优秀材料工程硕士论文10篇

来源: www.sblunwen.com 作者:lgg 发布时间:2018-11-30 论文字数:37481字
论文编号: sb2018112619273323798 论文语言:中文 论文类型:硕士毕业论文
本文是一篇材料工程论文,验证自助领取彩金学理论是用来说明社会验证自助领取彩金现象的几个主要验证自助领取彩金变量之间因果关系的逻辑体系,理论的创新来自对新现象的分析或对旧现象的新解释。
本文是一篇材料工程论文,验证自助领取彩金学理论是用来说明社会验证自助领取彩金现象的几个主要验证自助领取彩金变量之间因果关系的逻辑体系,理论的创新来自对新现象的分析或对旧现象的新解释。(以上内容来自百度百科)今天为大家推荐一篇材料工程论文,供大家参考。
 

优秀材料工程硕士论文篇一

 
第一章 绪 论
 
1.1 选题意义与背景
目前,全球都面临着环境恶化和资源匮乏问题的双重压力,根据相关的统计,全球二氧化碳排放总量的 25%的比例都是来自于汽车尾气的排放,汽车尾气不仅对环境造成了极大的污染,还对人类的身体健康构成了极大的危害,因为在尾气中包含了如一氧化碳、悬浮颗粒物等一些对人体有毒的物质,会对人体健康产生影响,这些问题逐渐引起了人们的重视。人们开始越来越关注可持续发展问题,如何处理好验证自助领取彩金、能源和自然三者之间和谐发展的关系,实现可持续发展引起了各国的高度重视。随着城市化进程的高速发展,汽车已经逐渐成为人们生活的必需品,汽车的消费量不断增长,导致车用燃油量大幅度上升。同时,车用燃油的消耗量在石油总销量中所占的比例也随即与日俱增,这样也就造成了我国石油对外依存度越来越高。有资料表明,中国石油需求量不断增长,其进口依存度已经达到 50%之多。而在中国汽油生产总量中汽车每年使用比例约占 90%左右,是汽油消耗的一个主要领域。然而,据测算,世界上可以开采的探明的石油储量还可供使用 40 年左右,但如果随着汽车使用量的快速增长,可能将造成石油资源在 40 年之内即将枯竭。石油供应年数的变化见表 1-1。
由于传统汽车尾气排放是造成环境污染的主要来源,所以在解决环境污染和能源匮乏这两个问题上面,如何改变汽车的动力来源成为最关注的问题,这也促成了新能源汽车概念的产生。2012 年两会工作报告提出了要促进产业结构优化升级,推动战略性新兴产业健康发展,大力发展新能源汽车产业,改变汽车工业的传统路线,扩大技改专项资金投入的规模,促进传统汽车产业转型升级。改变传统内燃机汽车概念提出新能源汽车的概念,新能源汽车主要分为两大类,一类是替代燃料汽车,使用能源包括液化石油气、天然气、甲醇、乙醇、二甲醚或者生物柴油等;另一类是燃料电池汽车、电动汽车和氢动力汽车等新型动力驱动汽车。新能源汽车种类多样,在不同的发展阶段有不同的技术与之相适应。然而替代燃料汽车以及混合动力车都没有在根本上解决能源与环境问题。据新能源汽车产业领域的专家预测,将来汽车行业中占主导地位的将是电动汽车,是必然的发展趋势。各类动力汽车市场走向预测如图 1-1。
 
1.2 国内外相关研究综述
目前,汽车工业已经成为我国国民验证自助领取彩金发展的第五大支柱产业,它的发展拉动了国民验证自助领取彩金的增长,带动了相关产业的快速发展。由于传统汽车能源使用与污染程度不符合时代的要求,在未来的发展规划中,各国都将会大力发展新能源汽车产业,逐步取代传统汽车。
近年来,专家学者对稀土永磁材料和新能源汽车产业的关注度不断增加,相关的文献和探讨层出不穷,但是几乎都是单方面的研究与讨论,关于这两个产业发展之间相互影响的研究却几乎没有,且相关文献都比较新,可见对于这个问题的研究仍处于初级阶段,并正逐渐得到学术界的重视。
 
1.3 主要研究内容与框架
本文的研究内容是稀土永磁材料对新能源汽车产业发展的支撑作用研究,目前新能源汽车目前还没有完全实现产业化,经研究发现与关键技术的研发情况有很大关系,其中主要的障碍是电机技术情况,经过各国的研究试验,发现稀土永磁电机是新能源汽车用电机的最佳选择,而稀土永磁材料是生产电机十分理想的材料。中国是稀土大国,稀土是稀土永磁材料制造的原材料,稀土永磁材料又是新能源汽车所需电机的原材料,所以这是我国新能源汽车产业发展的一大优势。然而我国稀土产业发展存在诸多问题,导致稀土资源被大量浪费,没有使资源优势转化为发展的优势,如何实现稀土永磁材料产业的良性发展,并实现对新能源汽车产业发展的推动是目前面临的主要问题。
本文在国内外已有相关研究的基础上,梳理稀土永磁材料与新能源汽车产业的发展现状及存在的问题,之后从分析新能源汽车产业发展的相关影响因素入手,通过分析最终得出稀土永磁材料是支撑新能源汽车产业发展的关键因素之一,进而对稀土永磁材料与新能源汽车产业之间的关联度进行分析,基于以上分析构建稀土永磁材料产业发展促进模式,从技术创新的角度来探讨稀土永磁材料如何发展才能更好地支撑新能源汽车产业的发展,进而提出我国稀土永磁材料产业发展与新能源汽车产业发展二者之间的产业链关系,二者的发展是互相促进,紧密联系的。
 
第二章 稀土永磁材料与新能源汽车产业发展的相关研究
 
2.1 稀土永磁材料产业发展的相关研究
稀土永磁材料是稀土产品之一,是一种新型功能材料,由稀土金属与过渡族金属经过一系列的制造工艺制成的,是目前已经研究出的综合性能表现最好的一种永磁材料。稀土永磁材料从出现发展到今天,经历了第一代 SmCo5稀土永磁材料、第二代Sm2Co17稀土永磁材料和第三代 Nd2Fe14B 稀土永磁材料三个基本发展阶段,其中Nd-Fe-B 永磁材料凭借其具有的优良的磁学性能得到各方的青睐,成为目前市场上应用最为广泛的一类稀土永磁材料。
本文中所指的稀土永磁材料即为钕铁硼永磁材料,其科研、生产、应用都保持着持续高速的发展。稀土永磁材料的出现,无忧论文网www.51lunwen.org有专门的小学语文教学论文板块,提供小学语文教学论文集,小学语文教学案例 小学语文论文,语文教师论文发表。联系方式:QQ357500023,电话13795489978促进了永磁器件向着更小型化的方向发展,同时也大大提高了其制成产品的性能。电机采用稀土永磁体之后可以很大程度上减轻其重量,同时缩小了体积,使得性能比更高。以 10kW 的发电机来讲其在重量上的优势,用稀土永磁制成的永磁电机的重量为 92kg,而常规制造的发电机重量却高达 220kg,相当于永磁电机的 2.4 倍。在体积上的比较,荷兰菲利蒲公司对三种电机做过比较,70W 的微电机,电流励磁电机体积为稀土永磁电机体积的 4 倍,铁氧体励磁电机为稀土永磁电机体积的 2 倍。总之,稀土永磁电机在重量和体积上都比其他普通制造电机具有明显的优势。
我国稀土永磁产业还受制于日本、美国等国家专利的制约,但在 2014 年以后,随着这些国家的主要专利的失效,全球稀土永磁产业将面临着新的整合,所以在稀土永磁产业中占据主导地位的话应该提早进行产业布局。稀土新材料发展迅速,不仅拉动了消费快速增长,还创造了很多新技术。
 
第三章 稀土永磁对新能源产业发展的研究......................... 39-57 
    3.1 新能源汽车产业发展影响因素评价.........................39-41 
    3.2 新能源汽车产业发展影响因素的评价.........................41-43 
    3.3 新能源汽车产业发展影响因素评价分析.........................43-52 
        3.3.1 调查问卷的设计与发放......................... 43-44 
        3.3.2 评价分析与评价结果......................... 44-52 
    3.4新能源汽车产业发展关键影响因素......................... 52-53 
    3.5新能源汽车产业发展的关联分析......................... 53-57 
第四章 支撑新能源汽车发展的材料产业......................... 57-63 
    4.1 技术创新支撑体系构建......................... 57-60 
        4.1.1 加强技术创新......................... 58 
        4.1.2 加强知识产权的创新......................... 58-59 
        4.1.3 加强研发人才队伍的建设......................... 59-60 
    4.2 市场支撑体系的构建......................... 60 
    4.3 政策支撑体系的构建......................... 60-61 
    4.4 稀土永磁材料支撑新能源汽车产业发展.........................61-63 
第五章 结论与展望 .........................63-65 
    5.1 结论 .........................63-64 
    5.2 创新点......................... 64 
5.3 展望......................... 64-65
 
结论
 
新能源汽车产业的快速发展对世界各国节能减排目标的有效实现意义重大,论文运用了文献总结法和 SWOT 分析法对新能源汽车产业的发展现状及存在的问题进行了相关的研究。应用模糊综合评价法对新能源汽车产业发展的影响因素进行综合评判,得出技术因素是新能源汽车产业发展的最关键的因素,通过研究发现目前的技术障碍主要是电机技术,而与电机核心技术研发相关的是稀土永磁材料,进一步应用灰色关联度模型对稀土永磁材料产业与新能源汽车产业之间的关联关系进行研究,得出两个产业之间存在明显的关联关系,最后根据研究结果提出支撑新能源汽车产业发展的稀土永磁材料产业发展促进体系的相关建议。主要的结论包括:
(1)我国稀土永磁材料产业的发展存在的问题为:稀土行业的综合研发能力不足、产品附加值低导致永磁电机价格过高;稀土永磁材料的专利限制阻碍了我国永磁产业的发展;稀土永磁材料的产业资源过度分散,企业规模化效益不足;稀土永磁材料的产学研脱节,产业发展受限。这些问题的存在影响着我国新能源汽车产业的发展,需要对我国稀土永磁材料产业的发展进行重新规划。
(2)通过 SWOT 分析及前人研究成果的总结,得到新能源汽车产业发展受政策、技术、成本、市场及消费者五个因素的影响,对五大影响因素进行细化分析,构建了新能源汽车产业发展的影响因素指标体系,包含 11 个一级指标,25 个二级指标,并在构建的指标体系的基础之上通过模糊综合评价法分析得出新能源汽车产业发展的影响因素对产业产生影响的重要程度依次为技术因素、成本因素、政策因素、市场因素以及消费者因素,并对稀土永磁材料与新能源汽车产业之间做了灰色关联度分析,研究得出稀土永磁材料产业与新能源汽车产业之间存在较强的产业关联关系。
(3)为了更好地发展新能源汽车产业,从稀土永磁材料产业发展存在的问题出发,构建了支撑新能源汽车发展的稀土永磁材料产业促进体系,包括技术创新、市场支撑以及政策保障支撑体系。同时,构建了稀土永磁材料支撑新能源汽车产业发展的促进模式,发挥产学研用的市场机制,政府在其发展过程中提供大力的政策与资金投入支持,企业与高校及科研机构积极投入技术研发之中,并将技术成果快速转化,接受消费者市场的实践检验,在这样的发展模式中逐渐完善产业链的发展。抓住机会、突出优势,充分利用机会和我国优势发展我国稀土永磁材料。稀土永磁材料的发展提供给新能源汽车产业发展充足的原料供应,而新能源汽车的大力发展将会是稀土永磁材料发展的强劲动力,可以促进稀土永磁材料产业更快的发展。
 

