关键词： 遗态材料   麻纤维   纳米氧化物  

摘要： 介绍了遗态材料国内外的研究现状，详细论述了遗态材料的制备、微观组织、性能（力学性能、摩擦性能和其他性能）及应用进展，预测了今后的发展趋势，提出了利用麻纤维和纳米氧化物浸渍制备纳米氧化物／麻纤维遗态材料的设想。

关键词： 多孔结构   纳米碳   电磁屏蔽   吸波材料  

摘要： 近年来,由于电磁干扰现象日趋严重,因而研究新型轻质、高效、宽频以及能满足不同环境和应用场合的电磁屏蔽和吸波材料已成为重要而且迫切需要解决的问题。设计研究新型电磁屏蔽/吸波材料要求基于电磁波的传播及电磁波与物体的相互作用原理,结合材料的微观结构、组分与功能的内在关系,构造形态、组分、结构屏蔽/吸波相结合的设计思路,研制多种屏蔽/吸波机制于一体的新型材料。而当前纳米材料和多孔结构的前沿研究为新型电磁屏蔽/吸波材料的设计和制备提供了新的思路和途径。在自然界中,植物材料秉承自然界亿万年进化的结果,具有精细的微米、纳米分级多孔结构。可以设想通过选取具有分级多孔结构的植物材料为模板,利用化学物理耦合处理方法遗传植物材料原有的精细形貌和多孔结构,并通过调控工艺改变和组装各种所需的纳米结构和成分,可制备既具有植物材料天然的分级多孔结构,又有人为赋予特性的新型电磁屏蔽和吸波材料。 基于上述学术思想,本研究选取三种典型植物材料为模板,利用化学物理耦合处理方法,遗传了植物材料原有的精细形貌和多孔结构,并通过调控工艺,控制并组装碳/金属纳米结构,从而制备了具有分级多孔结构和碳/金属纳米结构特征的遗态功能复合材料。根据应用目的不同,分别利用遗态功能复合材料为填料制备了酚醛基复合材料和石蜡基复合材料。利用热失重分析法和X射线衍射法分析制备过程的成分反应和变化;运用扫描电镜、透射电镜分别研究微米孔、碳纳米结构组织与形貌;利用氮吸附法表征纳米孔结构;用四探针法和波导管法分别测定酚醛基复合材料的直流电导率和X波段电磁屏蔽效能;利用同轴法测定石蜡基复合材料在2-18GHz的电磁参数,并在此基础上,通过理论数值分析,研究了遗态功能复合材料的吸波性能。主要研究结果如下: 遗态功能复合材料具有分级多孔和碳/金属纳米组织的结构特点:以多孔碳为基体,遗传保留了植物材料天然的微米、纳米级的多孔结构特征,同时在无定形碳基体中自组装碳/金属纳米结构。碳/铁纳米结构的形成临界温度为700oC,而碳/镍和碳/钴纳米结构的形成临界温度超过800oC。当处理温度高于1000oC时,遗态功能复合材料具有典型的三维碳纳米网络结构特征。无定形碳基体中的碳/金属纳米结构的生长机制符合“溶解-析出”模型。 酚醛-遗态功能复合材料在X波段的电磁屏蔽效能随着频率变化基本保持稳定,具有“宽频”的特征。处理温度从500oC提高至1000oC时,酚醛-多孔碳模板的电磁屏蔽效能从小于5dB提高至15dB,而酚醛-遗态功能复合材料的电磁屏蔽效能从小于5dB提高至40dB,表明碳/金属纳米结构的形成极大提高了复合材料的电磁屏蔽效能。遗态功能复合材料对电磁波的屏蔽机理为成分和结构的耦合效应:无定形碳石墨化和碳/金属纳米结构的形成提高电磁波反射和吸收效能,而分级多孔结构对进入复合材料内部的电磁波起多重反射作用,提高了材料的吸收损耗。 遗态功能复合材料的电磁性能与多孔结构、碳/金属纳米结构相关联,可通过处理温度加以控制。多孔结构减小复合材料的介电常数,而碳/金属纳米结构的形成提高复合材料的介电常数。处理温度为600-1000oC时,遗态功能复合材料的介电常数随着处理温度的升高而增大,而磁导率变化甚小。遗态功能复合材料对电磁波的吸收损耗主要为介电损耗,磁损耗很小。 通过理论建模和分析,利用遗态功能复合材料的电磁参数进行单层薄层吸波材料设计,研究结果表明遗态功能复合材料可作为低反射、宽频、薄层的单层介电吸波材料。随处理温度的提高,无定形碳石墨化和碳/金属纳米结构的形成提高了复合材料的介电常数实部和介电损耗,扩宽了低反射率的频率范围,并提高了最大损耗值。单层遗态功能复合材料对电磁波的吸收由“本征损耗”和“结构效应”耦合决定。5mm厚单层遗态功能复合材料在4.2GHz最大反射损耗可达40dB。 本研究利用植物纤维制备了具有分级多孔和碳/金属纳米结构特征的遗态功能复合材料,并对合成工艺、组织结构和电磁性能之间的内在关系进行了研究。对新型电磁屏蔽/吸波材料的研制进行了有益的探索,为新型电磁屏蔽/吸波材料的研制和相关领域的应用提供了理论设计依据和实用途径。

