中空結(jié)構(gòu)材料的案例
哥廷根大學(xué)張凱教授課題組《Small》：兼具可調(diào)結(jié)構(gòu)色和力學(xué)性能的三維中空結(jié)構(gòu)材料
然而，這些技術(shù)通常僅限于制備1D/2D結(jié)構(gòu)（纖維或薄膜）。雖然已經(jīng)證明了3D/4D打印可以獲得兼具復(fù)雜結(jié)構(gòu)和有序CNC的潛力，但這種具有復(fù)雜結(jié)構(gòu)的三維結(jié)構(gòu)通常具有非連續(xù)表面，尤其是在垂直方向上。此外，這些技術(shù)中的許多參數(shù)會影響CNC在三維成型結(jié)構(gòu)中的排列，例如ink的固有流變性/粘度、剪切速率、噴嘴幾何形狀和凝固劑的選擇。另一個(gè)關(guān)鍵問題是結(jié)構(gòu)體的力學(xué)性能，在含有CNC的三維復(fù)合材料中，有序排列的CNC如何發(fā)揮作用？是否還有其他影響因素？
圖1 含有CNC的類雙曲面3D結(jié)構(gòu)的制備過程。
近日，德國哥廷根大學(xué)張凱教授課題組通過“拉伸-松弛-干燥”動態(tài)共價(jià)水凝膠的方式制備了具有類似雙曲面的中空三維復(fù)雜結(jié)構(gòu)（圖1）。這種方法的特點(diǎn)是CNC在里面是有取向的，且曲面具有連續(xù)性：基于機(jī)械拉伸和空氣干燥過程，動態(tài)水凝膠中的CNC可以單軸排列；除了力學(xué)增強(qiáng)之外，還提供額外的光學(xué)雙折射現(xiàn)象（圖2）；所獲得的類雙曲面結(jié)構(gòu)參數(shù)可由原始水凝膠的形態(tài)和機(jī)械拉伸的條件控制；類雙曲面結(jié)構(gòu)的表面可以通過空氣干燥過程進(jìn)一步優(yōu)化，從而獲得光滑、連續(xù)和彎曲的表面。更為重要的是，研究發(fā)現(xiàn)這種3D形狀結(jié)構(gòu)的機(jī)械性能不僅依賴于CNC的有序排列，而且與結(jié)構(gòu)固有的幾何形狀有很大關(guān)系（圖3）。這些結(jié)果將為設(shè)計(jì)和制造具有固定形態(tài)、力學(xué)性能和功能的先進(jìn)材料提供新的視角。
圖2 類雙曲面3D結(jié)構(gòu)的光學(xué)性質(zhì)。
展開 中空結(jié)構(gòu)的復(fù)合材料部件已經(jīng)可以做出來了
如何用工業(yè)化的方法生產(chǎn)中空結(jié)構(gòu)的碳纖維增強(qiáng)復(fù)合材料部件？康隆（Cannon）Afros提供了一種有效的解決方案。
康?。–annon）Afros公司開發(fā)了一項(xiàng)新技術(shù)，可生產(chǎn)內(nèi)部預(yù)置了金屬嵌件的碳纖維增強(qiáng)復(fù)合材料（CFRP）中空結(jié)構(gòu)部件。這項(xiàng)技術(shù)采用了高壓注入樹脂工藝，在適當(dāng)?shù)木酆蠝囟认拢ㄟ^有差別的加壓，使用一種高阻的低熔點(diǎn)可導(dǎo)出金屬芯材來進(jìn)行生產(chǎn)。
鳳凰高活性環(huán)氧樹脂https://m.hongyantu.com/goodlist/sz/48351.html
總體而言，不規(guī)則形狀的或內(nèi)部放置了嵌入件的中空結(jié)構(gòu)的HP-RTM（高壓樹脂傳遞模塑成型）復(fù)合材料部件，其外面可以是一層碳纖維增強(qiáng)復(fù)合材料（CFRP），內(nèi)部則是一個(gè)可導(dǎo)出的金屬芯材。這項(xiàng)技術(shù)的專利還在申請之中，與此同時(shí)，已經(jīng)可以以此進(jìn)行工業(yè)化生產(chǎn)了。
中空結(jié)構(gòu)的碳纖維增強(qiáng)復(fù)合材料（CFRP）部件可以用于很多領(lǐng)域，像機(jī)械手的運(yùn)動部件、傳動機(jī)構(gòu)、形狀不規(guī)則的結(jié)構(gòu)件、非圓柱形的罐體以及液體和壓縮氣體的儲罐等
歷史的發(fā)展
近年來，碳纖維復(fù)合材料的浸潤工藝發(fā)展很快，這是因?yàn)閷汃R公司需要以一種高效且重復(fù)性好的方式生產(chǎn)數(shù)以萬計(jì)的復(fù)合材料部件，并以此制造出非常輕的電動汽車，以滿足大城市的人們乘車出行的需要。寶馬公司及其復(fù)合材料部件供應(yīng)商因此投入巨額資金，開發(fā)高壓樹脂傳遞模塑成型（HP-RTM）工藝。
這項(xiàng)工藝是用高壓將樹脂注入模具內(nèi)，來對纖維進(jìn)行浸潤。
可快速固化成型的聚氨酯或環(huán)氧樹脂原料，先經(jīng)過精確計(jì)量，再通過一個(gè)裝在模具上的混合頭進(jìn)行高壓混合。
如此，模具的型腔即是模塑成型部件的外形。所以，通常是生產(chǎn)有一定形狀的三維片狀結(jié)構(gòu)的部件，而不是那種類似中空結(jié)構(gòu)的部件，因?yàn)槿绻共考庑乌呄?em>中空的形狀，纖維很容易產(chǎn)生皺褶。