优秀材料工程硕士论文篇二

 
第一章绪论
 
1.1引言
镁及其合金因具有超低的密度、较高的比强度、良好的阻尼性能、低廉的价格以及较好的回收利用性能等一系列优势而受到人们的广泛关注。目前,部分牌号的镁合金己经成功应用于航空航天、汽车零部件制造以及电子产品等领域随着人们环保意识的增强,镁合金将进一步取代铝合金、钢铁以及工程塑料等目前常用的结构材料,其应用领域也将由国防、汽车等高科技领域逐渐向普通民用产品领域扩展。正因如此,镁合金被称为二十一世纪"绿色"材料。然而,众所周知,纯镁以及绝大多数续合金都拥有密排六方(hep)的晶体结构。而密排六方结构的对称性较低,其c/a值为1.623,与理想的密排c/a值].633相比所差无几,可以说镁的晶格结构是近乎完美的紧密堆积。这使得镁及其合金在室温下滑移系较少,塑性变形仅依靠基面{0001}与<1120〉方向滑移(如图1-1所示)和锥面{1012}与孪生,因此,镁合金的室温以变形能力很差。此外,利用铸造等常规方法获得的镁合金其微观组织都比较粗大,晶粒尺寸一般在数十微米到上百微米之间,较大尺寸的晶粒及析出相严重影响了合金的强度、硬度等力学性能,从而大大限制了镁合金的应用。目前,细化晶粒被认为是改善镁合金综合性能最为有效的一种方法。多晶金属的晶粒边界通常是大角度晶界,相邻晶粒的晶格取向一般情况下也不同。
当受到外力而发生塑性变形时,位错源在施密特因子较大的晶粒中首先开动,并且沿着特定晶面产生滑移以及增殖。当位错滑移至晶界前,被晶界阻挡,这使得晶粒无法将已经发生的塑性变形直接传播到相邻晶粒中,于是造成了位错在晶粒内的塞积。继续施加外力作用,晶界上由于位错的塞积将产生一个应力场,这个应力场会作为驱动力来激活相邻晶粒内位错源,使其开动。当应力场对相邻晶粒内位错源的作用力达到位错开动的临界应力时,晶粒内的位错源便得以开动、滑移和增殖,进而造成相邻晶粒发生塑性变形。塞积位错产生一个应力场,其强度与塞积的位错数量和外加切应力值有较大关系,而塞积位错数量又受到晶粒尺寸的影响。因此当金属材料的晶粒变小时,必须加大外加作用力才能够激活晶粒内位错源,这就意味着,晶粒更小的材料要求更高的外加作用力才能产生塑性变形。也就体现了细晶粒对金属材料强化的贡献。正是在这一理论的指导下,人们通过各种手段来细化晶粒,以实现提高镁合金综合力学性能的目的。
 
1.2镁合金强韧化的研究进展
近年来,随着相关科研工作的全面开展以及生产力的提高,镁合金生产成本有了大幅度地降低,镇合金结构件成型工艺和产品质量也获得了显著提高。尤其是发达国家对各类交通工具能耗、废气排放和噪声等标准的提高,以及对电子通信器材回收率要求的不断升级,镜合金以其密度低、比强度高、回收利用率高等特点,在同其他轻质材料的竞争中己经取得了明显优势。另外,随着镁合金应用成本的进一歩降低,其应用领域也逐步由汽车、电子通信等高科技领域向普通民用产品发展。然而,与其他结构材料(如钢铁、铝合金以及工程塑料等)相比,镁合金的使用量依然非常小。究其原因主要是,尽管镁合金有其他材料难以比拟的优势,但限制其大规模应用的缺点也不可忽视,即镁合金的力学性能,包括强度、韧性以及塑性等,较其他材料更差,目前难以满足工业生产的需要。进一歩提高镁合金的力学性能成为近几年国内外科研人员关注的热点。
 
第二章试验用材料、设备及工艺流程
 
2.1试验材料
实验用材料采用机械破碎法制备的AZ91合金粉末,合金的化学成分如表1所示:
实验用其它材料包括:
1. 氩气(99.9%),用于在手套箱中和烧结炉中形成保护气氛,以防止试样在制备过程中的氧化;
2. 硬脂酸(CH3(CH2)i6COOH),在球磨过程中起过程控制剂的作用,防止粉末冷烤;
3. 砂纸,去除试样表面氧化皮、打磨试样,为抛光做准备;
4. 苦味酸、冰醋酸、无水乙醇、去离子水等,配制金相腐蚀液,腐蚀抛光面以备金相观察。
 
2.2试验设备
实验过程中用到的主要设备和作用如下: -
(1) 采用实验室自制带压机的手套箱(如图2-1所示)进行粉末的制备以及压制,整个实验过程中将三次用到氩气手套箱:a、制备AZ91镁合金粗粉,防止合金粉末氧化;b、球磨结束后从球磨罐中取出合金粉末并将粉末分装至密封瓶中;c、为了防止合金在压制成坯时氧化,压制过程仍然需要在氩气氛手套箱中进行。
(2) 采用行星式球磨机对合金粉末进行进一步的细化,其型号为QM-SB型球磨机,功率600W,本实验中主要用于破碎颗粒粗大、形貌极不规整的粗晶AZ91镁合金。工作方式为两个或四个球罐同时工作;球磨罐体积的三分之二为其最大装料量;调速方式为无级调速,也可以选择手动或自动定时正反转;自转和公转速度相同,最高速度可达500 r/min;最大连续工作时间(满负荷)为96 h。设备如图2-2所示。
 
第三章 球磨工艺对金显微组织的影响 ............................34-48 
    3.1 过程控制剂对球磨效果的影响............................ 34-36 
    3.2 球磨时间球磨效果的影响............................ 36-45 
    3.3 本章小结 ............................45-48 
第四章 冷压烧结对微组织及硬度的影响 ............................48-64 
    4.1 烧结温度对合金组织的影响............................ 50-56 
        4.1.1 烧结温度对显微组织的影响............................ 50-55 
        4.1.2 烧结温度对合金显微硬度的影响 ............................55-56 
    4.2 烧结时间对组织和显微硬度的影响............................ 56-62 
        4.2.1 烧结时间对显微组织的影响............................ 56-61 
        4.2.2 烧结时间对显微硬度的影响 ............................61-62 
    4.3 本章小结............................ 62-64 
第五章 结论与展望............................ 64-66
 
结论
 
本实验首先利用球磨法制备了组织均匀、细小的AZ91镁合金,基于设计法对实验进行了科学合理的设计。在此基础上研究了球磨的主要影响因素:球磨时间、球磨机转速以及球料比等因素对AZ91镁合金显微组织的影响,并优选出最佳球磨工艺参数。以此工艺参数为实验条件,制得AZ91合金粉末,对合金粉末进行冷压烧结实验,研究了烧结温度以及烧结时间对合金显微组织以及显微硬度的影响。获得的主要结论如下:
1、 硬脂酸可以有效缓解粉末在球磨过程中的粘球、粘罐等现象,当PCA含量达到2%时,球磨罐中基本不存在冷悍粘结现象,进一歩添加PCA对合金粉末无益;
2、 延长球磨时间、提高球磨机转速以及球料比可以细化AZ91合金粉末。初始合金粉的粒度约为500 im,当球磨时间达到16 h时,合金粉末的中位径d5为6.25 m,当球磨机转速提高到350 r/min时,合金粉末的中位径d5Q为15.75 pm,当球料比提高到50时,合金粉末的中位径d5Q为23pm;
3、 综合分析,认为细化AZ91镁合金粉末的最优工艺参数为球磨机转速350r/min、球磨时间为8 h以及球料比50:1,在此条件下获得的合金粉末表面平整,粉末粒度分布均匀,d5D仅为14.79 nm,杂质含量较少;
4、 500°C以下烧结时,合金为固相烧结,致密度仅为0.97,难以继续提高。当烧结温度超过500°C时,合金的致密化机制转变为超固相线液相烧结。合金的致密度迅速上升,在580°C下烧结时达到0.99。同时,由于再结晶的发生,合金的晶粒尺寸细小均匀,较铸态合金明显细化,烧结合金的显微硬度约为108 HV,较铸态合金的80 HV提升了近33%;
5、 500°C下烧结时间4h后,合金组织孔隙的难以完全消除,致密度约为0.97。580°C下烧结4 h后,合金的致密度为0.99,进一步延长烧结时间合金的致密度缓慢增长。
6、 在50TC和580°C下烧结,合金的显微硬度都呈现出烧结初期显著下降,后期几乎不再变化的趋势。
 

