聚合物基复合材料自修复体系的构成与修复机制分析

介绍了聚合物基自修复复合材料的分类、构成及自修复机制,以被动模式的埋植式修复体系为重点进行了详细的分析.在此基础上,提出了一种新的被动模式自修复体系设计.     

先进复合材料国防科技重点实验室的航空树脂基复合材料研发进展

归纳先进复合材料国防科技重点实验室在航空先进树脂基复合材料方面的应用和研究进展.研制出超薄热塑性无纺织物层间增韧技术以实现提高复合材料的CAI性能.设计出的多夹层结构具有多层吸收拓展频带的作用,使多夹层隐身复合材料的吸收频宽达1 ～ 18GHz.高韧性树脂基复合材料和耐高温复合材料技术得到发展,并形成预浸料-热压灌成型、液态成型和自动化制造技术体系.发展复合材料固化、树脂流动、固化变形等模拟优化技术,并建立复合材料数据库技术.建立先进复合材料国防科技重点实验室可在支撑航空装备研制,在航空复合材料创新引领、体系主导、基础支撑和保障应用方面发挥作用.     

Inflatable shape changing colonies assembling versatile smart space structures

Various plants have the ability to follow the sun with their flowers or leaves during the course of a day via a mechanism known as heliotropism. This mechanism is characterised by the introduction of pressure gradients between neighbouring motor cells in the plant?s stem, enabling the stem to bend. By adapting this bio-inspired mechanism to mechanical systems, a new class of smart structures can be created. The developed overall structure is made up of a number of cellular colonies, each consisting of a central pressure source surrounded by multiple cells. After launch, the cellular arrays are deployed in space and are either preassembled or alternatively are attached together during their release or afterwards. A central pressure source is provided by a high-pressure storage unit with an integrated valve, which provides ingress gas flow to the system; the gas is then routed through the system via a sequence of valve operations and cellular actuations, allowing for any desired shape to be achieved within the constraints of the deployed array geometry. This smart structure consists of a three dimensional adaptable cellular array with fluid controlling Micro Electromechanical Systems (MEMS) components enabling the structure to change its global shape. The proposed MEMS components include microvalves, pressure sensors, mechanical interconnect structures, and electrical routing. This paper will also give an overview of the system architecture and shows the feasibility and shape changing capabilities of the proposed design with multibody dynamic simulations. Example applications of this lightweight shape changing structure include concentrators, mirrors, and communications antennas that are able to dynamically change their focal point, as well as substructures for solar sails that are capable of steering through solar winds by altering the sails? subjected area.     

高垂直度和低沉积的MEMS陀螺梳齿结构释放工艺

梳齿型微机电系统（MEMS）陀螺的释放要求结构具有垂直度高、释放过程沉积聚合物少的特点,通过优化深硅刻蚀的工艺参数,包括钝化气体八氟环丁烷（C4F8）的流量、衬底温度、刻蚀气体六氟化硫（SF6）的流量和钝化气体C4F8的压力,实现了结构垂直度为90.0°、支撑层表面沉积物厚度为87.1nm的梳齿结构释放工艺。深硅刻蚀工艺的优化为高性能MEMS陀螺的加工提供了基础。     

纳米碳粉掺杂对激光烧蚀GAP的推进性能影响

实验以含能聚合物聚叠氮缩水甘油醚(Glycidyl azide polymer,GAP）作为激光烧蚀微推力器的靶材。通过对不同浓度纳米碳粉掺杂和靶材厚度下激光烧蚀GAP的比冲、冲量耦合系数和能量转化效率测量，结合靶材喷射羽流图像，分析了纳米碳粉掺杂提高激光烧蚀聚合物靶材推进性能的机理，给出纳米碳粉掺杂的适用方式。实验结果表明：透射式下，掺杂纳米碳粉之后，聚合物对激光的吸收大幅增强，但激光烧蚀推进性能不随掺杂浓度增加而显著提升；纳米碳粉吸收激光能量形成温度极高的局部热区促进聚合物中化学能的释放，是推进性能提升的主要原因；掺杂纳米碳粉之后的GAP烧蚀深度降低，表现出面吸收特性；随着靶材厚度的增加，未完全烧蚀的工质质量增加，使得靶材的利用率大大降低，导致聚合物推进性能下降。实验中掺杂3%纳米碳粉、厚度为54 μm的GAP靶材最优能量转化效率超过250%，适合作为透射式激光烧蚀微推力器的靶材。     

