分类: 材料科学 >> 复合材料 分类: 力学 >> 固体力学 分类: 航空、航天科学技术 >> 飞行器制造技术 提交时间: 2024-04-09
摘要: 单向纤维增强塑料(UD-FRP)的力学性能受到内部微缺陷的影响,如随机纤维排列、纤维错位和微空隙。本研究旨在通过计算微观力学研究这些多个微观缺陷如何相互作用,以及它们如何影响UD-FRP的强度和失效机制。通过对具有代表性的体积单元进行有限元分析,模拟了失效行为;对于不同的载荷及其组合,考虑了基体和界面的破坏。研究发现,这些微观缺陷显著削弱了UD-FRP沿纵向的抗压强度。特别是纤维波纹度放大了纤维排列的影响,而微空隙则减小了这种影响。此外,纤维排列和微空隙显著削弱了UD-FRP的横向拉伸和压缩强度。此外,横向和纵向剪切强度受微孔隙的显著影响,但只有纵向剪切受纤维排列的影响,这种影响也因微孔隙而减弱。最后,得到了纵向压缩和横向荷载共同作用下的损伤包络线,并与Tsai Wu失效准则进行了比较。结果表明,Tsai Wu准则可以有效地估计这种双轴加载条件下的失效包络线。
分类: 材料科学 >> 复合材料 分类: 航空、航天科学技术 >> 航空、航天材料 提交时间: 2024-04-09
摘要: 提出一种单向纤维增强复合材料(UD-FRP)周期性高保真代表性体积元(RVE)的创建算法。首先基于随机游走算法,采用贝塞尔(Bézier)曲线表征纤维形态,使曲线各控制点处的切线方向的统计分布服从多变量冯米斯-费歇尔(Von-Mises Fischer)函数,创建出初步的软核模型。进而基于力偏置算法,在保证RVE内部纤维不产生过度扭曲的前提下,调整纤维间的重叠,创建出对应的硬核模型。调整过程中,通过引入三维近邻列表算法,大幅提高算法效率。最后对所创建的含有纤维波纹度特征的RVE模型进行了横向剪切渐进损伤分析,用以揭示该方法的研究价值及应用领域。结果表明,该方法能够快速有效地创建不同尺寸及纤维波纹度的RVE几何构型,这种含有波纹度特征的纤维构型会对UD-FRP的横向剪切性能产生一定影响,纤维波纹度越大,UD-FRP的横向剪切强度越大。
分类: 物理学 >> 交叉学科物理及相关领域的科学与技术 分类: 材料科学 >> 陶瓷学 提交时间: 2024-03-20
摘要: 高放废物固化体的长期辐照稳定性是评价其深地质处置安全性的关键指标之一。本文利用 500 keV He2+离子束辐照 2M、 3O 和 4M 型钙钛锆石陶瓷固化体, 研究高放核素长期α 衰变辐照对陶瓷结构的损伤行为。三种钙钛锆石样品通过传统高温固相法(1400 ℃, 48h两次烧结)合成。掠入射 X 射线衍射(GIXRD) 、 Raman 光谱和 XPS 研究结果发现在 α 粒子辐照下, zirconolite-2M 固化体在辐照非晶化的过程中经历了 zirconolite-2M 到 zirconolite-4M 到 pyrochlore 的结构演变; zirconolite-3O 在 5×1015 ions/cm2 剂量下部分晶体结构转变为钙钛矿,在 1×1016 ions/cm2 以上剂量快速转变为无序烧绿石; zirconolite-4M 样品在 1×1017 ions/cm2 剂量时依旧保留 zirconolite-4M 主相,次生无序烧绿石/缺陷萤石晶相。综上, 从维持晶体结构稳定性来看 zirconolite-2M 和 zirconolite-3O 的抗 α 粒子辐照能力相似,略弱于zirconolite-4M 固化体。
分类: 物理学 >> 核物理学 分类: 天文学 >> 天文仪器与技术 分类: 材料科学 >> 材料科学(综合) 提交时间: 2023-12-15
摘要: The GECAM series of satellites utilizes LaBr3(Ce), LaBr3(Ce,Sr), and NaI(Tl) crystals as sensitive materials for gamma-ray detectors (GRDs). To investigate the non-linearity in the detection of low-energy gamma rays and address the errors in the calibration of the E-C relationship, comprehensive tests and comparative studies of the three aforementioned crystals were conducted using Compton electrons, radioactive sources, and monoenergetic X-rays. The non-linearity test results of the Compton electrons and X-rays demonstrated substantial differences, with all three crystals presenting a higher non-linearity for X/-rays than for Compton electrons. Despite the LaBr3(Ce) and LaBr3(Ce,Sr) crystals having higher absolute light yields, they exhibited a noticeable non-linear decrease in the light yield, especially at energies below 400 keV. The NaI(Tl) crystal demonstrated an excess light output in the 6200 keV range, reaching a maximum excess of 9.2% at 30 keV in the X-ray testing and up to 15.5% at 14 keV during Compton electron testing, indicating a significant advantage in the detection of low-energy gamma rays. Furthermore, we explored the underlying causes of the observed non-linearity in these crystals. This study not only elucidates the detector responses of GECAM, but also initiates a comprehensive investigation of the non-linearity of domestically produced lanthanum bromide and sodium iodide crystals.