优秀材料工程硕士论文篇三

 
第 1 章 绪 论
 
1.1 引言
复合材料是由两种或两种以上不同性质的材料用物理或化学的方法在宏观尺度上组成的具有新性能的材料。一般来说复合材料的性能优于其组分材料的性能,甚至还有一些原组分材料所不具有的性能。复合材料主要由基体相和增强相两种组分构成,基体相通常选用的是各种树脂或非金属材料,而增强相通常选用的是颗粒材料或各种纤维。复合材料的增强相在复合材料中起主要的作用,提供刚度和强度,基本上能控制复合材料的性能。而基体材料则多半起到配合的作用,基体材料起到支撑和固定增强相材料的作用,同时可以传递载荷,保护增强材料。复合材料的力学性能一般比金属材料要复杂得多,其原因主要是由于材料的不均匀性,各向异性等因素造成的。复合材料以其比强度和比刚度高,力学性能具有可设计性、抗疲劳性、减震性等优点被广泛的应用于各个领域。
近代复合材料主要有两类:一类是纤维增强复合材料;另一类是颗粒增强复合材料。纤维增强复合材料是一种高性能的材料,在物理性能、化学性能和力学性能等方面都比单一的材料有明显的优势,因此纤维增强复合材料是复合材料发展中很重要的一个分支。同时由于它具有密度低,强度高等优点,使得它在建筑、航空航天以及军事等领域有着非常广泛的应用。碳纤维、玻璃纤维、芳纶纤维、陶瓷纤维和乙烯纤维是现在使用得比较多的增强纤维。基体材料一般选用金属、树脂或陶瓷基体。纤维增强复合材料经历了由单向板到层合板,再到三维结构复合材料的发展过程。到后来,又出现了由编织层组成的层合板,即在编织层内纤维以一定的角度相互交编织,然后用树脂基体将编织层利用化学或物理的方法进行热固处理,形成层合板。
在这种编织层结构中,纤维通过纤维交点进行载荷传递,因此更多的纤维参与了承载,这样就有效的提高了层合板的整体力学性能,使它具有很好的抗冲击性能,在建筑、国防、航空航天等行业得到了广泛的应用。但是层合板只是用化学或物理的方法将编织层相互“叠加”,由于树脂和纤维编织层的粘结强度低,当受到拉应力时,层合板在厚度方向就很容易分层,因而这种材料的抗冲击能力很有限。于是就出现了三维纺织复合材料。三维纺织复合材料是利用纺织技术,通过编织、机织、针织或缝合纤维束,并且在厚度方向增强,形成干态预成型件,然后用干态预成型件作为增强体,采用树脂膜溶渗工艺(Resin Film Infusion,RFI)或树脂传递模塑(Resin TransferMolding,RTM)进行浸胶固化,直接形成复合材料结构。三维纺织复合材料有高的损伤容限和显著的抵抗裂纹扩展的能力,在厚度方向强度及剪切性能高等优异的结构完整性性能,同时它的结构设计灵活,能够直接成型各种复杂几何形状的构件,不需要大量机械加工和连接。除此之外,它的制作费用相对较低。因此三维纺织复合材料是一种颇具应用前景的结构。
 
第 2 章 参数化建模的理论基础
 
2.1 有限元法
有限元法又称有限单元法、有限元素法。有限元法基本思想的提出,可以追溯到 20 世纪 40 年代。1943 年,柯朗特(Courant)第一次在他的论文里,将应用在三角形区域上定义的分片连续函数和最小能原理相结合,用于求解圣维南(St.Venant)的扭转问题。此后的许多数学家、物理学家和工程师也分别从不同角度对有限元法的离散理论、离散方法及应用进行了研究。有限元分析方法的实际应用是随着电子计算机的出现而开始的。1956 年 Clough,Turner, Martin 和Topp 等人将钢架分析中的位移法推广到弹性力学平面问题,并用于分析飞机结构。他们首先给出了采用三角形单元法来求解平面应力问题的正确解答。并且使用直接刚度法求解三角形单元的刚性矩阵和结构。随着当时出现的数值计算机,此研究工作打开了求解复杂平面弹性问题的新局面。1960 年,Clough 对平面弹性问题做了进一步求解,同时第一次提出了“有限元法”这个名词。
随着计算机科学和技术的飞速发展,有限元法也随之迅速发展起来。采用有限元法进行工程分析逐渐成为一种趋势。同时,有限元法在理论、方法的研究、计算机程序的开发以及应用领域也取得了根本性的发展。它广泛地应用于流体力学、固体力学、声学、电磁学、热传导、生物力学等各个领域。
 
2.1.2 有限元分析方法的求解步骤
有限元法可以用于求解不同的问题,但是其基本的步骤是相通的,一般包括以下步骤:
(1)连续体的离散化:也就是将给定的物理系统分割成等价的有限单元系统;
(2)选择位移模型:假设的位移函数或模型只能近似的表示了真实位移的分布。通常假设位移函数为多项式,其中最简单的情况为线性多项式。我们需要做的是选择多项式的阶次,以使其在可以接受的计算时间内达到足够的精度;
(3)用变分原理推导单元刚度矩阵:刚度矩阵 k、节点位移矢量 q 和节点矢量 f的平衡关系表示为线性代数方程组:kq=f;
(4)整合整个离散化连续体的代数方程:即把各个单元的刚度矩阵集合成整个连续体的刚度矩阵,把各个单元的节点力矢量集合为总的力和载荷矢量;
 
第3章 有限元建模方法.......................... 28-32 
    3.1 参数化有限元建模方法.......................... 28-30 
        3.1.1 ABAQUS 环境下的建模.......................... 28-30 
        3.1.2 参数化有限元建模实施步骤.......................... 30 
    3.2 代表性体积单元切割思想.......................... 30-31 
    3.3 本章小结 ..........................31-32 
第4章 三维机织结构参数化建模.......................... 32-46 
    4.1 三维四向编织复合材料.......................... 32-35 
        4.1.1 三维四向编织复合材料单胞结构分析.......................... 32-34 
        4.1.2 编织参数间的关系及参数化模型 ..........................34-35 
    4.2 三维五向编织复合材料.......................... 35-38 
        4.2.1 三维五向编织复合材料单胞结构分析.......................... 35-37 
        4.2.2 编织参数间的关系及参数化模型.......................... 37-38 
    4.3 三维机织典型结构复合材料.......................... 38-44 
        4.3.1 三维机织典型结构及其纱线的组成.......................... 38-39 
        4.3.2 三维机织典型结构分析.......................... 39-40 
        4.3.3 内部纱线形态 ..........................40-41 
        4.3.4 参数设计说明及参数化模型 ..........................41-44 
    4.4 3D-OWC 三维机织复合材料.......................... 44-46
 
结论
 
三维纺织复合材料的细观结构可以再很大程度上觉得它的力学性能。它的细观结构实体模型不仅结构多样,而且每一种结构都相当复杂。因此,对于纺织复合材料的研究来说,如何合理、高效地解决纺织结构复合材料的建模问题就有着十分重要的意义,同时,这也是开展其它相应工作的重要基础和前提。本文为将先进的有限元分析软件 ABAQUS合理地应用于纺织复合材料的性能分析作了基础性地研究工作,即实现了三维编织、三维机织结构复合材料的有限元模型的参数化建模。
本文的主要研究成果如下:
(1)对三维纺织复合材料的细观结构,也就是三维纺织复合材料的内部纤维或纱线的交织情况、几何形状和取向构型等进行了系统的分析,并在此基础上,给出了几种典型的三维编织复合材料和三维机织复合材料结构的定量化表征方法。
(2)利用大型商业有限元软件 ABAQUS 的接口语言 PYTHON,实现了几种典型的三维编织复合材料和三维机织复合材料结构的参数化有限元建模。
(3)在建立参数化有限元单胞模型时,采用单元截面切割的思想,有效地解决了纤维束截面形状不好定位的问题。
本文虽然取得了上述研究成果,但仍有以下工作有待进一步完善:
(1) 本文所编写的参数化建模程序还需要进一步地简化和完善;本文研究的纺织结构类型较少,还需要继续添加;本文在建立参数化模型的时候,作了相应的假设,应该多考虑实际加工状况,以更加逼近真实形态。
(2) 从细观几何模型角度来说,其实三维纺织复合材料内部纱线的形状是多变的,本文只选取了其中占最大多数的纱线截面来代替所有纱线的截面,对于三维纺织复合材料和其它截面形状的纺织复合材料的细观分析还需要继续深入。比如:圆形、椭圆形、工字形等。
 

优秀材料工程硕士论文篇四

 
第一章绪论
 
1.1钨的基本性能
金属纯钨是银白色的稀有难熔金属,有两种类型的晶体结构类型,a型和|3型,a型是稳定的体心立方结构,晶格常数a=3.16524 mn、 b=3.16524 nm、 c=3.16524 nm, (3型钨也是体心立方晶格,晶格常数均为5.046 mn。钨只有在有氧情况下存在,当温度达到63(rC时,转变成a型钨,而且转变不可逆。钨的熔点极高,是现有金属中熔点最高的金属,高达3683K。钨在温度为20?-°C时,线膨胀系数为4.60Xl(rK_',比钢材的线膨胀系数要低很多,这就使得钨在高温下的尺寸极其稳定,硬度不会明显下降。钨的热导率在10-10(rC为n4W/(nrK),说明钨的加速升温能力很强。
 
1.1.2钨的化学性能
钨是稀有高熔点金属,属于元素周期表中第六周期的VIB族。钨的化学性质很稳定,常温时不跟空气和水反应,不加热时,任何浓度的盐酸、硫酸、硝酸、氢氟酸以及王水对钨都不起作用,当温度升至8时,上述各种酸中,除氢氟酸外,其它的酸对钨发生微弱作用。常温下,钨可以迅速溶解于氢氟酸和浓硝酸的混合酸中,但在碱溶液中不起作用。有空气存在的条件下,熔融碱可以把钨氧化成钨酸盐,在有氧化剂(NaN03、 NaN02、 KCIO3. PbC)存在的情况下,生成钨酸盐的反应更猛烈。高温下能与氯、溴、碘、碳、氮、硫等化合,但不与氢化合。
 
1.1.3钨的韧性、脆性和断裂行为
虽然钨有非常多的优点,但同时它也有非常致命的缺点,即在加工过程中表现出的高脆性。这是由于钨制品的初-脆转变温度较高,在100T:40(rC之间。在钨板材的札制过程中,当乳制温度低于韧-脆转变温度时,板材将会发生脆性断裂,为使得板材塑性变形过程能够顺利进行,乳制温度须高于韧-脆转变温度。相反,降低韧-脆转变温度能够增加軋制道次,提高塑性变形率,完善产品性能,减少生产中为提高温度而造成的资源浪费。
板材中的杂质含量。周美玲教授指出,工业纯钨在室温时,间隙杂质固溶度较低,室温下工业纯钨仍是被杂质过饱和了的多相合金,在室温下加工脆性严重,只能进行热加工。工业纯钨中杂质间隙元素主要有氧、氮、硫、憐,硅等,这些元素的原子半径较小,在钨合金中有很强的扩散能力,容易偏聚在晶界、相界等能量较高的位置,甚至生成脆性相,降低钨合金的性能。这些杂质元素中危害较大的是H,它主要分布在粘结相和钨与粘结相界面上而导致氢脆,消除氢脆的主要方法是在保护气氛N2或者Ar下退火,其中尤以真空热处理效果最好。P是对钨危害较大的另一种元素,因为P很容易偏析到钨与粘结相界面上使合金脆化,当P含量超过其在W相或粘结相的极限溶解度时将发生P的偏析和产生NiP2沉淀。与P伴生的另一种杂质是S,它也能偏析在钨与粘结相的界面上,当S含量达到0.01%时合金的冲击韧性明显下降。另外,S还可以同K和0形成化合物,聚集在气孔的内表面上。Si和Na是原料钨粉中的另外两种常见杂质元素,它们通常以Si02和NaSi03形式存在。Si和Na的掺杂使合金的密度、抗拉强度、延伸率、颈缩率等均明显下降,其在钨合金中可允许的极限含量为:Si210X10_6; Na150Xl(r6;大于此极限含量就会对合金性能产生很大的影响。这些间隙元素的偏聚会通过点阵的位错效应,在位错周围聚集,使得材料的屈服强度有所增加,当屈服强度大于或等于材料的断裂强度时,脆断发生。
 