展開 Mater.綜述：用于能源儲存、轉(zhuǎn)換和生產(chǎn)的中空納米結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
【引言】
空心納米結(jié)構(gòu)在能源存儲、轉(zhuǎn)換和生產(chǎn)技術(shù)方面展現(xiàn)出了巨大的潛力。在過去十年中，研究者們致力于設(shè)計(jì)和合成具有不同組成和幾何特征的中空納米結(jié)構(gòu)。然而，它們的結(jié)構(gòu)與儲能性能之間的相關(guān)性尚未在文獻(xiàn)中進(jìn)行深入完整的報(bào)道。
【成果簡介】
近日，中科院過程工程研究所的王丹教授（通訊作者）與斯坦福大學(xué)的崔屹教授（通訊作者）的團(tuán)隊(duì)在Advanced Materials上發(fā)表了題為“Design of Hollow Nanostructures for Energy Storage, Conversion and Production”的文章。文章中重點(diǎn)介紹了設(shè)計(jì)中空納米結(jié)構(gòu)以有效解決能源相關(guān)技術(shù)問題的一些代表性實(shí)例，如鋰離子電池，鋰金屬負(fù)極，鋰硫電池，超級電容器，染料敏化太陽能電池，電催化，以及光電化學(xué)電池。并且深入討論了材料結(jié)構(gòu)對其性能的巨大影響。這些探究能更好地指導(dǎo)中空納米結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)，以滿足特定應(yīng)用的要求，同時(shí)豐富中空納米結(jié)構(gòu)系列的多樣性。最后，文章還指出了空心納米結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的未來方向，以解決新出現(xiàn)的挑戰(zhàn)并進(jìn)一步改善能源相關(guān)技術(shù)的性能。
展開 玻璃鋼中空立柱的材料構(gòu)成
玻璃鋼中空立柱是一種新型的道路防護(hù)欄，不但可以起到防護(hù)、隔離的作用，且外皮可有多種顏色選擇，美觀大方。產(chǎn)品表面的專用涂層色彩鮮艷、附著力強(qiáng)、抗紫外線照射不掉色。起到了環(huán)保節(jié)能，堅(jiān)實(shí)耐用，安裝方便，可回收的價(jià)值不大，很好的起到了防偷盜的作用，目前使用的高速公路有：大廣高速全線、山西半數(shù)高速公路、丹拉高速、保定到滄州高速和張石高速等，獲得了業(yè)主和施工單位的好評。
玻璃鋼中空立柱主要由高耐候性pvc外殼，無機(jī)玻璃鋼體和玻璃纖維增強(qiáng)材料組成。產(chǎn)品經(jīng)過一套完整、科學(xué)、嚴(yán)密的工藝方法和生產(chǎn)設(shè)備。在生產(chǎn)過程中流體復(fù)合材料在負(fù)壓真空狀態(tài)中均勻復(fù)合到pvc腔內(nèi)，從而制成材料密實(shí)性好、強(qiáng)度高的新型玻璃鋼立柱。
近年來隨著國力的增強(qiáng)，交通事業(yè)的迅猛發(fā)展，鐵路、高速公路已成為城市之間城鄉(xiāng)之間重要的交通紐帶。在鐵路、公路兩側(cè)安裝不同材料的隔離柵是保證安全行車的一項(xiàng)重要設(shè)施。GRC復(fù)合隔離柵立柱與目前較為廣泛使用的鋼式與水泥隔離柵立柱相比有它突出的優(yōu)點(diǎn)。鋼立柱雖然具有強(qiáng)度高韌性好的優(yōu)點(diǎn)，但為野外使用其缺陷也是十分明顯的：易生銹、耐候性差、造價(jià)高，由于其具有回收利用價(jià)值還極易被盜，同時(shí)鋼材還是一種高耗能材料。另外金屬材料腐蝕后對土壤、水資源的污染也非常嚴(yán)重，破壞環(huán)境。而水泥立柱的缺陷更是顯而易見，表面粗糙、強(qiáng)度低、重量高、易折斷，不方便運(yùn)輸安裝等。
玻璃鋼中空立柱是一種打破傳統(tǒng)，與眾不同的新產(chǎn)品，它的問世從根本上改變了鋼式立柱和水泥立柱一統(tǒng)兩側(cè)的局面。它優(yōu)良的性能，新穎的外觀，較低的價(jià)格，方便的安裝方式都將成為人們選擇它的理由。
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LSDYNA中空物質(zhì)材料的關(guān)鍵字定義
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編號9的材料
Purpose: This command provides the coupling mechanism for modeling Fluid-Structure Interaction (FSI). The structure can be constructed from Lagrangian shell and/or solid entities. The multi-material fluids are modeled by ALE formulation.