关键词： 遗态材料   制备   性能   应用  

摘要： 介绍了遗态材料的研究理念和国内外的研究进展。针对遗态材料在植物模板的选取、熔融浸渍体的种类以及不同的制备工艺路线进行了详细论述,并分析了遗态材料作为结构功能一体化材料的应用性能及影响因素,最后总结了遗态材料存在的不足及发展方向。

关键词： 植物材料   遗态转化   微观组织   植物结构  

摘要： 经亿万年的遗传、进化和演变，自然界中的植物结构呈现出一种天然的分级结构构造，具有多层次、多维、多组分的有序性组织形貌特征和优异的功能自适应性。在材料及其结构设计的过程中，自然界生物系统的这种自适应结构形态与性能给予了人们很多启示。\n 受自然界的启发，材料研究者一直以来都在研究天然材料的开发利用，探索钻研新型结构功能材料的设计和制备方法。近年来，材料研究者通过对植物材料的研究发现，利用天然植物系统的有序性优化结构形貌，通过工艺控制与复合，可以在不同程度及范围内制备出各类复合材料。但是，目前的研究工作仅是利用植物材料的宏观结构进行特殊处理制备材料，并未涉及从宏、微观角度和植物材料的整体结构对材料的设计、制备及其影响因素的研究分析，并且，植物材料原有的精细本征结构在制得的材料中往往已经消失或受到严重破坏，从而限制了其特殊结构性能的开发利用。为此，本文系统研究了借用自然界经亿、万年优化的植物材料自身多层次、多维的本征结构和形貌作为模板，采用人工控制植物结构和形态的遗传、化学组分的变异处理，可制得保持有自然界植物材料精细结构和形貌的新型材料，同时，对采用不同制备工艺控制调节材料微观结构形貌进行了研究。由植物模板的结构和形貌向新型材料的转化和处理过程，称为“材料的遗态过程”，得到的新型材料可称为“遗态材料”。\n 本文研究采用具有不同结构形貌特征的木材和棉纤维为模板材料，通过制备工艺的控制，制备了SiC/C、TiC/C、SnO2和Al2O3遗态材料，并运用热失重仪、差热分析仪、差示扫描量热分析仪、X射线衍射仪、傅立叶红外光谱仪、扫描电镜、透射电镜、压汞仪、物理吸附比表面仪、HWC-30A气敏性测试系统和激光脉冲法热扩散率测定仪等分析仪器对遗态转化过程中的化学变化、物相、微观组织结构及性能进行了研究。所得主要研究结论如下：\n 1.利用木材结构为模板，通过优化的遗态转化工艺，可制得SiC/C遗态多孔材料和TiC/C遗态多孔材料。在宏微观尺度上，碳化物遗态材料保持了模板材料原有的有序多孔结构特征。在遗态转化过程中，随着烧结温度的升高，沉积在模板材料中的浸渍剂发生自身化学变化，其分解产物不断向多孔模板的孔壁内层渗透扩散，并在1400℃时与外层孔壁的碳相发生反应，生成碳化物(SiC或TiC)相。生成的碳化物相主要分布在遗态多孔材料的外层孔壁部分，内层是未参与反应的C相。遗态材料中碳化物相和碳的比例含量，可以通过制备工艺来调节。\n 2.以棉花作为纤维模板，通过选择性浸渍控制，经遗态转化过程，可制得纤维状氧化物遗态材料。通过以SnCl4和C2H5OH为主配制的溶液浸渍棉纤维模板，可制得纤维状SnO2遗态材料；通过以AlCl3和H2O为主配制的溶液浸渍棉纤维模板，可制得纤维状Al2O3遗态材料。\n 3.不同的工艺可以控制纤维状SnO2遗态材料的形貌特征。在浸渍工艺A控制下制得了纤维状SnO2遗态管状材料。烧结温度的改变对遗态材料比表面积和微孔结构的影响较大，700℃时制得的SnO2遗态管状材料具有最大的比表面积和微孔孔容。不周的浸渍剂配比浓度对SnO2遗态纤维材料的比表面积与微孔结构没有明显影响。在浸渍工艺B控制下可制得具有实心结构的纤维状SnO2遗态材料。SnO2遗态管状材料的气敏性能研究结果表明：SnO2遗态管状材料对C2H5OH、HCHO、90#petrol和LPG具有良好的灵敏性。与氨水化学沉淀法制备的SnO2材料相比，700℃时制得的SnO2遗态管状材料对90#Petrol和C2H5OH的灵敏度都有所提高，其最大灵敏度值分别提高了1.3倍和1.6倍。\n ***2O3遗态材料继承了棉纤维模板材料原有的纤维状形貌结构。不同的烧结温度对Al2O3遗态材料宏观形貌的变化影响较小，而对遗态材料的比表面积和微孔结构参数的变化作用明显，特别是在相变温度时，比表面积和微孔数量大幅降低。浸渍剂配比浓度的变化对制得的Al2O3遗态纤维材料的结构和形貌具有一定影响。纤维状Al2O3遗态材料的导热性能研究结果表明：在温度由100℃升至800℃时，Al2O3遗态纤维材料的最佳导热系数由0.042W/m·K升至0.

