ansys柔性材料的案例
發現控制氣體在多孔材料擴散的“局域柔性”材料
研究人員將該MOF材料填充分離柱，測試了氧氣/氬氣和乙烯/乙烷的分離效果。結果顯示，在180 K、混合氣中氧氣含量僅為5%的情況下，MOF材料對氧氣的純化比例仍能達到95%。在273 K下混合氣中乙烯含量僅為5%的情況下，純化比例仍能達到80%。除了相似氣體的分離，這種擴散受限的MOF材料也可作為氣體存儲的優良介質。
“通常工業上分離氧氣/氬氣的方法是在87 K下進行多級精餾，或引入氫氣燃燒掉氧氣，再分離氫氣/氬氣，但無論哪種方法能耗都巨大。新的MOF在干冰溫度下即可高效分離氧氣/氬氣，為低能耗氣體分離提供了新思路。”顧成說。
顧成表示，這種新的 MOF材料構筑策略是在剛性骨架上引入局域的柔性，即通過微擾來實現對孔結構在埃尺度上的精確控制。“這賦予了MOF材料全新的功能化方法，這種MOF結構和構筑策略為發展未來功能性多孔材料提供了藍圖。”
來源：中國科學報
展開 用于電池熱管理的高導熱柔性復合相變材料
根據傳輸介質的不同，目前已深入研究了空氣冷卻、液體冷卻和相變材料（PCM）冷卻三種冷卻方法。在這些方法中，空氣和液體冷卻作為主動冷卻方法通常需要額外的設備、大空間、高消耗并且增加電動汽車的重量。相比之下，PCM作為被動冷卻方法，具有潛熱高、無需額外動力設備、成本低等優點，近年來備受關注。復合相變材料（CPCM）作為被動電池熱管理系統（BTMS）仍然面臨著易泄漏、高剛性和低導熱率等諸多挑戰。
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成果掠影
近期，廣東工業大學材料與能源學院李新喜老師團隊提出了一種具有高抗滲漏和導熱性能的多功能柔性CPCM，利用聚乙二醇和六亞甲基二異氰酸酯的聚合和交聯反應從本質上解決了CPCM的滲漏問題。結果表明，CPCM表現出優異的抗滲漏和彈性性能。
特別是在3wt%氮化鋁和 2 wt% 碳納米管的協同作用下，CPCM的導熱系數明顯提高了2.8倍。此外，采用多功能柔性CPCM的電池模塊即使在1.5C放電倍率下最高溫度也能控制在45℃以下，相應溫差保持在4.3℃以內。憑借這些優異的性能，多功能柔性PEAC可以為提高應用中電池組的熱安全性提供有效的解決方案，這將顯著促進電動汽車的發展。
研究成果以“Multifunctional flexible composite phase change material with high anti-leakage and thermal conductivity performances for battery thermal management”為題發表于《Journal of Energy Storage》。
展開 微孔和柔性的MOF聲學超材料
這是基于MOF的低頻聲學超材料的第一次報道。
在這篇文章里，作者Quin R. S. Miller等選用具有不同結構和成分的微孔和柔性MOF材料，包括FeBTC (Basolite F300)、HKUST-1 (Basolite C300)、Ni-MOF74和MIL-53(Al) (Basolite A100)，將原樣或合成的MOF樣品壓制成直徑為100mm的圓盤，并使用阻抗管對“圓盤”進行聲學實驗。最終證明了FeBTC、HKUST-1和柔性的MIL-53 (Al) 可以作為吸收性聲學超材料。
阻抗管設置示意圖
這種輕質且可分散的超材料具有許多應用前景，可用作具有優異聲音吸附功能的建筑材料的添加劑，或者集成到鉆孔水泥中實現對水泥穩定性和井眼完整性的無創監測，等等。進一步的研究可能包括，確定更多可以用于聲學領域的MOF材料，并設計基于混合MOF的聲學響應材料。