該命令提供了對液體-結(jié)構(gòu)相互作用進(jìn)行建模的耦合機(jī)制。結(jié)構(gòu)能夠從拉格朗日殼體和/或固體實(shí)體中建模，多組分材料液體由ALE公式建模。
展開 具有合理表面工程的分級中空-微球金屬-硒化物@碳復(fù)合材料用于高級鈉儲存
【引言】
由于鈉離子半徑較大(102 pm)的限制，傳統(tǒng)的電極材料在鈉離子電池(SIBs)中表現(xiàn)出緩慢的動力學(xué)特性。提高動力學(xué)，包括快速離子穿梭和高離子存儲能力，是進(jìn)一步推進(jìn)實(shí)際應(yīng)用的迫切要求。從根本上說，探索合適的電極是一種重要的方法。與插入型材料的低Na存儲容量和合金型材料的大體積膨脹相比，轉(zhuǎn)換型材料顯示出了作為SIBs負(fù)極的潛力。過渡金屬二硫族化合物作為以轉(zhuǎn)化反應(yīng)為基礎(chǔ)的主要成分，引發(fā)了大量的活性。屬于VI族的硒化物具有較高的動力學(xué)（1×10-5 Sm-1）和較弱的電負(fù)性（2.4）。結(jié)構(gòu)工程和碳引入被認(rèn)為是增加活性位點(diǎn)和減輕體積變化的經(jīng)典操作方法。此外，碳的摻入被用作另一種有效的方式，這可以促進(jìn)體積變化的適應(yīng)，副產(chǎn)物的捕獲等。
【成果簡介】
近日，在中南大學(xué)紀(jì)效波教授團(tuán)隊(duì)（通訊作者）帶領(lǐng)下，與河南工業(yè)大學(xué)合作，利用柯爾克達(dá)爾效應(yīng)的熱硒化，成功地從Ni-Pr/PPy的自組裝中獲得了由碳約束的NiSe2微球。衍生的分層中空結(jié)構(gòu)增加了鈉存儲的活性缺陷，而現(xiàn)有的雙N摻雜碳層明顯減輕了體積膨脹。結(jié)果，它顯示了超快的倍率性能，即使在10.0 A g-1下3000次循環(huán)后也能提供374 mAh g-1的穩(wěn)定容量。這些顯著的結(jié)果可歸因于NiSe2和碳膜界面上的Ni-O-C鍵，這導(dǎo)致離子的更快轉(zhuǎn)移，聚硒化物的有效捕獲和高度可逆的轉(zhuǎn)化反應(yīng)。循環(huán)伏安法（CV）動力學(xué)分析表明，電化學(xué)過程主要由贗電容行為決定。在電化學(xué)阻抗譜（EIS）的支持下，證實(shí)固體電解質(zhì)界面膜在循環(huán)期間可逆地形成/分解。
展開 西南大學(xué)黃進(jìn)教授和甘霖副教授提出負(fù)泊松比結(jié)構(gòu)力學(xué)強(qiáng)化輕質(zhì)化生物基材料的普適性方法：軸向/徑向控比粘彈性壓縮多孔材料負(fù)泊松比結(jié)構(gòu)化
PBS超臨界發(fā)泡材料和PBS-NPR負(fù)泊松比結(jié)構(gòu)材料的胞元設(shè)計(jì)、制備流程、產(chǎn)品及微觀結(jié)構(gòu)：PBS超臨界發(fā)泡材料在軸向（a）、徑向（b）上的孔隙；PBS-NPR材料在軸向（c）、徑向（d）上的孔隙；PBS超臨界發(fā)泡材料和PBS-NPR材料在壓縮過程中的應(yīng)力-應(yīng)變曲線，軸向部分（e），徑向部分（f）。
如圖1a ~ d，經(jīng)軸向與徑向控比粘彈壓縮制備的PBS-NPR材料的微觀結(jié)構(gòu)表征結(jié)果表明，多孔PBS發(fā)泡材料的胞元結(jié)構(gòu)由正泊松比的凸多面體轉(zhuǎn)變成負(fù)泊松比的內(nèi)凹多面體。正是這種密布的負(fù)泊松比胞元陣列賦予了PBS-NPR材料宏觀負(fù)泊松比特性。此外，調(diào)控軸向與徑向的不同壓縮比例可獲得不同負(fù)泊松比特性的PBS-NPR材料，從而可以根據(jù)現(xiàn)實(shí)應(yīng)用需求滿足不同力學(xué)性能的輕質(zhì)化PBS-NPR材料針對性制造。如圖1e-f，輕質(zhì)化PBS-NPR材料在壓縮過程中的軸向和徑向應(yīng)力—應(yīng)變曲線分別表現(xiàn)出兩種典型的聚合物材料應(yīng)力-應(yīng)變行為：硬且韌、軟且韌。