第二章轧制工艺的实验研究
 
2.1实验设备
本实验所用设备有:冷等静压机、中频烧结炉、二辊不可逆轧机、钼丝加热炉,压力机、十辊矫直机、红外线测温仪、光学显微镜等。其中二辊不可逆轧机的主要参数如表2-1:
 
2.2实验过程
 
2.2.1粉末来源
本实验所采用钨粉为北京某公司自己生产,乳制实验也在此公司进行,钨粉牌号为FW-1型号,杂质元素含量满足FW-1标准,见表1-1。
 
2.2.2压型与烧结
将制好的钨粉装入塑胶模具中,通过冷等静压机静压成型,压型过程中要考虑冷等压力值,压力时间以及压型前后致密度的变化,一般装入模具的粉末质量都要大于预先计算好的质量,以便弥补压型过程中的不足。压型完成后,从模具中将料品取出,放入中频烧结炉进行烧结。由于钨的熔点极高,在烧结过程中无法达到液体状态,所以在烧结时需要加入粘结剂,粘结剂的中介作用,使得钨板烧结成形。
烧结完成后,将钨板从中频烧结炉中取出,为检验其密度是否达到理论密度标准,利用排水法进行测量,测量密度大于17.8g/cm3才符合标准。烧结坯密度直接影响着乳制成品率。当烧结密度低于理论密度的90%时,后续加工会发生开裂或者表面龟裂现象,最终生产晶粒较小,但是板坯孔隙多。当烧结密度过高时,板坯表现为过烧现象,此时的板坯脆性严重,无法进行后续加工。本文轧制实验所用锡板密度均在此标准之间,同样本文所记录六组实验钨板均为同一批烧结制成的,经测定其烧结完成后的平均晶粒尺寸为90lim。
 
第三章 轧制工艺的模拟研究............................ 29-59 
    3.1 引言............................ 29 
    3.2 DEFORM软件简介............................ 29 
    3.3 有限元法基本理论............................ 29-30 
    3.4 刚塑性有限元法基本原理............................ 30-32 
    3.5 有限元模型的建立............................ 32-36 
    3.6 轧制过程模拟............................ 36 
    3.7 等效应变场的分析............................ 36-39 
    3.8 等效应变的分析............................ 39-40 
    3.9 等效应变与晶粒尺寸的曲线关系............................ 40 
    3.10 等效应变与晶粒尺寸关系的回归分析............................ 40-41 
    3.11 工艺参数对等效应变影响的模拟分析............................ 41-57 
    3.12 理想轧制工艺的提出............................ 57-59 
第四章 理想轧制工艺的实验验证............................ 59-63 
    4.1 晶粒尺寸与等效应变关系的验证............................ 59-61 
4.2 晶粒尺寸的验证............................ 61-63
 
结论
 
本文从现场轧制成型的六种不同厚度的钨板上分别切取试样,对其进行X衍射分析以及退火处理。运用Deform软件,对六种试样的轧制工艺进行模拟分析,得到钨板相应的六种轧制末道次的等效应变场。对试样的晶粒尺寸进行取样处的平均等效应变模拟值曲线拟合,从而建立两者之间的关系;按该关系对影响等效应变的工艺参数进行模拟调整,优化出一套较为理想的轧制工艺;并依据该工艺对钨板进行轧制验证。可得出以下结论:
(1) 钨板显微组织是唯一的a-W相,其中光滑晶粒与黑色晶粒均是a-W相的不同形式。
(2) 钨板经加热到1000°C、保温30min、随炉冷却至400°C、出炉自然冷却的去应力退火处理,残余应力下降较大,纤维组织排列紧密,材料原有性能保持良好。
(3) 论文建立了等效应变与晶粒尺寸之间的关系d = °-6013 + 0.3987'08 (4) 理想工艺是一套钨板晶粒尺寸能够达到21 的可行轧制工艺,其主要工艺参数为:第一道次轧制取压下量30%,坯料温度1500°C,轧辊速度1.047rad/s;第二道次轧制取压下量25%,坯料温度1450°C ,乳辊速度1.047md/s;第三道次轧制取压下量25%,坯料温度1300°C,轧辊速度1.57rad/s;第四道次轧制取压下量20%,坯料温度1250°C,轧辊速度1.57rad/s;第五道次轧制取压下量15%,坯料温度1100°C,轧辊速度2.093rad/s;第六道次轧制取压下量15%,坯料温度1050°C,轧辊速度2.093rad/s。

 

优秀材料工程硕士论文篇五

 
第1章. 绪论
 
1.1. 热刺激放电技术概述
热刺激放电(Thermally Stimulated Discharge, TSD)技术是基于介质物理微观热运动的理论发展起来的的主要用来研究驻极体性能的技术,该技术在实际中的主要应用就是热刺激放电法,该方法利用热刺激加速驻极体材料内部的偶极子松弛或者空间电荷脱阱,从而在短时间内研究驻极体的极化性能和电荷存储稳定性等微观参数,TSD 法的完善化和应用的推广,不仅对储电功能电介质的电荷捕获和输运现象的研究,而且对用于薄膜、光导体、电光材料及其元器件的研究和发展也是十分重要的。
1.1.1. 热刺激放电技术的产生和发展
1936 年 H.Groetzinger 和 H.Frei 等人为了研究驻极体中的冻结电荷在升温条件下的运动规律首先提出了 TSD 方法,后来 B.Gross、A.N.Gubkin 和 B.N.Matsonashuili 等人先后对这一方法进行了发展和完善,他们的研究都是以测量材料(如树脂、陶瓷和塑料等)释放的电荷量为目的;而后 M.C.Driver 和 G.T.Wright 以及 V.F.Zoloturyov 等人用加正负偏压的 TSD 法研究了驻极体材料的的陷阱电荷问题,给 TSD 技术带来了新的发展;1964 年,C.Bucci 与 R.Fieschi 提出了电介质材料中偶极极化过程的完整理论,并对偶极子因热弛豫而产生的热刺激电流进行了阐述;到了 20 世纪 70 年代初,B.Gross 和G.Dreyfus 等人提出在线性升温条件下的 TSD 实验模型,利用实验数据研究材料的各种微观参数,这样 TSD 技术就把材料的微观结构宏观性能联系起来,热刺激理论和方法也日趋成熟;Bussi 等人将 TSD 方法应用于研究偶极极化弛豫现象和与离子中晶格缺陷相关的空间电荷效应中;Fieschi 等也利用 TSD 和法对离子晶体内的杂质空穴偶极电荷络合物的介电弛豫进行了研究;其他科研工作者还发展了其他的 TSD 法,比如驻极体热分析法、热刺激表面电位法、热活化退极化和介电退极化谱等,将驻极体的研究又向前推进了一步。
近年来 TSD 法在国际上有了很大的发展,并迅速地在各种介质、离子晶体、半导体以及高分子聚合物的研究中得到应用,各国的科研工作者都加入到了 TSD 技术的研究中来。日本电器学会为研究热刺激理论和方法成立了专门的委员会,意大利和德国的专家出版了有关这一课题的专著,我国的科研工作者也发表了大量关于热刺激放电技术的文献,并致力于研究自己的 TSD 实验设备。如今,TSD 法已经发展成为研究电介质材料内部电荷载流子的储存和输运的主要信息来源,以及优化充电条件、发现性能优良的驻极体的基本方法
 
1.1.2. 热刺激放电技术的应用
TSD 法能够在短时间内揭示驻极体电荷衰减的原因,并提供电极的接触性质、界面势垒的高度和多数载流子在电介质的动力学行为,在对驻极体的机理分析、材料的研制和元器件的制备中扮演着不可或缺的作用,它除了是研究驻极体材料性能的有力工具之外,在介质物理的其他领域中也有许多应用。首先在聚合物驻极体的研究中,TSD 法能够以十分低的频率范围内测量得到的弛豫峰能用来确定聚合物的玻璃相变温度,因此 TSD 法具有区分偶极弛豫和空间电荷释放规律的能力,并能识别偶极弛豫分布是源于活化能分布的贡献还是自然频率分布的贡献,还能研究晶体和生物材料中的点缺陷和驻极体效应。
 
第2章. 热刺激放电测试仪的开发
 
本章介绍了 DH-TSC 型热刺激放电测试仪的设计和开发过程,首先根据热刺激放电技术的原理设计了该仪器的结构,并由杭州大华仪器公司完成了该仪器的生产;其次研究了升温线性度对热刺激放电实验的影响以及人工智能(Artificial Intelligence,AI)控制算法的温控原理,采用 AI 温控器实现了热刺激放电测试仪的线性升温;最后开发了该仪器的数据采集和绘图软件,通过计算机与 TSD 测试仪的串口通信,完成了仪器的自动数据采集及绘图工作。
 
2.1. 热刺激放电测试仪的结构和原理
 
2.1.1. 热刺激放电测试仪的设计原理
DH-TSC 型热刺激放电测试仪根据电介质的热激励原理研制,主要要实现两种功能:1)对样品进行热极化;2)对驻极体做开路或者短路热刺激放电实验,并记录结果。热极化需要在某一固定温度下用外加电场对样品进行极化,一段时间后保持电场将样品冷却,温度降至室温时再撤去电场。热刺激放电实验则是在开路和短路的条件下对样品线性升温,记录升温过程中温度对应的由于空间电荷脱阱或取向偶极子松弛而产生的热刺激电流值,并将结果绘制成电流温度曲线。热极化和 TSD 实验都需要对样品加热。
 
第3章 .聚合物薄膜驻极体的制备及其性能................................ 34-47 
    3.1. 聚合物薄膜样品介绍................................ 34-35 
    3.2. 聚合物薄膜驻极体的制备................................ 35-40 
        3.2.1. 铝电极的蒸镀................................ 35-38 
        3.2.2. 聚合物薄膜的极化................................ 38-40 
    3.3. 聚合物驻极体样品的表面电位跟踪实验................................ 40-46 
        3.3.1. 表面电位计法测量原理................................ 40-41 
        3.3.2. 表面电位跟踪测量实验................................ 41-42 
    3.4. 本章小结................................ 46-47 
第4章 .聚合物材料的 TSD 实验研究与分析................................ 47-60 
    4.1. 热刺激放电技术材料研究中的应用................................ 47-53 
        4.1.1. 聚合物驻极体材料的压电性................................ 47-48 
        4.1.2. 聚合物驻极体材料的热刺激电流................................ 48-53 
    4.2. 聚合物驻极体样品的 TSD 实验................................ 53-55 
        4.2.1. TSD 实验方法................................ 53-54 
        4.2.2. TSD 实验步骤................................ 54-55 
    4.3. 实验结果与分析................................ 55-59 
    4.4. 本章小结................................ 59-60 
第5章 .结论................................ 60-61
 