文章鏈接：
https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acsami.8b19249
DOI: 10.1021/acsami.8b19249
來源：材料前沿科技微信公眾號（ID：clqykj）
展開 一種用于熱管理的柔性相變薄膜材料
相變材料(PCMs)可以通過改變自身的物理狀態來儲存或釋放熱能，并在一定時間內保持溫度恒定，它們已被用作電池熱管理或熱失控抑制的有效工具。然而，PCM熱管理不可避免的問題是它的泄漏問題。
為了解決這一問題，提出了多種制備形狀穩定的復合相變材料的方法。然而，這些復合PCM在固態下通常是剛性的，不能很好地貼合在熱器件表面，增加了界面熱阻和安裝難度。然而，目前使用的PCM在實際應用中，由于其固有的剛性、易脆性破壞和不可回收性，導致其相互接觸不良、熱接觸電阻高、使用壽命短。為了克服這些問題是目前研究的重點方向之一。
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成果掠影
近期，中國科學院大連物理化學研究所史全教授在開發具有柔性的熱管理相變材料取得新的成果。該團隊開發了一種具有高轉變焓的柔性自愈相變膜，該相變膜具有較高的儲能密度、良好的柔韌性和自愈能力。實驗結果表明在98.7℃的相變溫度下，相變膜具有優異的彈性，相變焓高達191.5 J/g。值得注意的是，由于氫鍵的可逆性，柔性相變膜具有良好的自修復能力，其自修復效率高達91.1%。此外，還將相變膜附著在加熱平臺表面，以評估其在熱管理方面的潛力。該柔性自愈相變膜在不同升溫速率下均能保持高效的熱管理能力，具有發展先進熱管理技術的巨大潛力。研究成果以“Flexible self-healing phase change film with high transition enthalpy for thermal management ”為題發表于《Journal of Energy Storage》。
展開 
上海交大超柔性納米發電復合材料
在所制備的壓電纖維布復合材料中，每根纖維表面都包裹了一層納米級厚度的PZT材料，每根纖維之間的PZT之間互相連接，形成了一種類似于玻璃纖維布的多層次結構。電子級玻璃纖維布本身所具有的宏觀超柔性和微觀剛性給予了這種壓電纖維布具有高效的能量傳遞、轉換以及超柔性。而且這種壓電纖維布可以實現插指電極掩膜設計和上下柔性電極貼合封裝設計。比如，一塊3.5cm×1.5cm大小的納米壓電纖維布利用插指電極在標準測試下能夠產生～60 V和～500 nA的輸出。一個8cm×8cm大小的納米壓電纖維布利用超柔性的導電聚乙烯碳膜作為上下電極在模擬人體運動的情況下能夠輕易點亮20個商用綠色LED燈。
同時，利用玻璃纖維布的微觀剛性，首次發現壓電納米發電機的形變與信號輸出之間呈線性關系，可望在柔性傳感領域獲得重要應用。另外在這種多層級結構的玻璃纖維布基底上沉積寬光譜吸收高壓電活性壓電材料還有望能夠同時收集光能、熱能和機械能。這項工作為制造高性能，超柔性，低成本的納米發電機及柔性傳感器提供了新的視角，可望在柔性可穿戴設備領域獲得應用。
論文共同第一作者為上海交通大學的碩士研究生賀思博和英國華威大學的董文博士后研究員，郭益平教授為論文的通訊作者，上海交通大學為第一單位完成。郭益平教授所帶領的智能與能源復合材料研究小組長期致力于鐵電/壓電功能復合材料，能源及催化材料的基礎和應用研究，研究工作得到了國家自然科學基金重點項目和面上項目（11474199和51332009）的資助。
來源：材料科學與工程公眾號、上海交大