PBS-NPR材料內(nèi)部的取向胞元結(jié)構(gòu)導(dǎo)致了PBS-NPR壓縮性能均呈現(xiàn)各向異性，可以滿足不同應(yīng)用領(lǐng)域?qū)τ?em>材料力學(xué)性能的個(gè)性化需求。相對于PBS超臨界發(fā)泡材料, PBS-NPR材料的軸向壓縮模量增加了359%，徑向壓縮模量增加了68%，軸向部分壓縮模量比徑向部分壓縮模量高904%；同時(shí)，軸向部分屈服強(qiáng)度比PBS超臨界發(fā)泡材料高840%，徑向部分屈服強(qiáng)度比PBS超臨界發(fā)泡材料高191%。該結(jié)果表明，軸向與徑向控比粘彈性壓縮引起的負(fù)泊松比結(jié)構(gòu)化實(shí)現(xiàn)了輕質(zhì)化PBS多孔材料的高力學(xué)性能。
這種軸向與徑向控比粘彈壓縮負(fù)使輕質(zhì)化生物基材料高性能化的方法，不僅大幅提升了輕質(zhì)化生物基材料的力學(xué)性能，同時(shí)避免了傳統(tǒng)化學(xué)或物理改性手段的帶來的制造成本與技術(shù)難度增加及相關(guān)不可控因素。
展開 塑膠材料篇：高分子的結(jié)構(gòu)，影響著材料的諸多性能
塑膠材料的種類繁多，性能各異，雖然常用的材料還不算太多，但是有些材料性能差異很大，有些則比較相似，如果我們光靠記憶各材料的性能來熟悉材料，顯然是比較低效的，特別是一些你不常使用的材料，即使當(dāng)時(shí)你能記住它具體性能用途，但是估計(jì)也會很快忘記。所以，這個(gè)時(shí)候，理論、原理性的知識就顯得尤為重要，以下內(nèi)容實(shí)際上在上學(xué)時(shí)我們都學(xué)過，只是當(dāng)時(shí)很難去理解，現(xiàn)在回過頭來看，其實(shí)還是有些收獲的。
高分子鏈的結(jié)構(gòu)，其實(shí)影響著高分子塑膠材料很多性能，如強(qiáng)度、剛度、沖擊強(qiáng)度等物理性能，有些材料分子結(jié)構(gòu)式非常相似，但性能卻各異，比如這三種材料：PE、PS、PVC。
本文為啥把它們?nèi)旁谝黄鹋e例介紹呢，主要是他們名字太相似了，咋一看，一字之差，實(shí)際上它們的性能差別很大，它們都為五大通用塑膠之一，產(chǎn)量大，價(jià)格便宜，廣泛應(yīng)用于日常產(chǎn)品上。
PE，學(xué)名稱為“聚乙烯”，是指由乙烯單體經(jīng)自由基加聚反應(yīng)合成的聚合物。
PS，學(xué)名稱為“聚苯乙烯”，是指由苯乙烯單體經(jīng)自由基加聚反應(yīng)合成的聚合物。
PVC，學(xué)名稱為“聚氯乙烯”，是指由氯乙烯單體經(jīng)自由基加聚反應(yīng)合成的聚合物。
PE、PS和PVC的單體化學(xué)結(jié)構(gòu)式如下，可以看出，結(jié)構(gòu)式的主要區(qū)別是，PS中苯環(huán)取代了PE（聚乙烯）中的一個(gè)氫原子，而PVC中氯原子取代了PE（聚乙烯）中的一個(gè)氫原子。
所以也統(tǒng)稱聚乙烯類塑膠，其中把苯環(huán)、CI等稱為取代基（R），它們的聚合反應(yīng)如下：
由于分子結(jié)構(gòu)的不同，所表現(xiàn)出來的性能也會不同，從上面的結(jié)構(gòu)式可以看出，PE的分子結(jié)構(gòu)具有對稱性，而PS和PVC分子結(jié)構(gòu)不對稱。
那么對稱或不對稱的分子鏈結(jié)構(gòu)對聚合物的性能有什么影響呢？
展開 活性材料和結(jié)構(gòu)成為熱點(diǎn)，形狀記憶材料逐步成熟
AIAA學(xué)會自適應(yīng)結(jié)構(gòu)技術(shù)委員會（致力于使飛行器能夠適應(yīng)不斷變化的環(huán)境條件和任務(wù)）總結(jié)了2018年全球航空航天自適應(yīng)結(jié)構(gòu)技術(shù)進(jìn)展。2018年，活性材料和結(jié)構(gòu)成為全球的研究熱點(diǎn)，形狀記憶材料技術(shù)逐步成熟。