结论
 
本论文开发了一台能够完成 TSD 实验和热极化实验的的 DH-TSC 型热刺激电流测试仪,并实现了该仪器的线性升温控制和计算机数据采集、绘图功能;采用电晕充电法和电阻式真空蒸发镀膜法制备了聚合物薄膜驻极体样品;最后运用 DH-TSC 型热刺激电流测试仪成功完成了驻极体样品的 TSD 实验,经过以上研究和分析得出了以下结论:
1)TSD 实验的电流峰位置会受升温速率的影响,人工智能控制算法实现了 DH-TSC 型热刺激电流测试仪中加热系统的线性升温,提高了 TSD 测试仪的实验精度。
2)采用 Microsoft Visual C# 2008 工具及 Microsoft .NET Framework 3.5 平台开发的数据采集和绘图软件能够在 TSD 实验中准确同步采集当前温度值和电流值,并将结果绘制成电流温度曲线,快捷、方便地完成了 TSD 实验后期数据处理工作。
3)为了防止聚合物薄膜在充电过程中因电极与薄膜间的气隙而发生复杂的充电现象,以及为了保证 TSD 实验中驻极体薄膜的被电极能够良好接地,待驻极的聚合物薄膜表面需要蒸镀一层均匀、完整的金属电极,由扫描电镜下观察到的铝膜表面放大图像表明电阻式真空镀膜法蒸镀的铝膜能够满足驻极实验和 TSD 实验对电极的要求;
4)在经过电晕充电的聚合物驻极体的表面电位跟踪实验中,驻极体的初始电位均在充电完成后短时间内呈现大幅衰减,然后趋于稳定,热极化的驻极体表面电位并未出现大幅衰减状况,这表明电晕充电法会在驻极体材料表面沉积许多不稳定的表面电荷,而热极化则不会沉积太多表面电荷。
 

优秀材料工程硕士论文篇六

 
第一章 绪论
 
1.1 课题来源
本硕士论文格式范文是以研究膨胀石墨填充到聚合物中的分散性为基础,进而讨论膨胀石墨填充聚合物复合材料的结构与性能。是国家自然科学基金项目“高减摩抗磨的橡胶纳米复合材料的制备、结构与性能”的部分内容,资助项目编号为 50403029。
 
1.2 课题背景
橡胶材料,更为广泛的被称为弹性体材料,是高分子材料中非常重要的一类材料。它具有独特的弹性,在较小的应力作用下会产生较大的变形,并且释放外部应力后,橡胶材料可以快速的回缩至拉伸前的初始状态。这一独特的高弹性能使橡胶材料作为密封制品,广泛的应用于国民验证自助领取彩金的各个领域,并且具有独特的优势。目前,使用的大部分的密封材料均是高分子弹性体。其中橡塑组合密封件和橡塑复合密封件是属于接触型的动密封,依靠密封腔体中的预压力以阻塞泄漏的通道,从而获得密封效果。而油封,即润滑油的密封,它的功能是把油腔与外界隔离,对内封油,对外封尘。油封广泛用于各种机械的轴承处,其性能直接关系到汽车发动机、变速器等部件的性能、寿命以及可靠性[1]。密封效果受很多因素的影响,诸如结构、压力,接触表面的硬度、光滑程度等等[2]。随着汽车向安全化、高速化等方向发展,对橡胶密封件的使用性能的要求也越来越高。因此除了兼顾油封材料的力学性能外,还必须尽可能的降低其摩擦系数提高耐磨性[3]。尤其是在汽车启动的瞬间,发动机机油无法充满油封的摩擦区,此时属于 “干”摩擦启动,干摩擦非常大,密封件的生热也很大,这会导致橡胶磨损甚至发粘,密封件破坏,进而影响密封件的使用性能。
单独一种橡胶材料减摩抗磨性有限, 必须在橡胶基体中添加耐磨材料。而固体润滑剂作为耐磨填料,在工业中应用广泛[4]。石墨作为一种常用的固体润滑剂[5],因其层间由较弱的范德华力相结合,在剪切力的作用下层间非常容易发生相对滑动,从而减少了磨损带来较低的摩擦系数[6]。对于许多聚合物,添加石墨等固体润滑剂都有减摩抗磨作用[7-9]。目前很多使用的固体润滑剂为微米级,虽然能有效的降低材料的摩擦系数和磨损量,但同时也会降低材料的力学性能[10]。而橡胶的力学性能与耐磨性密切相关,力学性能下降又会降低材料的耐磨性能[11,12]。近年来许多研究表明,固体润滑剂以纳米尺寸填充到聚合物中,力学性能增强的同时,耐磨性也得到显著的提高[13-19]。但是,将纳米石墨填充到聚合物中,尤其是橡胶材料中的结构与性能的研究报道比较鲜见[20,21]。而橡胶的磨损是非常复杂的过程,并依赖与该过程所发生的影响橡胶摩擦磨损性能的因素有很多,除了材料的结构、表面性质,还包括许多的使用条件如对磨面的性质、摩擦过程中的速度以及载荷等。目前,固体润滑剂作为填料在橡胶摩擦磨损中的作用机理、固体润滑剂的分散结构对摩擦磨损有何影响还没有得到清楚的认识和理解。
事实上,石墨在纳米复合材料中的分散性对性能具有至关重要的作用,它很大程度上取决于复合材料的制备方法。另外,因石墨是一种层状材料,在剥离的状态下拥有非常高的形状系数很容易造成自聚集。只有当石墨实现较高的剥离、以纳米尺寸很好的分散在橡胶基体中时才能实现优异的力学、导电、导热以及摩擦磨损性能。但是不同于热塑性的聚合物,石墨填充到橡胶基体中还需要填充一些加工助剂,以及后期一系列的加工过程(如混炼剪切、高温高压硫化等)来获得最终可使用的复合材料。而在加工过程中石墨在橡胶基体中的分散状态将会发生某种程度上的改变,从而影响最终的性能。而据我们所知,目前为止有关加工过程对石墨在橡胶基体中的微观结构的影响还没有系统的研究,因此这一课题的研究将非常有意义,为以后研究石墨/聚合物纳米复合材料的制备、加工与应用研究提供理论指导。因此,本论文研究首先采用常用的油封橡胶丁腈橡胶作为研究基体填充膨胀膨胀石墨,采用不同的制备方法研究不同膨胀石墨分散结构的丁腈橡胶复合材料的力学性能和摩擦磨损性能,试图揭示膨胀石墨分散结构、膨胀石墨用量、施加载荷和滑行速度对摩擦磨损性能的影响规律,明析膨胀石墨填充橡胶复合材料的摩擦磨损机理,为开发在特定条件下使用的具有低摩擦高耐磨性的高性能橡胶复合材料提供依据。因实际应用中橡胶材料总是要经过补强[22],本项研究也对加入炭黑后的上述复合材料进行了系统研究。另外还考察了膨胀石墨在丁腈橡胶基体中的分散结构在加工过程中的变化规律。并进一步研究了溶剂脱除方法(直接干燥法和喷雾干燥方法)对膨胀石墨的分散性的影响,进而揭示膨胀石墨的分散性对聚合物复合材料的导电性、导热性和摩擦性能的影响规律。
 
1.3 橡胶纳米复合材料概述
 
1.3.1 聚合物纳米复合材料
在上世纪 80 年代初,Komarneni 和 Roy 提出 “纳米复合材料”的概念。随后有关纳米复合材料的理论以及实际应用方面的研究逐渐成为热点,很多学者相信它将成为 21 世纪最有前景的材料之一[23]。纳米复合材料是由两种或两种以上的多种组分至少在一维方向上以纳米量级尺寸复合而成的材料,分散相中至少有一相的一维尺寸达到纳米尺寸,即小于 100nm。与以往的微米复合材料相比,纳米复合材料具有更为优异的综合性能,这主要归因于纳米粒子的诸多效应如量子隧道、量子尺寸以及界面效应,因此纳米复合材料被广泛应用于电学、光学、力学、催化[23-25]、生物学等各个方面。相对于金属和无机材料,聚合物材料具有很多优异的特点,如质轻、抗腐蚀、易于加工成形等等,尤其是橡胶材料还具有独特的高弹性。这些性能为其成为结构材料奠定了基础。但是,相对于金属和无机材料而言,聚合物材料也有其明显的不足之处:工程强度模量均较低、抗冲击性和耐热性差。聚合物的这些不足之处限制了其在高性能结构材料方面的大面积使用。因而,为聚合物的强度和模量,对其进行增强改性,使其成为高性能结构材料就显得尤为重要。聚合物本身具有一定的自增强方式,比如取向、结晶、主链极性化或刚性化等,但这些方式存在一定的局限性,比如增强程度有限、影响加工性能、场合受限、成本高等。由此,添加增强剂是对聚合物增强,提高其模量以及耐热性等行之有效的方法。有些经过特殊增强处理后的聚合物其强度与模量可以与金属相媲美,甚至更高。
 
第二章 实验部分
 
该部分内容主要包括论文中所涉及的实验配方、原材料、化学试剂,以及实验中所采用的仪器设备和实验方法。在以后的章节中不再赘述,个别实验方案则会在其所在章节本章详细列出。首先将表面活性剂十二烷基磺酸钠(SDS)溶于去离子水中,然后取一定量的上述膨胀石墨(M1g)浸润其中。在电动搅拌机搅拌 24h 后,大部分的膨胀石墨(EG)将会浸润在 SDS 水溶液中。此时将漂浮与水溶液表面的未浸润的 EG 取出,并洗涤烘干至恒重(M2g)。然后采用超声波(超声波频率为 1000Hz,处理的量为 1g 膨胀石墨/5g SDS/1.5L 去离子水,超声时间为 2.5 h)将浸润的 EG 混合液粉碎细化使 EG 片层分散开,得到纳米膨胀石墨片层的水悬浮液,其中 EG 的含量为(M1-M2) g。而后将胶乳直接加入纳米膨胀石墨片层的水悬浮液中超声15min 后,将混合液加入到 1 wt% 的 CaCl2水溶液中絮凝,洗涤,干燥。最后经混炼、硫化得到膨胀石墨/橡胶纳米复合材料。乳液共混过程的示意图如图 2-1所示。
 