分类: 材料科学 >> 材料科学(综合) 提交时间: 2023-12-05
摘要: This study synthesized copper-substituted lead apatite using the hydrothermal method, starting from hydroxyapatite precursors. For stability, it is recommended to maintain copper substitution below x=2 in the Pb10-xCux(PO4)O apatite. The introduction of copper appropriately reduces the lattice constant, in line with DFT theoretical calculations. Non-equilibrium heat treatment introduces additional charge carriers; oxygen-rich tempering shifts the sample to paramagnetism, while anaerobic tempering leads to complex and unique hysteresis loops. Non-equilibrium annealing can increase carrier concentration, but its efficacy is limited. Although some improvements have been observed, further exploration involving additional element doping or seeking interfaces with suitable conductive phases is needed to achieve superconductivity.
分类: 材料科学 >> 电子、光学、磁材料 提交时间: 2023-10-26
摘要: Triboelectric nanogenerators (TENGs) are promising self-powering suppliesfor a diverse range of intelligent sensing and monitoring devices, especially due to their capability of harvesting electric energy from low frequency and small-scale mechanical motions. Inspired by the fact that contact-separation mode TENGs with small contact areas harvest high electrical outputs due to fringing effect, this study employed discontinuity on the dielectric side of contact-separation mode TENGs to promote fringing electric fields for the enhancement of electrical outputs. The results reveal that the TENGs with more discontinuities show higher overall electric performance. Compared to pristine TENGs, the TENGs with cross discontinuities increased the surface charge by 50% and the power density by 114%. However, one should avoid generating discontinuities on tribonegative side of TENGs using metal blade within a positive-ion atmosphere due to the neutralization through electrically conductive metal blade. The computational simulation validated that the TENGs with discontinuities obtained higher electrical outputs, and further investigated the effect of discontinuity gap size and array distance on TENGs performance. This study has provided a promising method for the future design of TENGs using discontinuous structures.
