2022年新型功能材料制备原理结题分析方案 .pdf

1 / 8 哈尔滨工业大学新型功能材料制备结题报告学 号 ：1091900101 姓 名 ：唐骜学 院 ：材料学院2018 年 11 月 10 日精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 1 页，共 8 页2 / 8 新型功能材料的制备前言： 功能材料是一大类具有特殊电、磁、光、声、热、力、化学以及生物功能的新型材料，是信息技术、生物技术、能源技术等高技术领域和国防建设的重要基础材料，同时，功能材料也是新材料领域的核心，对高新技术的发展起着重要的推动和支撑作用，在全球新材料研究领域中，功能材料约占85 % 。随着信息社会的到来，特种功能材料对高新技术的发展起着重要的推动和支撑作用，是二十一世纪信息、生物、能源、环保、空间等高技术领域的关键材料，成为世界各国新材料领域研究发展的重点，也是世界各国高技术发展中战略竞争的热点。正文：一、复合材料汇报总结1）复合材料的定义。由两种或两种以上不同性质的材料，通过物理或化学的方法，在宏观上组成具有新性能的材料。2）复合材料的组成。复合材料是由基体和增强体两部分组成的。3）复合材料的分类。按照基体分，可分为树脂基复合材料、金属基复合材料和陶瓷基复合材料。如果按照增强体的形状分类，可分为颗粒增强复合材料、夹层增强复合材料和纤维增强复合材料。4）复合材料的成形工艺。复合材料的成型工艺比较多，我简单介绍了三种。手糊成型工艺，主要用来制备树脂基复合材料，；反应自生成法，主要用来制备金属基复合材料。热压法，主要用来制备陶瓷基复合材料。5）复合材料在航天航空领域的应用。实验目的 :1.熟悉垂直提拉法的基本原理2.掌握 LB膜的制备方法精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 2 页，共 8 页3 / 8 3.了解 LB膜的发展状况2）实验原理1.LB膜材料在亚相上的展开机理2.典型的 LB膜材料及有序单分子层的形成3.亚相液面上单分子膜的特征参数及状态3）实验仪器及药品LB 拉膜机、超纯水机、真空泵、恒温槽、硬脂酸、乙醇、氯仿、异丙醇、硫酸、重铬酸钾。4）实验内容1. 基片和槽子的处理2. 溶液的配置3. 基片 A 曲线4. LB膜的制备5.成膜性能的判断5）工艺流程：计算成模量称量配液清洗LB膜槽铺展滴液拉膜成膜6）实验结果：50100150200250010203040Surfacepressure(mN/m)Area(cm2)转移比：精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 3 页，共 8 页4 / 8 层序号转移比层序号转移比1 2.276 5 1.656 2 0.442 6 0.231 3 1.970 7 1.522 4 0.477 7）实验结果总结：1. 膜厚为分子级水平 思考题 : 1.基片与成膜材料是如何结合在一起的？答：基片表面为亲水面，与硬脂酸的亲水基团相互吸引结合在一起。2.以水作为亚相，为什么要用超纯水？答：水中的杂志会影响成膜质量3.实验中最应该注意的事项有哪些？实验前清洗 LB 槽；合理选择溶剂；亚相如果是水要用超纯水；拉膜的速度要适中。实验二静电纺丝法制备湿敏纳M 纤维1）实验目的1.熟悉静电纺丝法制备湿敏纳M 纤维的基本原理2.了解静电纺丝的优点及其材料的应用前景3.了解纳 M 纤维的性能及应用2）实验原理将聚合物溶液或熔体带上几 10 10 V 高压静电，带电的聚合物液滴在电场精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 4 页，共 8 页5 / 8 的作用力下在毛细管的 Taylor 锥顶点被加速。当电场力足够大时聚合物液滴可克服表面张力形成喷射细流。细流在喷射过程中溶剂蒸发或固化，最终落在接受装置上，形成类似非织造布状的纤维毡。下面解释形成 Taylor 锥的原因：从表面现象的研究可知，在毛细管顶端的液滴，将成为凸形的半球状。可在液滴表面上施加一电位，液滴曲面的曲率将逐渐改变，当电位达到某一临值Vc 时，半球状液滴会转变为锥形，其锥形的角度为 49.3 ，这一带电的锥体称为 Taylor 锥。静电纺丝能使纤维变成纳M级的原因是：在强电场作用下，流体进而可以从Taylor 锥中被顶出，形成射流，直径变小。