第三章 膨胀膨胀石墨/丁腈橡胶复合.......... 67-87 
    3.1 前言.......... 67 
    3.2 可膨胀石墨及其膨胀后的.......... 67-68 
    3.3 直接共混方法制备的膨胀石墨/丁腈橡.......... 68-72 
    3.4 不同方法制备的膨胀石墨.......... 72-84 
    3.5 结论 ..........84 
    参考文献..........84-87 
第四章 膨胀石墨/炭黑/丁腈橡胶复..........87-107 
    4.1 前言..........87 
    4.2 膨胀石墨分散性对膨胀石墨..........87-96 
    4.3 膨胀石墨用量对膨胀石墨/炭黑/丁腈橡胶纳米.......... 96-99 
    4.4 炭黑种类对膨胀石墨/炭黑/丁腈橡.......... 99-104 
    4.5 结论 ..........104-105 
参考文献 ..........105-107
 
结论
 
1. 膨胀石墨片层的厚度及其在橡胶基体中的分散性均影响着丁腈橡胶(NBR)复合材料的性能。实验中采用用直接共混法制备的膨胀石墨/丁腈橡胶为微米复合材料,膨胀石墨在橡胶基体中的分散性较差、片层尺寸大,与基体的界面结合也较弱。而乳液共混法制备的复合材料为纳米复合材料,纳米复合材料中,膨胀石墨片层的剥离程度更高,在橡胶基体中的分散更均匀。因此,膨胀石墨/丁腈橡胶纳米复合材料表现出更高的力学强度、硬度、储能模量以及较低的滞后损耗。
2. 干摩擦条件下,橡胶复合材料的摩擦系数与磨损率受摩擦过程中的滑行速度与载荷影响显著,而与较小范围内的膨胀石墨用量关系较小。对于填充膨胀石墨的橡胶复合材料,摩擦系数均随着滑行速度与载荷的增大而减小。但滑行速度与载荷对橡胶复合材料的磨损率的影响就相对比较复杂。相对于微米复合材料,纳米分散的膨胀石墨在较高载荷和滑行速度下能形成连续、均匀稳定的润滑膜,有利于降低摩擦系数和提高耐磨性。
3. 通过对膨胀石墨/橡胶复合材料磨损表面的形貌分析,我们认为摩擦磨损过程基本上可描述为石墨片层与基体的脱粘-润滑膜的形成-破坏-基体磨损-重新形成润滑膜这样一个周而复始的过程。摩擦系数的降低主要归功于膨胀石墨润滑膜的形成而不与摩擦对偶面直接接触摩擦,与膨胀石墨的用量关系较小。而磨损率的降低主要归功于形成的润滑膜能够稳定而不被磨掉破坏,以阻止对基体橡胶的进一步磨损,高的力学强度也有利于提高耐磨性。
4. 在膨胀石墨/橡胶复合材料中添加炭黑,对复合材料的增强作用明显,力学性能大大提高。而膨胀石墨对已经由炭黑增强的复合材料的拉伸强度、扯断伸长率等力学性能影响不明显,但对复合材料的减摩抗磨性能的影响非常显著。即使炭黑具有很好的增强作用,但减摩还是主要依靠膨胀石墨形成的润滑膜作用。在较低膨胀石墨用量范围内(低于 5phr), 膨胀石墨填充量对膨胀石墨/炭黑/丁腈橡胶纳米复合材料摩擦磨损性能的影响不是很显著,建议膨胀石墨的使用量为3~5phr。
5. 滑行速度与载荷对膨胀石墨与炭黑并用所制备的复合材料的摩擦磨损性能的影响显著。与单独填充膨胀石墨的复合材料类似,填充炭黑和膨胀石墨的复合材料的摩擦系数均随着滑行速度与载荷的增大而减小。而且磨损率也随着滑行速度的增大而减小。但是随着载荷的增大,膨胀石墨/炭黑/丁腈橡胶复合材料的磨损率下降,而炭黑/丁腈橡胶复合材料的磨损率呈先下降后增大的趋势。并且发现在较高的滑行速度以及载荷下,膨胀石墨/炭黑/丁腈橡胶纳米复合材料的摩擦磨损行为非常稳定。
6. 不同于膨胀石墨粒径对复合材料的摩擦磨损性能影响显著,改变炭黑的粒径对膨胀石墨/炭黑/丁腈橡胶纳米复合材料的摩擦磨损性能影响不明显,尤其对磨损率的影响微乎其微。这主要是因为,改变炭黑的牌号其微观粒径均是在纳米的尺寸范畴内,相差不大。另一方面可以说明复合材料的减摩抗磨主要是依靠于膨胀石墨的润滑作用。但是,相对而言,填充小粒径炭黑的纳米复合材料的减摩抗磨作用较好,相同实验条件下摩擦系数磨损率较低。
7. 乳液共混法制备的膨胀石墨/丁腈橡胶复合物中,纳米尺寸(大约 20 个片层的厚度)分散的膨胀石墨,在低的膨胀石墨用量下(5phr 以下),复合物就表现显著的填料网络结构效应。由于高形状系数的膨胀石墨片层具有强烈的自聚集趋势,在后续的混合过程中的剪切力、硫化过程中的温度和压力都将破坏膨胀石墨最初形成的分散状态和填料网络结构,造成分散性变差,填料网络结构减弱。这种加工过程膨胀石墨分散状态的变化与初始形成的填料网络结构有关,它与填料的用量密切相关。减少后续强剪切的混合工序、采用高温低压硫化,或加强膨胀石墨片层‐橡胶的界面,减少膨胀石墨片层的自聚集,都将有利于保持膨胀石墨片层初始的良好分散状态。 
8. 将膨胀膨胀石墨片层水悬浮液与聚乙烯吡咯烷酮(PVP)水溶液超声混合制备的纳米复合材料中,膨胀石墨在基体中最终的分散主要由干燥方法决定。与传统的直接干燥相比,快速喷雾干燥使膨胀石墨能更好均匀的分散在基体中,从而使其制备的复合材料具有更优异的的导电性能和导热性,以及更高的储能模量和玻璃化转变温度。随着膨胀石墨含量的增加,石墨片层堆积程度增加,膨胀石墨分散性变差。PVP/EG 复合材料的导电性能和导热性能取决于膨胀石墨的用量和分散性的共同作用。
 
参考文献 
[1] 马怀琳. 汽车油封技术及发展动向[J]. 汽车技术,1994,11:1-5.
[2] Marek G. On friction reduction in rubber lip seals for rotating shafts[J]. SealingTechnology,1997,40:8-11.
[3] 张建斌,郦华兴,姜敏. 提高旋转轴油封性能的方法[J]. 橡胶工业,2001,48(9):548-551.
[4] Shuaib M, Davies T J. Wear Behavior of a REFEL SiC Containing Fluorides up to 900°C[J]. Wear, 2001, 249: 20-30.
[5] Chung D D L. Review graphite[J]. J Mater Sci, 2002, 37: 1475-1489.
[6] Zhou Y, Hirao K, Yamauchi Y, Kanzaki S. Tribological Properties of Silicon Carbide andSilicon Carbide-Graphite Composite Ceramics in Sliding Contact[J]. J. Am. Ceram. Soc.,2003,86 (6): 991-1002.
[7] Basavarajappa S, Ellangovan S, Arun KV. Studies on dry sliding wear behaviour ofGraphite filled glass-epoxy composites[J]. Materials and Design, 2009, 30: 2670-2675
[8] Zhang X R, Pei X Q, Wang Q H. Friction and wear studies of polyimide composites filledwith short carbon fibers and graphite and micro SiO2[J]. Materials and Design, 2009, 30:4414-4420.
[9] Zhanga G, Rashevaa Z, Schlarbb A K. Friction and wear variations of short carbon fiber(SCF)/PTFE/graphite (10 vol.%) filled PEEK: Effects of fiber orientation and nominalcontact pressure[J]. Wear, 2010, 268: 893-899.
[10] Khedkar J, Negulescu I, Meletis E I. Sliding wear behavior of PTFE composites [J]. Wear,2002, 252:361-369.
 

优秀材料工程硕士论文篇七

 
第一章 绪论
 
1.1 研究背景
原料采购在每个连续性生产型企业中的作用是非常显著的。比如,当连续生产型企业的相关生产计划明确之后,就必须借助于采购环节将生产过程中所需要的原料采购到位,从而保证生产环节的连续性。可见,原料采购是否管理到位将直接影响到企业的生产效益。因此,每个连续性生产型企业应该合理规范采购环节,提高企业产品质量,加快企业资金的流转。此外,企业原料采购环节中的浪费现象也必须得到重视,不少相关企业都仍采用传统的原料采购流程,采购机制不合理,不仅容易造成浪费,而且也针对企业生产与销售环节造成不利影响。企业传统的采购机制的核心是人,通过企业各个生产部门所需原料的汇总,直接送达采购中心,由采购中心负责人进行汇总统计后,生成相关的采购计划,最终制成采购订单,经过审核后可以通知供应商完成定货以及供货的处理。据相关资料统计,像这样传统的采购机制对应的周期,一般一个原料订单的流转时间在 7.3 天左右。传统的原料采购机制比较注重的是生产企业与供应商之间的长期合作及诚信,但对于企业货源渠道的拓展以及采购计划的调整都会带来诸多不利的因素。此外,由于传统原料采购模式是以手工管理为主,这在长期的企业运转过程中,会出现各部门信息沟通不到位的现象,不能形成一个高效的信息流。而部门之间的信息不畅也是企业采购环节中的一个重要问题[1]。从上分析可见,企业的传统采购模式仍然存在诸多不足,迫切需要改善,从而提高企业的生产效益。
(1)采购成本以及管理方面的费用较高企业传统的采购模式一般是借助于通讯或者书面形式进行采购交易,这多少会增加一定的资金投入以及人力投入;而且一个原料订单通常需要一个星期左右的时间,这不仅会在一定程度上影响生产环节,而且也会在无形之中增加采购成本。
(2)采购效率偏低企业传统采购模式的效率主要取决于双方的信息交流效率以及供应商内部的工作效率。对于信息交流,单一化是传统采购模式最主要的弊端;对于供应商内部的工作效率,审批过程以及订单周期是主要的问题。由于整个流程是以人工为接影响到采购的效率。
(3)采购环节的制约因素缺乏企业传统采购环节中的制约因素主是涉及到信息审核以及过程监督等。但因为整个过程是人工为主,所以不可避免在采购环节中会出现暗箱操作的现象。
(4)供应商管理及评价的缺乏目前,针对各种原料的供应商都越来越多,但还没有存在一套有效的系统或者机制对供应商进行合理的评价及管理。
由于传统采购模式不能对供应商的主要行为进行评价,因此会造成合作关系不持久或者错失机会的现象。总之,企业传统采购模式不能很好地适应企业的发展,开发一个原料采购的自动化系统是至关重要的。本文研究的基于 SCM 的正欧化工原料采购自动化系统就是通过将信息技术与 Internet 技术相结合,能够很好地实现采购的即时性,从采购效率以及客户关系管理方面,都能很好地提升效率[2]。由于本人在企业担任管理工作多年,对于企业原料的采购流程及策略非常熟悉。因此,本文选择针对企业的原料采购自动化系统进行研究,从而使选择最佳的供应策略(包括比较同一种原料不同供应商的地理位置,运输周期以及采购的最佳数量),提高采购工作质量和工作效率,降低采购成本。本文就是在这样的背景下,提出了基于 SCM 的正欧化工原料采购自动化系统设计的研究课题。
 
