2022年新型功能材料制备原理结题分析方案.docx

精选学习资料 - - - - - - - - - 哈尔滨工业高校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2022 年 11 月 10 日1 / 8 名师归纳总结 - - - - - - -第 1 页,共 8 页精选学习资料 - - - - - - - - - 新型功能材料的制备前言： 功能材料是一大类具有特别电、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,在全球新材料讨论领域中,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进展起着重要的推动 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讨论进展的重点,也是世界各国高技术进展 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；依据基体分,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；假如依据增强体的外形分类,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,我简洁介绍了三种；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；<6）详细实例：增强体蜂窝状结构二、参观试验内容及结果总结TiCp/TC4钛基复合材料的制备；试验一硬脂酸 LB膜的制备及表征 1>试验目的 : 1.熟识垂直提拉法的基本原理 2.把握 LB膜的制备方法2 / 8 名师归纳总结 - - - - - - -第 2 页,共 8 页精选学习资料 - - - - - - - - - 3.明白 LB膜的进展状况<2）试验原理 1.LB膜材料在亚相上的绽开机理 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点参数及状态 <3）试验仪器及药品 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）试验内容 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.成膜性能的判定 <5）工艺流程：运算成模量称量配液清洗 <6）试验结果：40 N/m pressurem Surface3020100LB膜槽铺展滴液拉膜成膜50100Areacm1502002502转移比：3 / 8 名师归纳总结 - - - - - - -第 3 页,共 8 页精选学习资料 - - - - - - - - - 层序号转移比层序号转移比1 2 3 2.276 0.442 1.970 5 6 7 1.656 0.231 1.522 4 0.477 <7）试验结果总结：1. 膜厚为分子级水平 <纳 M 数量级）,具有特别的物理化学性质；2. 可以制备单分子膜,也可以逐层累积,形成多层 装方式任意挑选；LB 膜或超晶格结构,组3. 可以人为挑选不同的高分子材料,累积不同的分子层,使之具有多种功 能；4. 成膜可在常温常压下进行,不受时间限制,所需能量小,基本不破坏成 膜材料的高分子结构；5. LB 膜技术在掌握膜层厚度及匀称性方面远比常规制膜技术优越；6. 可有效地利用 LB 膜分子自身的组织才能,形成新的化合物；通过试验,较胜利地制备出了多层 8>摸索题 : LB 膜,转移比符合试验结果要求；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.试验中最应当留意的事项有哪些？试验前清洗 LB 槽；合理挑选溶剂；亚相假如是水要用超纯水；拉膜的速度要 适中；试验二静电纺丝法制备湿敏纳 M 纤维 <1）试验目的 1.熟识静电纺丝法制备湿敏纳 M 纤维的基本原理 2.明白静电纺丝的优点及其材料的应用前景 3.明白纳 M 纤维的性能及应用 <2）试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4 / 8 名师归纳总结 - - - - - - -第 4 页,共 8 页精选学习资料 - - - - - - - - - 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；下面说明形成 Taylor 锥的缘由：从表面现象的讨论可知,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步转变,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 级的缘由是：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显现切向电 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,与法向电应力平稳的是表面张力和相之间的压力差；在理论 讨论中第一应建立牛顿流体电纺的数学模型,写出这种瘦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；依据这 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 位置而转变；<3）试验装置+High Voltage Power SupplySyringeSyringe PumpAluminum Plate Collector<4）工艺流程5 / 8 名师归纳总结 - - - - - - -第 5 页,共 8 页精选学习资料 - - - - - - - - - 5>试验结果及结论<1>无序 PNIPAAm/PAMPS 纳M纤维通过正交试验得出较佳电纺工艺参数条件：-1； C=7%,U=10kV ,L=20 cm,R=0.005 L. min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 纤维膜具有温度敏锐特性：40时纤维膜出现疏水性；<2>有序 PNIPAAm/PAMPS 纳M纤维20时纤维膜出现亲水性,有序 PNIPAAm/PAMPS 纤维的有序性随着电纺时间的增大而逐步增强；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；<3>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锐特性：20时,载药纤维膜出现亲水性,40时,载药纤维膜出现疏水性；20时,载药纤维膜遇水失去纤维外形,药物以粒子外形析出,40时,载药纤维遇水仍保持纤维外形,无药物粒子析出；6 / 8 名师归纳总结 - - - - - - -第 6 页,共 8 页精选学习资料 - - - - - - - - - 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进展之中,进展功能材料技 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为代表的有用超导材料已实现了商品化,在核 磁共振人体成像 <NMRI ）、超导磁体及大型加速器磁体等多个领域获得了应用；SQUID 作为超导体弱电应用的典范已在柔弱电磁信号测量方面起到了重要作用,其灵敏度是其它任何非超导的装置无法达到的；但是,由于常规低温超导体的临界温度太低,必需在昂贵复杂的液氦 低温超导应用的进展；4.2K>系统中使用,因而严峻地限制了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进展的新阶段,其市场销售额正以每年16%的速度递增,估计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讨论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 生物复合材料的讨论也非常活跃；3.能源材料 太阳能电池材料是新能源材料讨论开发的热点,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讨论经费中,大约有 50%用于储氢技术；固体氧化物燃料电池的讨论非常活跃,关键是电池 材料,如固体电解质薄膜和电池阴极材料,仍有质子交换膜型燃料电池用的有 机质子交换膜等,都是目前讨论的热点；5.智能材料 智能材料是继自然材料、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进展的重要方向之一,将支撑将来高技术 的进展,使传统意义下的功能材料和结构材料之间的界线逐步消逝,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 科学进展的重大革命；国外在智能材料的研发方面取得许多技术突破,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形；英国开发出 一种快速反应外形记忆合金,寿命期具有百万次循环,且输出功率高,以它作7 / 8 名师归纳总结 - - - - - - -第 7 页,共 8 页精选学习资料 - - - - - - - - - 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8 / 8 名师归纳总结 - - - - - - -第 8 页,共 8 页