展開 一種用于電子器件熱管理的柔性相變材料
因此，開發提高散熱效率的熱管理材料具有重要的意義。
相變材料(Phase change materials, PCMs)作為一種高效的熱管理材料，可以通過固-液相變過程吸收和釋放熱量。然而，PCMs存在漏液、導熱系數低、剛性強等固有缺陷，嚴重制約了其進一步的實際應用。大多數PCMs都表現出脆性和易碎性。當用作散熱器和加熱元件之間的熱界面材料(TIMs)時，這種現象會產生不可忽略的熱阻，從而對電子器件的熱管理效率產生不利影響。
柔性PCMs被認為是與物體接觸且能夠承受某些變形(例如，彎曲，拉伸和壓縮)的材料。雖然目前的PCMs具有優異的形狀穩定性和柔韌性，但由于難以加入導熱填料，其導熱性仍然有限。因此，當PCMs用作TIMs時，對靈活性和增強導熱性的要求仍然具有挑戰性。
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成果掠影
近期，西南交通大學王勇和祁曉東團隊針對開發用于電子器件熱管理的柔性導熱相變材料取得最新進展。本文制備了聚二甲基硅氧烷/石蠟/氮化硼(PDMS/PW/BN)相變復合材料。首先通過刮削獲得BN沿平面(x-y方向)的排列，然后通過熱壓縮和滾切誘導BN沿平面(z方向)排列。因此，PW被交聯的PDMS/BN網絡包裹，從而形成與天然木材相似的年輪結構。年輪結構有效地避免了PW的液體泄漏，從而顯示出高達98%的高尺寸保留率。BN網絡的垂直取向使PCM在BN負載為13.0 wt%時的通平面導熱系數提高到2.16 W/mK，與PDMS/PW相比，顯著提高了943%。通過觸發PW的熔融結晶轉變，pcm表現出可調諧的導熱性。原位x射線衍射表明，BN網絡重排發生在相變過程中。在實際工作芯片上和有限元仿真中，驗證了PCMs具有良好的熱管理能力。
展開 一種用于隔熱的輕質、柔性氣凝膠復合材料
由于具有優異的熱穩定性和機械性能，廣泛選擇碳纖維、石英纖維(QF)和莫來石纖維與PRAs結合制成熱防護復合材料。其中，NASA開發的酚醛浸漬碳燒蝕劑(PICA)是一種典型的輕質熱防護燒蝕復合材料。由于其重量輕、導熱系數低、熱穩定性好，它已被用于美國宇航局的火星探測、“星塵號”返航和SpaceX的“龍”太空艙等任務。隨著航空航天工業的空前快速發展，PICA的剛性和脆性帶來了失效應變低、縫縫繁瑣、對冷結構適應性低等問題，嚴重制約了剛性PICA的實際應用。因此，迫切需要進一步開發輕質、柔韌、隔熱的復合材料。
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成果掠影
近日，哈爾濱工業大學張幸紅與洪長青團隊針對開發輕質、柔韌、隔熱的復合材料取得最新進展。該文報告了一種均勻的化學鍵合策略，用于制造具有良好燒蝕隔熱性能的輕質柔性纖維增強酚醛樹脂氣凝膠FRPRA。酚醛樹脂氣凝膠基質與酚醛纖維增強材料的相容性提高了材料的可壓縮性(循環應變為60%)和可彎曲性(循環應變為30%)以及燒蝕過程中的結構穩定性。此外，低堆積密度和導熱系數分別為0.20 g/cm3和0.043 W/mK，使復合材料具有高效的保溫能力。使用8mm厚的襯墊，可以將200℃的溫度降低到70.6℃，通過與Al面板結合，可以將1200℃左右的溫度偽裝到78℃。基于其可彎曲性，該材料還可實現600°C的保形隱身。因此，該復合材料在靜態和動態絕熱方面都具有應用潛力。
展開 哈工大《MSEA》：金屬基復合材料的柔性強化新方法！
圖6 擠壓前后CP/Al復合材料屈服強度的擬合曲線
圖7 雙相鋼屈服強度與馬氏體、鐵素體屈服強度的關系