1.2 研究意义
本选题通过研究建立化工原料采购的自动化,可以有效节约原料采购环节的费用,能够保证生产环节的有序进行;可以将采购环节进行合理组织,提高企业生产效率;可以加快企业资金的流转速度等。可见,研究开发企业原料自动化采购管理系统是至关重要的。具体的研究意义主要体现在以下几个方面:首先,改善企业的原料管理理念。基于 SCM 的正欧化工原料采购自动化系统可以实现将供应链管理思想与企业原料采购理念结合起来,实现企业的规范化管理。其次,保证企业信息的即时交流,使企业采购环节的流通性更好。正欧化工原料采购自动化系统是基于网络的,这对于企业采购环节中所涉及到的所有信息互动与共享提供了良好的基础。
 
第二章 相关理论与系统需求分析
 
原料采购自动化系统是供应链管理和计算机等先进技术在企业应用的集中体现,本章节在对供应链采购和计算机技术论述的基础上,以正欧化工为实例,重点研究基于 SCM 的正欧化工原料采购自动化系统的需求分析。
 
2.1 供应链及供应链管理概述
 
2.1.1 供应链的定义
对于供应链的定义还没有一个完全公认的说法。通常情况下,供应链可以认为是由物料获取开始,并经过加工,最终形成产品的一个过程。更为确切的一种定义如下描述:供应链是一种网络,主要涉及到商品的需求/生产/供需等过程中的相关实体以及相关动态关系。可以将这些关系网络分成三大阶段:第一阶段:主要是认识供应链,实现企业资源的充分利用,并能够提升生产效率;第二阶段:企业将生产流程中的相关需求与供应商关联起来,并明确对应的合作关系以及供求绩效等。该阶段的研究是以企业的生产需求为主;第三阶段:将供应链系统进行扩展,实现价值的提升。通过这三个阶段的实施,可以有效协调及集成供应链管理系统中的各个环节,从而达到供应链上各目标的关联优化,实现多赢的有效格局[23]。
 
2.1.2 供应链建模
对于供应链的建模,主要有两种分析模式。其一是定性分析模式,主要是借助于语言或者统计表等方式对企业中的相关逻辑及流程进行描述,更注重的是归纳以及知识整理。其二是定量分析模式,主要是借助于数量、方程式等方式对企业的相关行为及因果关联进行界定,更注重的是数量方面的逻辑关系。供应链建模的主要目的是实现供应链管理过程中决策活动的有效分析,这些决策活动可以分成经营性的以及策略性的两大类。然而在实际应用过程中,供应链管理中的决策活动是多层次的,与之对应的模型也是不一样的。其中,策略性的决策波及面比较大,对应的模型也比较宏观,一般我们可以选择定性分析方法为主。而经营性决策则更注重的是相关的日程运作,涉及到的范围较小,对应的模型也具备较强的针对性,我们可以选择定量分析方法[24]。
 
第三章 正欧化工原料采购自动化系统的设计........... 33-46 
    3.1 系统的设计原则 ..........33-34 
    3.2 系统的详细设计.......... 34-40 
    3.3 系统主要模块的设计.......... 40-44 
        3.3.1 采购管理模块.......... 40-41 
        3.3.2 库存管理模块 ..........41-43 
        3.3.3 库存核算模块.......... 43-44 
    3.4 系统数据库数据字典的设计.......... 44-45 
    3.5 本章小结.......... 45-46 
第四章 正欧化工原料采购自动化系统.......... 46-57 
    4.1 系统的开发环境.......... 46-47 
        4.1.1 网络环境.......... 46-47 
        4.1.2 软硬件环境.......... 47 
    4.2 系统的三层架构 ..........47-49 
    4.3 系统层次化功能的实现.......... 49-52 
    4.4 系统的可靠性与安全性实现..........52-53 
    4.5 系统的测试分析.......... 53-56 
    4.6 本章小结..........56-57 
第五章 正欧化工原料采购自动化系统.......... 57-64 
    5.1 系统主要界面的实现.......... 57-63 
    5.2 系统的应用情况..........63 
5.3 本章小结.......... 63-64
 
结论
 
基于 SCM 的正欧化工原料采购自动化系统是企业生产经营活动的起点,也是企业业务流程运作的开端。本文通过研究现代物流与供应链管理等先进的管理理念和方法,在原材料采购业务的充分考察分析的基础上,运用供应链管理、计算机技术,遵循原材料采购企业的发展需要和自动化系统的实施需求,本文进行了详细的分析和解释,主要有以下研究内容:
(1)阐述供应链、供应链管理、采购、供应链采购等基础理论知识;分析原料采购自动化系统的基础功能需求分析以及业务功能需求分析。
(2)研究正欧化工原料采购自动化系统的详细设计。分析系统的架构及角色设计,对系统的功能模块进行了详细设计,主要涉及到:采购管理模块、库存管理模块以及存库核算管理模块,并对系统的数据库进行了分析设计,同时探讨了系统实现过程中所涉及到的关键技术等。
(3)研究正欧化工原料采购自动化系统的实现,借助于.NET 及 SQL Server软件环境,研究系统的主要功能、系统可靠性及安全性的实现,并借助于系统的测试分析以及应用情况,验证本文所研究的原料采购自动化系统的应用价值及有效性。
总之,在此基础上研究的原料采购自动化系统是迫切需要的。同时,随着人们管理观念的进步和系统运行的通畅,原材料采购自动化系统的作用将日益明显,企业在今后市场竞争的优势越来越显著。
 
参考文献
[1] 王玉华, 王德权, 张南, 杨晓云.基于供应链的发动机行业采购管理系统的开发与实现[J].大连工业大学学报,2008,(04):21-23.
[2] 赵丹妮, 王成恩. 石化企业供应链采购管理系统模型[J].信息与控制, 2004,(01):69-71.
[3] 李璟,任磊.基于供应链的采购管理系统的研究与实现[J].计算机应用研究, 2004,(11):33-36.
[4] 蔡丽丽,郑建国,刘力辉. 基于供应链的制造业 ERP 采购管理系统研究[J]. 计算机技术与发展,2006(11):101-104.
[5] Yahya S, Kingsman B. Vendor rating for an entrepreneur development programe: A casestudy using the analytic hierarehy process method[J]. Journal of Operation Research Society.2008,50(9):312-318.
[6] Rezayat, M. The Enterprise-Web portal for life-cycle support. Computer-Aided DesignVolume:32 ,Issue:2, February 1 ,2006:85-96.
[7] Souse, J.P. Garlan,D. Formal modeling of the Enterprise .Net component integrationframework.Information and Software Technology Volume:43 ,Issue:3, March1 ,2008:171-188.
[8] Deng Gui-sbi , Li Wen-li. Agent-oriented Aid-modeling for the Distributed ActivityNetwork[J].Journal of Systems Science and Systems Engineeirng,2009(1):65-71.
[9] 刘强等,SCM 实施宝典[M].北京:国防工业出版社,2004.
[10] 宋华等.现代物流与供应链管理[M].北京:验证自助领取彩金管理出版社,2000.5.

 

优秀材料工程硕士论文篇八

 
第一章 绪论
 
1.1 银纳米粒子的特性及应用
随着纳米科学的迅速发展,金属纳米粒子已被广泛应用于各领域的研究,由此发展起来的纳米化学、纳米物理、纳米电子学和纳米材料等新领域已得到科学界的广泛关注[1–3]。作为金属纳米粒子的一种,银纳米粒子不仅具有银自身很稳定的物理和化学特性,还具有金属纳米粒子所特有的纳米效应,如表面效应、体积效应、宏观量子隧道效应以及量子尺寸效应等[4,5],在光、热、电、磁、催化和敏感等方面有着常规材料不可比拟的优异性能[1],是一种新兴的功能材料。因此,银纳米粒子作为低温超导材料[6]、催化剂材料[7]和生物传感器材料[8,9]等被广泛应用在科学技术研究领域和工业生产中。此外,银纳米粒子能吸收部分紫外线、具有除臭功能,还能抑制几乎所有的病毒、细菌和真菌,但对人体正常细胞却没有伤害作用,因而在化妆品行业和医药行业都有广泛的应用[10,11]。银纳米粒子及其复合材料已成为材料研究开发的重要方向之一。
 
1.1.1 导电和导热特性
银在 20 °C 的导热系数为 417 W•(m•K) 1,电阻率为 1.586×10 8Ω•m,其导热性和导电性在已知的金属材料中居首位。同时,根据电磁屏蔽原理,材料的导电率是决定材料屏蔽性能的决定性因素之一,因此,银还是一种很好的电磁屏蔽材料。基于以上性质,银粉被广泛用作导电导热填料和电磁屏蔽填料,在导电浆料、导电涂料、电磁屏蔽复合材料等领域有广泛的研究和应用[12]。一方面,导热纳米级银粉的熔点(可降低到 100 °C)远远低于块状银的熔点(961°C),将其用作导电浆料的填料可大大降低烧结温度,扩宽基片材料的范围。另一方面,使用纳米级银粉替代微米甚至更大尺寸银粉作为填料,可在不降低复合材料导电、导热、电磁屏蔽等性能的前提下减少银粉的用量,从而降低成本。此外,纳米银粉具有很小的颗粒度,利用其制备的导电涂料可以获得更加致密、美观的表面涂层。
迄今为止,银纳米粒子在导电、导热和电磁屏蔽等领域的研究应用已取得显著的成果。张志浩等[13]将微米银粉和纳米银粉混合作为导电填料,以环氧树脂为基体材料、三乙醇胺为固化剂、少量的邻苯二甲醇为增塑剂制备了导电胶,采用最佳组分配比制备的导电胶具有很低的体积电阻率和很高的链接强度,分别为 1.997×10 4Ω•m、18.9MPa。唐宝玲等[14]以银纳米粒子为填料、乙醇和乙酸乙酯为溶剂、聚氨酯/丙烯酸树脂为连接料,加入适量的油酸作为分散剂,搅拌混匀配置了导电油墨,然后用 300 目的涤纶丝网版将导电油墨印刷在电路基板上。所制备的导电油墨具有很高的导电性能、很强的附着力和很好的耐摩擦性能,其电阻率低达 10 4Ω•m、能抵抗多次封箱胶带的撕拉、耐 6000 次以上摩擦。杨颖等[15]采用实验室自制超细银粉为填料、环氧树脂为链接剂、聚乙二醇等材料为添加剂制备了有机物挥发少、环境友好型的复合导电银浆,并研究了各组分的最佳配比。采用最佳配比制备的复合导电银浆固化温度低,能在室温下固化,固化后线路的电阻率小于 100 Ω•cm 1,导电性和固化温度均符合实际应用要求。王一龙等[16]将自制的镀银玻璃微珠加入丁腈橡胶制备导电性高、电磁屏蔽性能优良的橡胶复合材料,并探讨了橡胶复合材料各项力学性能、导电和电磁屏蔽性能与导电填料填充份数的关系。王一龙等[17]还将这些镀银玻璃微珠加入涂料中,并研究了涂料的电学性质、电磁屏蔽性能、力学性能及耐久性等各项性能。结果表明该涂料在以上方面均具有很好的性能。
 