分类: 材料科学 >> 电子、光学、磁材料 提交时间: 2023-08-23 合作期刊: 《中国科学院院刊》
摘要: 镓体系半导体材料具有高效光电转换效率和光谱覆盖广的突出优点,是助力实现光电子信息产业 突破的关键基础材料。为抢占镓体系半导体科技制高点,文章在分析镓体系半导体科技的战略意 义、重大需求和国内外发展态势基础上,从建制化科研组织、基础研究、自主可控的平台建设等方面对我国 发展镓体系半导体科技提出了政策建议。
分类: 材料科学 >> 材料科学(综合) 提交时间: 2023-08-14
摘要: 作为一种新型的建筑材料,泡沫混凝土因其密度小,保温、隔热、隔音且防火性能好的特点以及在利废性、使用成本等方面的优势,于我国墙体材料与建筑节能等方面的战略政策规划上,起到了越来越重大的作用。本文介绍了泡沫混凝土的组成及其应用,并总结了在现实使用时合适的配合比设计,对比了国内外泡沫混凝土发展情况,提出了泡沫混凝土目前应用上的问题,在此基础上作出相关展望,并以个人视角提出泡沫混凝土的一些新应用。
分类: 材料科学 >> 材料科学(综合) 提交时间: 2023-03-31 合作期刊: 《中国腐蚀与防护学报》
摘要: 采用动电位极化(PDS)、电化学阻抗谱(EIS)、电容测量以及阵列电极等技术研究了Cu的短期贮存对其腐蚀电化学行为的影响。结果表明,金属Cu表面膜呈现p型半导体结构,经过短期贮存后载流子浓度减小,腐蚀电位正移,腐蚀电流密度下降,表面膜对腐蚀阴极过程、阳极过程均有抑制作用。Cu在NaCl液滴下呈现典型的局部腐蚀特征;经过贮存后,电极表面润湿性减弱,腐蚀活性降低,总体平均腐蚀强度减弱,但是局部腐蚀强度反而增强。
分类: 材料科学 >> 材料科学(综合) 提交时间: 2023-03-31 合作期刊: 《中国腐蚀与防护学报》
摘要: 基于Gumbel极值I型分布,对在线检测原始数据进行处理,建立油气管道最大腐蚀深度预测模型,确定整条油气腐蚀管道可能存在的最大腐蚀深度;以此建立管道剩余壁厚模型,来预测油气管道的剩余寿命;最后以国内的某一管道为例,将该模型应用于整条管道的剩余寿命预测中,预测结果为19.95a,表明该方法预测的结果是合理的。
分类: 材料科学 >> 材料科学(综合) 提交时间: 2023-03-31 合作期刊: 《中国腐蚀与防护学报》
摘要: 分析了耐海水腐蚀钢筋00Cr10MoV的显微组织和力学性能,并采用盐雾、周浸腐蚀实验、电化学阻抗谱以及极化曲线等测试方法进一步评价其耐蚀性能。结果表明,该耐海水腐蚀钢筋的显微组织主要为铁素体加贝氏体,屈服强度达到450MPa以上;与普通的20MnSiV钢筋相比,该材料在模拟海洋环境中有优异的抗腐蚀性能,电荷转移电阻达到1.37×105Ω·cm2,是20MnSiV钢筋的100多倍;其表面的腐蚀产物主要以α-FeOOH,β-FeOOH和γ-FeOOH为主,含有少量Fe3O4和微量含氯产物Na3CrCl16,Fe+3O(OH,Cl)。
分类: 材料科学 >> 材料科学(综合) 提交时间: 2023-03-31 合作期刊: 《中国腐蚀与防护学报》
摘要: 采用70℃、3.5%(质量分数)的海盐溶液对不饱和聚酯玻璃钢及环氧乙烯基酯玻璃钢进行加速老化实验,研究了玻璃钢的耐海水腐蚀性能,并对2mm厚的玻璃钢防护层的抗Cl-渗透寿命进行了预测。结果表明:不饱和聚酯玻璃钢在海水中容易发生水解腐蚀,其抗Cl-渗透寿命约为30a;而环氧乙烯基酯玻璃钢的抗Cl-渗透寿命约为70a,具有更好的耐海水腐蚀性能。