關(guān)于活性材料研發(fā)，哈爾濱工業(yè)大學(xué)在1月份首次展示了一種新的形狀記憶聚合物，通過增材制造，可以得到在交變磁場的遠(yuǎn)程作用下表現(xiàn)出自展開行為的零部件。
在美國陸軍資助下，亞利桑那州立大學(xué)的研究人員今年推進(jìn)了新型力敏感單元（力敏團(tuán)，mechanophore）材料的研發(fā)，這些材料在機(jī)械載荷下可改變顏色，從而對復(fù)合材料進(jìn)行損傷監(jiān)測。今年年初，該團(tuán)隊(duì)使用力敏團(tuán)材料對復(fù)合材料樣品進(jìn)行了疲勞載荷下的損傷監(jiān)測演示，試驗(yàn)表明，該力敏團(tuán)材料能夠達(dá)到預(yù)期的結(jié)構(gòu)損傷監(jiān)測效果。
在美國海軍資助下，中佛羅里達(dá)大學(xué)的研究人員提出了一種使用機(jī)電耦合材料消除結(jié)構(gòu)共振的方法。2018年底，研究團(tuán)隊(duì)在葉盤結(jié)構(gòu)上對該方法進(jìn)行了試驗(yàn)驗(yàn)證。該方法通過有效減少多種振動模式中的有害振動，減少與葉片高周疲勞和故障失效相關(guān)的維護(hù)、修理和大修成本。
美國空軍研究人員開發(fā)了一種液晶彈性體材料，在一定條件下，該材料可以從平面狀態(tài)變形產(chǎn)生三維形貌。研究團(tuán)隊(duì)使用高保真度模型對產(chǎn)生有利表面拓?fù)涮卣鞯膹?fù)雜材料平面圖進(jìn)行仿真，并且在3月份完成了實(shí)際壓力載荷下的風(fēng)洞試驗(yàn)。該材料可用于制造渦流發(fā)生器和分布式粗糙元件，從而能夠在一系列飛行條件下減小阻力并增加穩(wěn)定性和可控性。
使用活性材料，特別是固態(tài)、堅(jiān)硬、高度緊湊型的形狀記憶合金（SMA）組件，改進(jìn)傳統(tǒng)風(fēng)洞試驗(yàn)方法，也是2018年的研究重點(diǎn)。傳統(tǒng)風(fēng)洞試驗(yàn)需要更換多個(gè)固定零部件，但遠(yuǎn)程控制的風(fēng)洞模型可使用移動、可控結(jié)構(gòu)取代這些幾乎剛性的零部件，從而提高試驗(yàn)效率和數(shù)據(jù)質(zhì)量，并降低風(fēng)洞試驗(yàn)的成本。
展開 重磅：材料之美，第八屆材料微結(jié)構(gòu)大賽結(jié)果公布！
材料：以Cu、Zr二元合金為基底制備出非晶條帶，將非晶條帶經(jīng)HF溶液腐蝕得到納米多孔銅，然后將其在電解液中進(jìn)行陽氧極化，最后在馬弗爐中保溫一定時(shí)間后對其進(jìn)行形貌觀察。儀器：JSM7610F高分辨場發(fā)射掃描電子顯微鏡。描述：通過選擇性脫合金的方法制備納米多孔金屬銅/非晶層/納米多孔金屬銅三明治結(jié)構(gòu)，表面的納米多孔金屬連續(xù)的韌帶和孔洞結(jié)構(gòu)展示了較大的比表面積。選擇Na2S電解液，在合適的電位下進(jìn)行陰離子交換，制備出Cu7S4納米多孔材料覆蓋在非晶條帶表面，材料的自支撐性得以保留。樣品制備工藝簡單，且能夠?qū)崿F(xiàn)印染廢水的有效降解。浮萍本無根，相聚是緣，離散隨風(fēng)，飄搖又半生。成片的浮萍，將湖面雕成碧玉一片，點(diǎn)點(diǎn)紅花深藏懷中。知音采花歸來，卻已是“不解藏蹤跡，浮萍一道開”（唐白居易《池上》）。【評語】納米多孔銅類似浮萍結(jié)構(gòu)分布比作相聚與離散，表面裂紋形似人生溝坎，要給人漂浮水面的感覺，但其清晰度欠佳，稍有模糊的感覺。//原圖清晰度不夠，但整體藝術(shù)設(shè)計(jì)還可以，但其中寓意讓人能感覺出該作品作者的用心之處//作品圖片清晰美觀，色彩飽滿，觀之讓人心曠神怡，如鳥瞰大地遠(yuǎn)觀浮萍，視野開闊美感十足。材料的制備方法新穎且簡單易行，帶有強(qiáng)烈的設(shè)計(jì)感。