由电流体动力学分析可知，注入流体的表面电荷可能发生衰减，表面电荷与电场的偶合力可以导致出现切向电应力，这是使带电液流加速和直径减小的主要推动力，与之抗衡的主要是粘性应力。另一方面，与法向电应力平衡的是表面张力和相之间的压力差。在理论研究中首先应建立牛顿流体电纺的数学模型，写出这种细长状射流的电流体动力学的完整方程组，主要包括流体的粘度、电导率、电荷密度等参数。根据这种射流细化模型的理论分析，可以预示出射流横切剖面和表面电荷分布随射流位置而改变。3）实验装置实验结果及结论无序PNIPAAm/PAMPS纳M 纤维通过正交实验得出较佳电纺工艺参数条件： C=7%，U=10kV，L=20 cm，R=0.005 L?min-1；较佳电纺工艺参数条件下制得的纤维 d=148.42 nm；PNIPAAm/PAMPS 纤维平均直径随聚合物溶液的浓度的增大而增大；PNIPAAm/PAMPS 纤维膜具有温度敏感特性：20时纤维膜呈现亲水性，40时纤维膜呈现疏水性。有序PNIPAAm/PAMPS 纳M纤维有序PNIPAAm/PAMPS 纤维的有序性随着电纺时间的增大而逐渐增强；在相同的浓度条件下，有序PNIPAAm/PAMPS 纤维的平均直径比无序PNIPAAm/PAMPS 纤维的平均直径小。载药PNIPAAm/PAMPS 纳M纤维载药PNIPAAm/PAMPS 纤维表面均一光滑、无液珠结构，无粒子吸附状态；相同电纺溶液浓度条件下制得的载药纤维的平均直径大于无药纤维的平均直径；载药纤维膜具有温度敏感特性：20时，载药纤维膜呈现亲水性，40时，载药纤维膜呈现疏水性；20时，载药纤维膜遇水失去纤维形态，药物以粒子形态析出，40时，载药纤维遇水仍保持纤维形态，无药物粒子析出。精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 6 页，共 8 页7 / 8 三、新型功能材料应用前景及展望当前国际功能材料及其应用技术正面临新的突破，诸如超导材料、微电子材料、光子材料、信息材料、能源转换及储能材料、生态环境材料、生物医用材料及材料的分子、原子设计等正处于日新月异的发展之中，发展功能材料技术正在成为一些发达国家强化其经济及军事优势的重要手段。1.超导材料 以 NbTi、Nb3Sn为代表的实用超导材料已实现了商品化，在核磁共振人体成像 系统中使用，因而严重地限制了低温超导应用的发展。2.生物医用材料 作为高技术重要组成部分的生物医用材料已进入一个快速发展的新阶段，其市场销售额正以每年16%的速度递增，预计20 年内，生物医用材料所占的份额将赶上药物市场，成为一个支柱产业。生物活性陶瓷已成为医用生物陶瓷的主要方向；生物降解高分子材料是医用高分子材料的重要方向；医用复合生物材料的研究重点是强韧化生物复合材料和功能性生物复合材料，带有治疗功能的 HA 生物复合材料的研究也十分活跃。3.能源材料 太阳能电池材料是新能源材料研究开发的热点，IBM 公司研制的多层复合太阳能电池，转换率高达40%。美国能源部在全部氢能研究经费中，大约有 50%用于储氢技术。固体氧化物燃料电池的研究十分活跃，关键是电池材料，如固体电解质薄膜和电池阴极材料，还有质子交换膜型燃料电池用的有机质子交换膜等，都是目前研究的热点。5.智能材料 智能材料是继天然材料、合成高分子材料、人工设计材料之后的第四代材料，是现代高技术新材料发展的重要方向之一，将支撑未来高技术的发展，使传统意义下的功能材料和结构材料之间的界线逐渐消失，实现结构功能化、功能多样化。科学家预言，智能材料的研制和大规模应用将导致材料科学发展的重大革命。国外在智能材料的研发方面取得很多技术突破，如英国宇航公司在导线传感器，用于测试飞机蒙皮上的应变与温度情况；英国开发出一种快速反应形状记忆合金，寿命期具有百万次循环，且输出功率高，以它作精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 7 页，共 8 页8 / 8 制动器时、反应时间，仅为10 分钟；在压电材料、磁致伸缩材料、导电高分子材料、电流变液和磁流变液等智能材料驱动组件材料在航空上的应用取得大量创新成果。四、参考文献：1.覃小红，王善元静电纺丝纳M纤维的工艺原理、现状及应用前景【J】第 29 卷第 2 期 2004年04月2.新型功能材料新材料产业2004年04期精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 8 页，共 8 页