航空高强度碳纤维单向层合结构复合材料在切削过程中的各向异性行为研究

单向层合结构的高强度碳纤维增强树脂基复合材料已逐渐发展成为航空承力结构件的主要材料,相关的切削加工需求也越来越多。由于显著的各向异性,单向层合结构的碳纤维复合材料易在切削加工中形成缺陷,难切削加工性明显。采用直角自由切削试验的方法,得到了T700航空高强度碳纤维单向层合结构复合材料在不同纤维方向角下的切削力、切削比能、切削温度、切削加工表面。基于试验结果讨论了碳纤维单向层合材料在切削过程中力热行为的各向异性,得到了不同切削参数条件下的切削比能图谱以及碳纤维复合材料的切削热源和传导模型。通过扫描电子显微镜(Scanning electron microscope,SEM)分析了典型切削加工表面的特征,得到了不同纤维方向下的表面形成规律。     

介电型电活性聚合物(EAP)驱动器失效行为分析

 介电型电活性聚合物(EAP)驱动器在工作过程中,边界条件及驱动电压的改变经常导致EAP薄膜发生起皱现象以及介电击穿,致使驱动器失去工作能力.为了保障驱动器的正常工作,避免失效行为的发生,对EAP驱动器的失效行为进行了研究.针对锥形驱动器,计算出不同驱动电压下驱动器EAP薄膜的变形情况以及其中的应力、应变和电场强度的分布情况.利用薄膜起皱判别方法,对驱动器的起皱行为进行预测,同时分析了预拉伸倍数对驱动器失效的影响.试验结果表明,EAP驱动器的理论临界起皱电压与理论分析比较吻合,预拉伸可以提高薄膜的机电稳定性能.研究结果可用于预测介电型EAP驱动器发生失效的临界电压,有利于保障驱动器的安全工作.     

染料敏化太阳能电池用聚偏氟乙烯/丙烯酸酯互穿网络基凝胶聚合物电解质的制备与性能表征

采用聚偏氟乙烯和丙烯酸酯制备了一种具有互穿聚合物网络结构的凝胶聚合物电解质,并将其应用于染料敏化太阳能电池. 通过FTIR,SEM以及电化学分析等对具有多孔结构的聚合物电解质进行了表征,考察了不同交联单体及不同聚偏氟乙烯/丙烯酸酯质量比对准固态聚合物电解质性能的影响.结果表明,选择合适的交联单体和适宜的交联度可有效提高聚合物膜的孔隙率、吸液量和相应电解质的电化学特性.用聚偏氟乙烯/聚乙二醇二甲基丙烯酸酯互穿聚合物网络结构的电解质组装染料敏化太阳能电池, 在100 mW/cm2模拟光照下,短路电流Isc和开路电压Voc分别为8.476 mA·cm-2和0.674 V, 电池光电转换效率达到2.710%.     

Z-pin增强复合材料帽型加筋壁板接头拉伸性能

为了提高复合材料帽型加筋壁板结构中筋条与蒙皮界面处的连接强度,引入Z-pin三维增强技术。制备了Z-pin增强帽型接头试样,并对其进行拉伸试验,研究Z-pin对帽型接头界面增强机理及不同Z-pin体积分数、直径及加载跨距对筋条与蒙皮界面处连接性能的影响规律。结果表明:Z-pin直径为0.5 mm、植入角度为90°时,在体积分数0%~1.0%范围内,Z-pin增强帽型接头拉伸强度随着体积分数的增加而增加,增长趋势随体积分数增加而减缓,含1.0% Z-pin增强帽型接头比未增强接头强度提高了31.2%,在体积分数1.0%~1.5%范围内,Z-pin增强帽型接头拉伸强度呈降低趋势;Z-pin直径对帽型接头拉伸强度影响不显著;随着加载跨距的增加,含0.5%(直径0.5 mm)Z-pin增强帽型接头伴随有失效模式转变,拉伸强度呈现降低趋势。     

ZnO纳米颗粒薄膜的制备与光致发光特性研究

利用高分子包覆法(Polymer Capping Method)在Si衬底上生长了颗粒分布均匀、致密的纳米ZnO薄膜.样品的形貌和光学性能分别使用SEM,AFM和PL谱进行表征.实验发现,前驱体溶液的pH值对纳米颗粒的分散性和尺寸有很大影响,进而影响紫外发光峰位.在本实验条件下,随纳米颗粒尺寸增大,PL谱的紫外发光峰红移,符合量子尺寸效应.