對于利用剛性增強體制備的復合材料，增強體極高的強度導致復合材料RYSR值非常高，導致實際屈服強度遠低于ROM預測。然而，鐵素體/馬氏體雙相鋼和CP/Al復合材料的屈服強度接近甚至高于ROM預測，這是由于增強體相對較低的強度和可變形性。因此，建議使用可變形的增強材料，如金屬顆粒、高熵合金或復合材料顆粒等，在保證良好界面結合的情況下，可以制備出具有高于ROM預測屈服強度和良好塑性的復合材料。
圖8 傳統陶瓷顆粒增強Al基復合材料、鐵素體/馬氏體雙相鋼和CP/Al復合材料的屈服強度與混合定律預測值的比值以及與其對應的RYSR之間的關系
總的來說，本研究采用SiCp/Al復合材料顆粒制備復合材料，實現了增強體和基體的協調變形；并給出了預測這種柔性強化復合材料力學性能的半經驗公式。這項工作對“柔性”強化復合材料的開發具有一定的指導意義，并對顆粒增強復合材料的回收提供了一種有效方法。
*感謝論文作者團隊對本文的大力支持。
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展開 科學家發現特殊半導體 可推動柔性材料開發
圖片說明：該半導體材料的壓縮狀況和加工碎片。 中國科學院上海硅酸鹽研究所供圖
來自中國科學院上海硅酸鹽研究所的消息，該所的史迅研究員、陳立東研究員與德國馬克斯-普朗克研究所的Yuri Grin教授等合作，發現了一種特殊的半導體材料，該材料在室溫具有和金屬一樣延展性和可彎曲性，有望應用于柔性電子。相關研究日前發表于《自然 材料學》雜志(Nature Materials)。
金屬和半導體已走進人們生產和生活的方方面面，但它們的力學性能迥異，兩者的加工技術也完全不同，金屬一般采用熔煉，結合機械加工、沖壓、精密等鑄造成型，而半導體則由于其脆性，一般采用粉末燒結等方法獲得塊體材料。
“一般的半導體材料，都是硬邦邦的一片，不能彎、不能拉，也不能壓縮。”陳立東研究員當天在受訪時介紹，偶然發現的該半導體材料兼具普通金屬和半導體的特征，既能導電又有延展性。
史迅研究員則表示，目前的無機材料尤其是半導體均為脆性材料，在大彎曲、大變形，或者拉伸狀況下極易發生斷裂，進而導致器件失效；而有機半導體相對無機半導體遷移率較低，且電學性能可調范圍較小，無法滿足半導體工業的蓬勃發展需求。新發現的特殊半導體材料具有良好延展性和彎曲性，因此有望應用于柔性電子技術領域，比如用于可穿戴設備等。
同時，科研人員介紹，該工作也將開啟尋找和發現其他具有類似金屬力學性能的半導體材料的研究。據悉，這項研究工作耗時四年半，得到了國家自然科學基金、中國科學院重點部署項目、上海市基礎重大項目和學科帶頭人等項目的資助和支持。
展開 青島能源所開發出新型二維柔性電極材料
圖：氟取代石墨炔在柔性電池中的應用
如圖所示，通過氟取代，使得石墨炔分子孔道擴大，在AB堆積下也具有優良的離子傳輸通道；同時，保留了石墨炔的基本框架和二維平面結構中的共軛體系，使其材料具有優異的導電性和載流子傳輸特性；尤其是碳氟鍵具有優良的循環儲鋰能力，不僅增加了材料的儲鋰位點，同時碳氟鍵與電解液具有很好的相容性，可以大大降低界面阻抗，從而提高循環穩定性。該項研究結果為溶液法制備大面積性能優異的柔性電極材料提供了研究思路，開創了新型儲能器件電極材料研究的一個新方向。
該研究獲得了國家自然科學基金、中科院前沿重點研究項目、山東省自然科學基金杰出青年基金的支持。（來源：青島能源所）
展開 科學家研發出超材料：可從柔性“秒變”剛性
美國研究人員使用機械超材料（具有自然界中不存在的獨特機械性能）開發出一種新型材料，可響應磁場從柔性變為剛性，在智能可穿戴設備和柔性機器人中具有廣泛應用前景。