关键词： 遗态材料   微观组织   植物模板   孔径分布   多孔材料  

摘要： 通过选用以白松、黑胡桃木和水曲柳等植物结构为模板, 预处理后经硅树脂和钛酸丁酯等物质的浸渍与耦合处理, 制备了具有保持植物纤维原始形态的多孔碳化物遗态材料. 研究结果表明: 制备得到的遗态材料均为多孔材料, 其组织特征继承了所选用的天然植物模板材料的原有组织形态, 具有不同尺寸层次的孔径分布结构.

关键词： 电磁屏蔽   复合材料   多孔结构   植物纤维   遗态结构   化学浸渍  

摘要： 本实验利用具有多孔结构的植物纤维为原材料，通过选择性化学浸渍和组装，利用浸渍剂、植物纤维的遗态结构和固有成分的耦合，制备了遗态电磁屏蔽复合材料，并研究了工艺参数对复合材料电磁屏蔽效能的影响以及复合材料的电磁屏蔽机理，对利用生物遗态制备电磁屏蔽和吸收材料这一新的领域做了基础性研究。\n实验结果显示碳化温度、含镍量和成型压力等工艺参数影响复合材料的电磁屏蔽性能。碳化温度对含镍复合材料的电磁屏蔽效能有较大影响，在800 oC, 1200 oC 和 1400 oC温度下碳化得到的含镍6wt％的复合材料在30~1500MHz频率范围内的电磁屏蔽效能分别为60~45 dB, 80~57dB和70~45dB；一定范围内镍含量和成型压力的提升有利于提高复合材料的电磁屏蔽性能。\n本文进一步从组分和结构的角度研究了遗态复合材料的电磁屏蔽机制。镍的引入改变了复合材料的组分，使复合材料中非晶碳的石墨化温度和SiC的生成温度分别降低到800 oC和1200 oC以下；本文就多孔结构对复合材料的电磁屏蔽效能的影响提出了理论模型。