、导电性好等特性在隐身技术领域有巨大的应用潜力。本文基于化学气相沉积方法，通过优化生长温度、降温速率和氢气流量制备出厚度为500～700nm、表面褶皱且具有高结晶度的石墨薄膜。进一步通过构建夹层结构的中红外热辐射调制器，研究了离子插入对纳米石墨薄膜红外热辐射性能的影响，发现在0～4V电压调控范围，通过电控制离子液体插入，石墨薄膜的红外发射率可以从0.38降低到0.06，且红外发射率调谐性能可逆。这种纳米石墨薄膜可以作为一种新型的智能热表面材料，用于复杂背景下的动态热伪装或红外隐身，同时其发射率可动态调谐的性能使其在辐射冷却、个人热管理和红外通信等方面也有巨大的潜在应用价值。     

SiCp/Al复合材料的Fe11+离子辐照实验研究

为了解辐照对航天电子元器件封装基板复合材料SiC_p/Al的影响，利用3 MeV Fe11+束流进行了不同注量下的辐照实验。辐照完成后，利用X射线衍射（XRD）仪和纳米压痕仪对材料进行表征分析。XRD分析表明，Fe11+离子入射后材料辐照层应力发生了变化。结合对应的理论模型，对铝基体的位错密度进行计算，发现辐照后铝基体的位错密度增加，SiC颗粒产生非晶化。纳米压痕测试表明，随着离子注量增加，材料辐照硬化程度增加。综上，辐照硬化可能是由于铝合金基体的应力变化导致产生局部高密度位错区，而这些区域阻碍了后续位错的运动，进而导致位错聚集，最终使得材料硬度增加。