非晶多孔銅基底似深厚的水域，承載著如飄搖浮萍一般的氧化物Cu7S4，巧妙的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)賦予了該材料獨(dú)特的性能，是一種能有效實(shí)現(xiàn)印染廢水降解、具有廣闊應(yīng)用前景的新型功能材料。從圖片藝術(shù)性上來看，作品具有濃郁的詩情，蘊(yùn)含著人生漂浮不定卻又隨遇而安的達(dá)觀，主題升華自然而有深意。圖片色彩運(yùn)用恰到好處，構(gòu)圖協(xié)調(diào)，寓意形象生動。作者在科研中發(fā)現(xiàn)美和詩意，正是廣大科研工作者應(yīng)有的境界。//浮萍漂泊，落葉無根，圖片處理生動形象，具有觀賞性，原圖未添加標(biāo)尺，需要調(diào)整亮度和對比度。
展開 復(fù)合材料結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)知識共享系列之二復(fù)合材料沖擊損傷的來龍去脈
在發(fā)表的文獻(xiàn)中給出了當(dāng)時(shí)波音民用飛機(jī)使用的復(fù)合材料體系T300/5208的沖擊能量~壓縮破壞應(yīng)變曲線（見圖1），其門檻值大約為2800με。
圖1 翼面結(jié)構(gòu)典型鋪層試樣壓縮下沖擊破壞曲線
國內(nèi)從1985年開始沖擊損傷的研究，在中國飛機(jī)強(qiáng)度所建立了壓縮下沖擊的試驗(yàn)設(shè)備及開展了相關(guān)的理論和試驗(yàn)研究。這項(xiàng)研究在航空用復(fù)合材料體系的研發(fā)和復(fù)合材料飛機(jī)結(jié)構(gòu)的損傷容限設(shè)計(jì)和試驗(yàn)驗(yàn)證中得到應(yīng)用。1980年代國內(nèi)開始軍機(jī)復(fù)合材料結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)和研制，當(dāng)時(shí)首先遇到的問題是沒有復(fù)合材料結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)知識，特別是當(dāng)時(shí)作為設(shè)計(jì)入門的國外某公司《復(fù)合材料設(shè)計(jì)手冊》中給出一組設(shè)計(jì)用材料數(shù)據(jù)（見圖2），從文獻(xiàn)可知，其所用材料體系是T300/5208。通常金屬結(jié)構(gòu)極限載荷與限制載荷相差1.5倍，結(jié)構(gòu)在極限載荷下的設(shè)計(jì)許用值一般采用材料的極限強(qiáng)度，因此限制載荷下使用的材料性能應(yīng)是極限強(qiáng)度除以1.5，這組數(shù)據(jù)背離了人們的常識。當(dāng)時(shí)國內(nèi)軍機(jī)采用T300碳纖維，但使用國內(nèi)研制的樹脂，其設(shè)計(jì)值該如何確定成了航空復(fù)合材料界的難題，航空界進(jìn)行了研究和向國外專家咨詢，但始終沒有解決（關(guān)于許用值與設(shè)計(jì)值將在另文討論），但在該文件中指出了壓縮限制應(yīng)變的確定與沖擊損傷有關(guān)。在此背景下，當(dāng)年作者提出了確定設(shè)計(jì)值的一種工程方法：鑒于設(shè)計(jì)值與沖擊損傷有關(guān)，且國外該公司所用的材料體系是T300/5208，而文獻(xiàn)中提供了該材料體系典型結(jié)構(gòu)鋪層試樣的沖擊能量~壓縮破壞應(yīng)變曲線的門檻值為2800με，只要將國內(nèi)軍機(jī)所用材料同樣結(jié)構(gòu)典型鋪層試樣的沖擊能量~壓縮破壞應(yīng)變曲線門檻值與其進(jìn)行比較，即可確定國內(nèi)軍機(jī)所用材料體系的壓縮設(shè)計(jì)值。在設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)比較缺乏的1990年代，根據(jù)作者提出的這種確定壓縮設(shè)計(jì)值的簡便方法，解決了軍機(jī)復(fù)合材料結(jié)構(gòu)研制中遇到的一系列問題。