當前的機械超材料有著吸引人的特性，如負熱膨脹，低重量時的高強度和高剛度。但一旦構建完成，其屬性將無法更改或調整。美國勞倫斯利弗莫爾國家實驗室和加州大學圣地亞哥分校共同開展的新項目，旨在利用磁場創造一種具有動態可調機械特性的機械超材料，同時又不會引起顯著的形狀變化。
他們采用了所謂的4D打印技術，其得名于3D打印物體可隨時間改變形狀，時間是第四維度。通常，這種類型的結構會對刺激（熱、水化作用或磁場）作出響應而改變形狀。
研究人員開發的場響應超材料（FRMM）可根據磁場的變化改變其性質。然而，與典型的4D打印材料不同的是，其不會改變整體形狀，而是改變剛度。
其制造過程是，首先通過3D打印制作機械超材料，該材料由空心梁而非典型的實心梁構成。打印出中空管狀超材料后，將磁流變流體注入梁芯，完成場響應超材料的制造。磁流變流體由磁性顆粒構成，懸浮在非磁性介質中。當流體存在磁場時，磁性粒子沿磁場線排列成鏈，增加了流體的剛度，從而同時增加了整體結構的剛度。當磁場被移除時，流體表現為液體，能夠自由流動。
研究人員表示，這種磁機械效應不僅僅是一個開關響應，結構的剛度還可通過施加的磁場強度進行調整。通過仔細選擇管狀結構，場響應超材料的機械性能可在不到一秒的時間內顯示出高達318%的拉伸剛度。
研究人員認為，場響應超材料可用作柔性機器人中的可變剛度接頭，并可集成到智能可穿戴設備中，這些可穿戴設備在沒有磁場的情況下是靈活的，但在檢測到威脅時可改變屬性以吸收沖擊或振動。
（來源：科技日報）
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柔性再生碳纖維濕法取向仿真模擬及其復合材料性能研究
摘 要：基于珠鏈模型，采用離散單元法對纖維模型進行柔性化處理；通過搭建 EDEM-Fluent 耦合仿真模型，對柔性再生碳纖維在漸縮流場中的流動取向過程進行仿真模擬。采用濕法取向技術對 6 mm 纖維進行重新取向排布制備取向氈，將仿真結果與實驗結果進行對比。采用模壓法制備了碳纖維/環氧樹脂基復合材料，對其力學性能進行表征。結果表明：在纖維跟隨流體運動的過程中，纖維會受到軸向剪切力的作用，發生不同程度的彎曲變形，并沿著流體流動方向發生旋轉，從而在移動過程中完成取向。利用二維方向張量對纖維氈取向度進行表征，其取向度為 98%；制備的取向復合材料彎曲強度和模量較未取向材料分別提升 70.6%和 88.5%。
關鍵詞：纖維取向；柔性纖維；離散單元法；漸縮流場；力學性能
0 前言
碳纖維/環氧樹脂基復合材料(CF/EP)在航空航天、風電、交通等大型承力構件制造中得到廣泛應用[1]，尤其在航空航天方面，常用來制造發動機殼體、蒙皮等重要部件，可以發揮碳纖維復合材料輕量化、高強度等優勢[2]。隨著碳纖維應用范圍的不斷擴大，各領域對碳纖維需求量急速增加，制造中的廢棄邊角料和服役期滿碳纖維復材制品也隨之增長[3]。對廢棄碳纖維復合材料中的碳纖維進行回收再利用是解決碳纖維廢棄物堆積問題的最佳途徑，回收之后的再生碳纖維性能與原纖維相差無幾，回收成本卻遠遠小于生產成本[4]。回收碳纖維通常采用模壓工藝實現復材制品成型，并應用于汽車外覆蓋件等部位。但是碳纖維作為一種各向異性的材料，其軸向力學性能優于徑向力學性能[5]，隨機排列的短纖維大大限制了其應用途徑。因此，有效的纖維取向技術成為回收碳纖維大規模工業應用的關鍵技術之一。
目前一些學者對纖維取向技術進行了相關研究。
展開 一種用于可穿戴熱管理的導熱柔性復合材料
熱管理解決方案可用于下一代柔性電子產品。研究成果以“Flexible and Printable Composite Ink for