分类: 材料科学 >> 材料科学(综合) 提交时间: 2023-03-31 合作期刊: 《中国腐蚀与防护学报》
摘要: 采用周浸实验模拟了A1060纯Al在我国万宁、西沙两种海洋大气环境下的腐蚀行为,用扫描电镜(SEM)、能谱分析(EDS)、X射线衍射(XRD)和失重法等方法研究了A1060纯Al在室内模拟大气环境和户外实际大气环境中的腐蚀形貌、腐蚀产物和腐蚀动力学之间的相关性。结果表明,周浸实验后A1060的腐蚀形貌、腐蚀产物组成、腐蚀动力学规律与实际热带海洋大气环境暴露实验结果的相关性较好。结合灰关联法建立了A1060在两种海洋大气环境下的腐蚀寿命预测模型。
分类: 材料科学 >> 材料科学(综合) 提交时间: 2023-03-31 合作期刊: 《中国腐蚀与防护学报》
摘要: 从汽水系统腐蚀产物迁徙过程入手,探讨了超临界机组汽水系统腐蚀产物的来源,即低压加热器和高压加热器等部件发生流动加速腐蚀产生大量腐蚀产物,进入工质随工质进行迁徙。由于工质物性参数的变化,腐蚀产物溶解度降低,大量腐蚀产物沉积在高温管道。研究发现,炉管氧化皮的生成一方面来源于自身高温氧化,另一方面来自腐蚀产物沉积。结果表明,汽水系统不同部件内腐蚀形式不同,可以通过提高给水品质来抑制腐蚀产物迁徙对机组的影响,保证机组安全稳定运行。
分类: 材料科学 >> 材料科学(综合) 提交时间: 2023-03-31 合作期刊: 《中国腐蚀与防护学报》
摘要: 通过失重法研究了锅炉尾部材料碳钢和不锈钢在ABS(硫酸氢铵)和H2SO4两种溶液中的腐蚀行为,利用动电位极化曲线分析腐蚀特性。采用SEM/EDS和XPS表征手段分析了腐蚀产物表层的形貌和元素组成以及化合态。结果表明:不锈钢对ABS有更好的耐蚀性,且随着ABS溶液浓度的增大,腐蚀变剧烈。腐蚀产物的种类有Fe2O3,FeOOH,Fe3O4和铁的硫酸盐。碳钢和不锈钢在等浓度的ABS和硫酸溶液中腐蚀过程相似,说明ABS具有很强的腐蚀性。腐蚀机理为碳钢表面首先发生酸性腐蚀,H+作为去极化剂,有H2析出。随着酸度的消耗,金属表面会发生氧腐蚀,溶解氧作为去极化剂。Fe2+接着被进一步氧化为Fe3+,再发生一系列的次生反应,生成Fe的氧化物以及硫酸盐等。
分类: 材料科学 >> 材料科学(综合) 提交时间: 2023-03-31 合作期刊: 《中国腐蚀与防护学报》
摘要: 采用二苯碳酰二肼比色法分析测试了不同状态的304不锈钢样品在自来水环境下的Cr6+溶出规律,并对样品进行了微观组织分析。结果表明,不同状态的不锈钢材料中Cr6+溶出量差别很大,材料中的球状氧化物夹杂尺寸越大、数目越多,对应的Cr6+溶出量越高。采用粉末烧结的方法在金属中引入Cr2O3夹杂和Cr2O3+MnO2复合夹杂并测试Cr6+的溶出规律,结果显示MnO2的添加大幅度提高了Cr6+的溶出量,且氧化物添加量越多,Cr6+溶出量越大。证实了Cr/Mn复合氧化物夹杂分布(尺寸和密度)对不锈钢样品Cr6+溶出量有重要影响:在含Cl的水环境下,Cr/Mn复合氧化物夹杂既是Cr3+来源,又提供了氧化剂使Cr3+转化为Cr6+。这表明通过控制铸件或粉末冶金件中的Cr/Mn复合氧化物夹杂的尺寸和数目,可大幅度降低材料Cr6+的溶出量。