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先進(jìn)結(jié)構(gòu)陶瓷納入國家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃“先進(jìn)結(jié)構(gòu)與復(fù)合材料”重點(diǎn)專項(xiàng)
為落實(shí)“十四五”期間國家科技創(chuàng)新有關(guān)部署安排，國家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃啟動實(shí)施“先進(jìn)結(jié)構(gòu)與復(fù)合材料”重點(diǎn)專項(xiàng)。根據(jù)本重點(diǎn)專項(xiàng)實(shí)施方案的部署，科技部近日發(fā)布了2021年度項(xiàng)目申報(bào)指南。該指南重點(diǎn)圍繞先進(jìn)結(jié)構(gòu)陶瓷與陶瓷基復(fù)合材料、高溫與特種金屬結(jié)構(gòu)材料、先進(jìn)工程結(jié)構(gòu)材料、結(jié)構(gòu)材料制備加工與評價(jià)新技術(shù)等7個(gè)技術(shù)方向。
本重點(diǎn)專項(xiàng)總體目標(biāo)是：面向制造強(qiáng)國、交通強(qiáng)國、航天強(qiáng)國建設(shè)等國家重大需求部署先進(jìn)結(jié)構(gòu)與復(fù)合材料研發(fā)任務(wù)，形成國產(chǎn)材料體系化自主研制和保障能力，實(shí)現(xiàn)航空發(fā)動機(jī)、重載火箭、國產(chǎn)大飛機(jī)、核電工程裝備、深海油氣資源開采等
國家大型工程等急需的關(guān)鍵結(jié)構(gòu)與復(fù)合材料的國內(nèi)自主供給。
先進(jìn)結(jié)構(gòu)陶瓷與陶瓷基復(fù)合材料
高端合金制造及鋼鐵冶金用關(guān)鍵結(jié)構(gòu)陶瓷材料開發(fā)及應(yīng)用（示范應(yīng)用）
研究內(nèi)容：
面向冶金產(chǎn)業(yè)提升的發(fā)展需求，研究高端合金制造及鋼鐵新技術(shù)領(lǐng)域用關(guān)鍵結(jié)構(gòu)陶瓷材料組分設(shè)計(jì)與制備技術(shù)，開發(fā)高品質(zhì)高溫合金制備用結(jié)構(gòu)陶瓷材料、冶金領(lǐng)域用
高效節(jié)能
硼化鋯陶瓷電極、薄帶連鑄用結(jié)構(gòu)功能一體化陶瓷材料
的規(guī)?；a(chǎn)工藝，開展應(yīng)用評價(jià)技術(shù)研究，建立規(guī)?；a(chǎn)線，研制關(guān)鍵生產(chǎn)設(shè)備，制定制備及檢測標(biāo)準(zhǔn)。
展開 復(fù)合材料夾層結(jié)構(gòu)常用PVC多孔泡沫材料參數(shù)
復(fù)合材料夾層結(jié)構(gòu)常用PVC多孔泡沫材料參數(shù).pdf
樓雄文J. Am. Chem. Soc.：Co9S8@ZnIn2S4分級異質(zhì)結(jié)籠用于高效光催化劑產(chǎn)氫
截至目前，大量半導(dǎo)體材料已被成功應(yīng)用于光催化產(chǎn)氫。然而，其中大多數(shù)光催化劑的活性仍然相對較低。首要原因在于光生載流子的分離與傳輸效率較低。
金屬硫化物（e.g., Co9S8, ZnIn2S4）由于其獨(dú)特的電子結(jié)構(gòu)和光學(xué)特性，在光解水領(lǐng)域正日益興起。尤其是，由于異質(zhì)界面之間的電位梯度的存在，由能帶結(jié)構(gòu)相匹配的金屬硫化物半導(dǎo)體構(gòu)建的異質(zhì)結(jié)光催化劑可以有效地加速光生電荷的分離和傳輸。此外，復(fù)合光催化劑往往具有更好的光穩(wěn)定性和光吸收性能。這些優(yōu)勢促使異質(zhì)結(jié)構(gòu)光催化具有更高效的性能。除了化學(xué)組成的調(diào)控，高效光催化反應(yīng)的實(shí)現(xiàn)也在很大程度上取決于催化劑結(jié)構(gòu)的合理設(shè)計(jì)。