Thermal Management of Soft Electronics”為題發表在《Advanced Functional Materials》。
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圖文導讀
圖1. EGaIn納米顆粒裝飾銀片/PVB柔性熱管理復合材料的制備工藝示意圖。
圖2. 復合材料的EDS以及結構分析。
圖3. 復合材料的導熱系數測試。
圖4.復合材料的歸一化的導熱和電阻循環測試。
圖5.復合材料與商用導熱膏的熱管理性能對比。
圖5.復合材料的在LED中的應用示意圖。
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展開 科研人員開發出柔性可折疊全新電池材料
隨著三星Galaxy Fold、華為Mate X、柔派FlexPai等折疊手機問世。折疊屏手機能給我們帶來極佳的視覺觀影藝術效果的同時，機身厚度，待機時間一直是目前無法攻克避免的難題。在單屏幕狀態下，機身厚度仍然遠超常規尺寸手機。其主要原因在于，攝像頭體積規模限制，電池體積規模限制。
近日，瑞典Linkoping大學研究出一款超級電池Power Paper又稱“紙電池”，該電池打破四項世界紀錄。
該電池擁有極其輕薄的厚度，并具有極佳的延展性和穩固性，反復經過多次折疊依然能保持良好狀態。電池雖小，但其容量為26800毫安，約為iPhone電池容量的十倍，以保障手機具有持久的續航。
其實現原理為：導電聚合物與植物纖維素、甘油等物質進行合理配比，以實現電池效果。
該電池經過實驗室測試2000次以上并沒有出現任何損耗，壽命是鋰電池壽命兩倍以上。
Power Paper目前已獲得2．8億元資助，用于研發和量產化的整體實現。
（來源：太平洋電腦網）
展開 一種用于可穿戴和個人熱管理的柔性熱電材料
一種是利用內在柔性熱電(TE)材料來制造f- TEDs。雖然它們具有優越的內在柔韌性，但由于柔性TE材料的熱電性能較低，使得它們無法通過收集人體熱量來驅動可穿戴設備。另一種方法是通過蛇形金屬線、銀納米線或液態金屬等柔性電極連接高熱電性能材料和TE材料，然后用柔性彈性體封裝。雖然這些工作已經實現了相當大的可以驅動可穿戴設備的身體熱發電，但大多數還沒有實現對人體等任意幾何形狀的有效主動冷卻。因此，開發一種能夠同時實現高性能的身體熱發電和主動冷卻的可穿戴TED對于個人熱管理具有重要意義。
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成果掠影
柔性熱電器件(f- TEDs)可實現熱與電的直接能量轉換，在可穿戴柔性材料和個人熱管理方面具有廣闊的應用前景。然而，傳統的由本質柔性熱電材料制成的f- TEDs功率密度較低，而基于彈性體密封體熱電材料的f- TEDs難以實現主動冷卻。此外，這些f- TEDs通常不能自愈和回收，在可穿戴應用中容易發生斷裂。基于這些問題，鄭州大學毛彥超教授聯合河南農業大學理學院王亞玲副教授在柔性熱電器件取得新的進展。該團隊通過將動態共價熱固性聚亞胺與液態金屬和熱電器件集成在一起，開發了一種自修復和可回收的f- TED。該f- TED在標準化功率密度為1.54 μW/(cm
2?k
2)的時候，在7 ℃溫差下，可以提供創紀錄的13.8 ℃對個人冷卻效果，具有3.91的優異的性能系數(COP)，并且具有低功耗的特點。在f-TED的基礎上，進一步開發了一種個人熱管理系統，可以使身體在不同的環境溫度下保持在舒適的范圍內，并實現對發熱或扭傷踝關節的醫療保健功能。與傳統熱電器件相比，該f-TED可同時實現自愈性、可回收性、靈活性、標準化功率密度大、低功耗、高體表冷卻效果。
展開 