分类: 材料科学 >> 材料科学(综合) 提交时间: 2023-03-31 合作期刊: 《中国腐蚀与防护学报》
摘要: 采用慢应变速率拉神(SSRT)实验和SEM研究了SRB对X100管线钢在典型的酸性土壤(鹰潭土壤模拟溶液)中应力腐蚀开裂行为的影响。结果表明,X100钢母材和焊缝在无菌的鹰潭土壤模拟溶液中的SCC敏感性高于有菌时的,X100钢母材和焊缝在无菌和有菌酸性土壤中的断裂模式均为穿晶SCC断裂,说明SRB的存在抑制了X100钢的脆变,导致X100钢的SCC敏感性降低,这可能是由于SRB能在X100钢表面快速生长繁殖并形成生物膜,该生物膜随时间的增加会不断的堆积并变得致密,一定程度上阻隔了腐蚀性Cl-进入钢基体表面,致使X100钢的SCC敏感性减小。
分类: 材料科学 >> 材料科学(综合) 提交时间: 2023-03-31 合作期刊: 《中国腐蚀与防护学报》
摘要: 通过浸泡实验研究了不同浸泡时间下X80管线钢在库尔勒土壤模拟溶液中形成的腐蚀产物膜的变化规律,通过SEM观察了腐蚀产物膜的微观形貌,通过XRD分析了腐蚀产物膜的物相组成;借助循环极化曲线和电化学阻抗等方法,研究了腐蚀产物膜对X80管线钢点蚀行为的影响规律和机理。结果表明:随着浸泡时间的延长,X80管线钢在库尔勒土壤模拟溶液中形成的腐蚀产物膜逐渐增厚,致密性逐渐提高。当浸泡时间达到168h以后,腐蚀产物膜明显地分为了内外两层。表面存在的腐蚀产物膜可以阻碍或抑制X80管线钢的点蚀行为,这主要是因为表面腐蚀产物膜减少了蚀孔萌生的几率,增大了蚀孔长大的阻力。
分类: 材料科学 >> 材料科学(综合) 提交时间: 2023-03-31 合作期刊: 《中国腐蚀与防护学报》
摘要: 以自制酞菁铜二磺酸(CuPc-(SO3H)2)为原料,采用“掺杂-脱掺杂-再掺杂”方法对本征态聚苯胺(EBPANI)进行导电改性。IR和UV-Vis分析表明,CuPc-(SO3H)2成功地对EBPANI进行了掺杂改性。四探针仪测试改性后的聚苯胺电导率为1.95S/cm。通过电化学、耐酸性和中性盐雾实验等方法检测聚苯胺涂层的耐蚀性能,结果表明,CuPc-(SO3H)2能有效地掺杂EBPANI,在5%(质量分数)HCl溶液中浸泡15d和中性盐雾实验12.5d,CuPANI涂层只出现少量气泡和8%的白霜,在3.5%NaCl溶液中CuPANI涂层使Fe的腐蚀电位从-0.849V正移至-0.646V,说明CuPANI涂层对钢基片具有良好的防腐蚀性。
分类: 材料科学 >> 材料科学(综合) 提交时间: 2023-03-31 合作期刊: 《中国腐蚀与防护学报》
摘要: 通过EIS对3种无溶剂环氧防腐涂层在60℃下流速为2m/s、含1%(质量分数)石英砂的模拟海水环境中的失效行为进行了研究,并利用SEM观察了冲刷后涂层的表面形貌,利用激光共聚焦显微镜(CLSM)观察了涂层/金属的断面形貌。结果表明,与静态条件相比,流动含砂条件明显加速了无溶剂涂层的失效过程。冲刷条件下,胺类固化环氧粉末涂层和酚醛胺固化环氧液体涂层由于固化交联速度慢,结构比较致密,失效过程主要分为3个阶段:介质在涂层中传输阶段、基体金属腐蚀发生阶段和基体金属腐蚀发展与涂层失效阶段;酚醛固化环氧粉末涂层由于固化速度快,内部孔隙较多,涂层较快形成贯穿通道,失效中期阶段缩短且不明显,失效过程主要为两个阶段。研究结果表明,涂层体系内部存在孔隙是加速涂层失效的一个重要因素。