近年來，中空結(jié)構(gòu)材料被廣泛用于太陽能光催化領(lǐng)域。中空結(jié)構(gòu)不僅能縮短催化劑體相到表面的距離從而加速光生電荷的分離，還可以提供大的表面積和豐富的活性位點(diǎn)以促進(jìn)氧化還原反應(yīng)。而且，中空粒子，尤其是多面體籠，可以通過內(nèi)部空腔的多次光散射/反射來增強(qiáng)光吸收。此外，組裝于多面體籠表面的二維（2D）半導(dǎo)體納米片亦有利于縮短電荷擴(kuò)散距離并暴露更多的催化活性位點(diǎn)。因此，綜合上述考慮，二者結(jié)合極有可能實(shí)現(xiàn)對新的高效光解水產(chǎn)氫催化劑的成功構(gòu)筑。
【研究亮點(diǎn)】
1. 成功合成了Co9S8@ZnIn2S4分級籠狀異質(zhì)結(jié)構(gòu)并用于光催化產(chǎn)氫。
2. 籠狀分級異質(zhì)結(jié)構(gòu)可以有效促進(jìn)光生電荷的分離和轉(zhuǎn)移，該材料在無助催化劑的參與下，表現(xiàn)了高效的光催化產(chǎn)氫活性和良好的穩(wěn)定性，其產(chǎn)氫速率可達(dá)6250 μmol h-1 g-1。
【成果簡介】
近日，來自新加坡南洋理工大學(xué)的樓雄文教授（通訊作者）在J. Am. Chem.
展開 航天特種材料及工藝技術(shù)研究所《ACS AMI》：結(jié)構(gòu)穩(wěn)健的耐1400℃ 陶瓷納米棒氣凝膠隔熱材料
基于上述需求，航天特種材料及工藝技術(shù)研究所熱防護(hù)材料研究團(tuán)隊(duì)提出了一種簡單、可規(guī)?；闹苽浞椒ǎ_發(fā)了一種耐1400℃氣凝膠材料，其纖維增強(qiáng)后的復(fù)合材料耐溫性可高達(dá)1500℃。
本文亮點(diǎn)：
該團(tuán)隊(duì)改進(jìn)傳統(tǒng)溶膠-凝膠法，通過Al2O3納米棒和SiO2納米顆粒的可控組裝來制備具有分等級大孔和介孔結(jié)構(gòu)的陶瓷納米棒氣凝膠，通過熱處理過程，制備出陶瓷納米棒氣凝膠（CNRAs）。在該研究中，作者根據(jù)三個(gè)標(biāo)準(zhǔn)制備耐高溫、高效隔熱及高強(qiáng)度CNRAs:(1)作為基本結(jié)構(gòu)單元的Al2O3納米棒須具有可控的尺寸；(2)Al2O3納米棒必須組裝成具有三維連通多孔結(jié)構(gòu)的宏觀體氣凝膠；(3)Al2O3納米棒之間須具有很強(qiáng)的連接，整體形成機(jī)械堅(jiān)固和熱穩(wěn)定性好的骨架網(wǎng)絡(luò)。CNRAs的制備過程主要包括納米棒的合成、溶膠凝膠、超臨界干燥和高溫退火過程。
圖1 陶瓷納米棒氣凝膠制備流程圖
在制備CNRA之前，他們通過組裝過程制備了氧化鋁納米棒和二氧化硅納米顆粒組成的三維網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，此時(shí)的氣凝膠為pre-CNRA。pre-CNRA的SEM和TEM圖像顯示，它是由納米棒和納米顆粒組成的隨機(jī)搭接的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。作者認(rèn)為，納米棒相互搭接的自支撐力和納米顆?；ハ喽逊e的粘接力是三維網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的主要支撐力，這種結(jié)構(gòu)和自然界用樹枝做的鳥巢非常相似。
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