1.1.2 催化特性
研究发现,银纳米粒子在多种化学反应和电化学反应中发挥着很好的催化作用。较单一的金属催化剂而言,负载型金属催化剂具有更高的稳定性和催化活性,它是将金属纳米粒子均匀的固定在比表面很高的材料上,是一种固相催化剂。一方面,这种负载型催化剂能通过有效的提高金属表面积来提高其催化活性。另一方面,将金属纳米粒子固定在载体上能有效的防止金属纳米粒子的烧结,从而长时间保持催化活性,提高催化剂的稳定性。此外将金属纳米粒子均匀的固定在载体表面,还能减少催化剂的用量,从而降低成本。迄今为止,已有很多关于银纳米粒子作为催化剂的研究报道,这些研究结果体现了银纳米粒子在催化领域的重要性。石川等[18]对纳米级 Ag/H-ZSM-S 复合催化剂在甲烷还原一氧化氮反应中的选择性和活性进行了研究,结果表明一氧化氮的转化率在催化剂中银纳米粒子含量大于 70%时有明显的提高。Mallick 等[7]研究了纳米银作为氧化还原反应催化剂的热力学可行性和催化效果,采用紫外分光广度法监测银团簇的形成和染料的还原动态。研究结果表明,只要银纳米颗粒的粒径达到最终具有合适的氧化还原电势值,这些银团簇就能表现出优异的催化性能,即如果这些银团簇的电势介于电子给体和电子受体的电势之间,那么它们就可以有效的作为电子给体和电子受体之间中继点。Kundu 等[19]采用紫外光辐照法将吸附在 SiO2凝胶颗粒中的 Ag+还原成纳米Ag,并将得到的 Ag/SiO2复合粒子作为还原硝基苯化合物制备苯胺反应的催化剂。其催化原理是将纳米 Ag 作为中间媒介将还原剂 BH4 上的电子转移到硝基苯化合物上,从而实现硝基苯化合物的还原。
 
第二章 PS 微球表面聚多巴胺修饰及金属化
 
2.1 引言
聚合物/金属核壳复合微球在催化、生物化学、电子器件等许多领域都有很广泛的应用[94–97]。通过高温煅烧或溶解可以去除聚合物内核[98–100],从而得到空心金属微球,这种空心金属微球可以用在低密度材料、催化剂、药物释放和气体储存材料等领域[100–102]。银粉具有导电导热性好、化学性能稳定、催化性能优异、杀菌性能强等优点,被广泛用作壳层材料,而聚苯乙烯(PS)由于具有原料易得、合成工艺成熟等优点被广泛用作内核材料。迄今为止,已经发展了许多方法制备这种聚合物/金属核壳结构的复合微球,如磁控溅射方法、原位化学还原法、自组装法、化学镀等[47,71,103]。然而,许多方法都存在包覆率低、包覆不均匀、聚合物内核与金属外壳之间的结合力弱等缺点。因此,对聚合物微球进行表面改性以增强聚合物内核与金属外壳之间的结合力就变得尤为重要。聚多巴胺(PDA)是一种环境友好型的生物聚合物,它能通过多巴胺在弱碱条件下自聚合紧紧的粘附在许多基体表面[82–87]。PDA 层可以作为二次功能化的平台[88–93],尤其是PDA结构中的酚羟基和含氮基团对银氨离子等金属离子都有较强的吸附作用,同时利用 PDA 的弱还原性可将吸附的银氨离子原位还原为纳米 Ag 粒子。
由于 Ag 具有自催化作用,这些 Ag 纳米粒子可以作为催化活性中心,使溶液中的银氨离子在已形成的 Ag 纳米粒子上继续还原生长,形成聚合物/Ag 核壳微球。本研究首先在 PS 微球表面沉积厚度可控的 PDA 层,制备 PS-PDA 微球,然后利用 PDA 的弱还原性将银氨离子还原成 Ag 纳米粒子均匀的固定在 PS-PDA 微球表面,最后将这些 Ag 纳米粒子作为催化活性中心,以葡萄糖为还原剂使溶液中的银氨离子在已有的银核上继续还原生长,制备核壳结构的 PS-PDA/Ag 微球,并通过高温煅烧去掉 PS 内核制备空心 Ag 微球。同时还研究了 PDA 层厚度对壳层 Ag 纳米粒子粒径和负载量的影响及 AgNO3浓度对 Ag 壳层厚度的影响。通过 SEM 观察样品表面形貌,XPS 分析样品表面成分,XRD 分析样品晶格,TGA 考察了样品的热稳定性,接触角表征样品的亲水性,四探针导电仪表征样品的导电性。
 
第三章 聚多巴胺修饰及原位化学还原法............. 50-64 
    3.1 引言............ 50-51 
    3.2 实验部分............ 51-53 
        3.2.1 实验原料............ 51 
        3.2.2 实验步骤............ 51-52 
        3.2.3 表征方法............ 52-53 
    3.3 结果与讨论 ............53-62 
        3.3.1 聚多巴胺修饰 CNTs............53-58 
        3.3.2 纳米 Ag 修饰的 CNT 复合材料............ 58-62 
    3.4 小结............ 62-64 
第四章 结论............ 64-66
 
结论
 
本研究采用 PDA 功能修饰及原位化学还原法成功的制备了纳米 Ag 复合材料。主要结论如下:
(1)通过在 PDA 功能修饰的 PS 微球表面进行原位化学还原银的方法成功的制备了核壳结构的 PS-PDA/Ag 微球。PDA 可以用作螯合剂和还原剂,其结构中的酚羟基和含氮基团能将溶液中的银氨离子吸附在 PS-PDA 表面,并利用 PDA 将其还原为Ag 纳米粒子作为催化活性中心。同时 PDA 还是连接 PS 微球和 Ag 层的良粘结层。TGA 和 SEM 结果表明 PS 微球表面 PDA 层的厚度随多巴胺浓度的增加而增加。研究多巴胺浓度和 AgNO3浓度对银还原效果的影响,结果表明:PS-PDA 微球表面的 Ag纳米粒子的平均粒径随多巴胺浓度的增加而减小,随 AgNO3浓度的增加而增大;PS-PDA 微球表面 Ag 纳米粒子的负载量随多巴胺浓度和 AgNO3浓度的增加而增多。最终确定多巴胺和 AgNO3的最佳浓度分别为 2 g•L 1和 10 g•L 1,此条件下制备的核壳结构的 PS-PDA/Ag 微球的导电率为 10 S•cm 1,表观密度为 1.8 g•cm 3,远远低于纯银的密度(约 10.53 g•cm 3)。氮气氛围下煅烧去掉 PS 核,制备了空心银微球,SEM图结果表明通过煅烧制备的空心银微球仍保持良好的球形结构。
(2)通过多巴胺自聚合在 CNTs 表面包覆一层 PDA,制备的 CNT-PDA 在水溶液中有很好的分散性,同时利用 PDA 结构中的酚羟基和含氮基团将溶液中的银氨离子吸附在 CNT-PDA 表面,并利用 PDA 的弱还原性将这些吸附的银氨离子还原为 Ag纳米粒子固定在 CNT-PDA 表面,制备了 CNT-PDA/Ag 纳米复合材料。HR-TEM 和TGA 结果均表明 PDA 层的厚度随多巴胺浓度的增加而增加。HR-TEM 图表明球状Ag 纳米颗粒均匀的分散在 CNT-PDA 表面,Ag 纳米颗粒的粒径约为 3–4 nm,且粒子之间的间距小于10 nm。XPS和XRD结果均表明银以单质形式存在于CNT-PDA表面。
 
参 考 文 献
[1] Nicholas A K. Book Review: Nanoparticles. ByGunter Schmid (Ed.)[J]. Adv. Mater., 2005, 17(4):495–496
[2] 张耀君. 纳米材料基础[M]. 北京: 化学工业出版社, 2011
[3] 周全法, 刘维桥, 尚通明. 贵金属纳米材料[M]. 北京: 化学工业出版社, 2008
[4] Panigrahi S, Praharaj S, Basu S, et al. Self-assembly of silver nanoparticles: Synthesis, stabilization,optical properties, and application in surface-enhanced Raman scattering[J]. J. Phys. Chem. B, 2006,110(27): 13436–13444
[5] Lu L, Kobayashi A, Tawa K, et al. Silver nanoplates with special shapes: Controlled synthesis and theirsurface Plasmon resonance and surface-enhanced Raman scattering properties[J]. Chem. Mater., 2006,18(20): 4894–4901
[6] Hirano S, Wakasa Y, Saka A, et al. Preparation of Bi-2223 bulk composed with silver-alloy wire[J].Physica C: Superconductivity, 2003, 392–396: 458–462
[7] Mallick K, Witcomb M, Scurrell M. Silver nanoparticle catalysed redox reaction: An electron relayeffect[J]. Mater. Chem. Phys., 2006, 97: 283–287
[8] Xu J Z, Zhang Y, Li G X, et al. An electrochemical biosensor constructed by nanosized silver particlesdoped sol-gel film[J]. Mater. Sci. Eng. C, 2004, 24(6–8): 833–836
[9] Guo S J, Dong S J. Biomolecule-nanoparticle hybrids for electrochemical biosensors[J]. TrAC TrendsAnal. Chem., 2009, 28(1): 96–109
[10] Jiang H Q, Manolache S, Wong A C, et al. Plasma-enhanced deposition of silver nanoparticles ontopolymer and metal surfaces for the generation of antimicrobial characteristics[J]. J. Appl. Polym. Sci.,2004, 93(3): 1411–1422
 

优秀材料工程硕士论文篇九

 
第一章 绪 论
 
1.1 前言
能源是人类生活不可或缺的部分,硕士论文范文是人类生存和发展的基石,随着社会的进步与发展,能源需求日益增长和能源利用率仍不高的现状使得能源供给日趋紧张。所以,合理的开发和利用新能源已成为很重要的课题。热能的储存方式有显热式、潜热式和化学反应式。显热储能方式是在材料升温和降温的过程中利用材料原有的热容进行能量的储存和释放,这种方式虽然运行简单,成本低,但是蓄热密度小,蓄热过程中温度变化幅度也很大。化学反应蓄热多是利用化合物的可逆化学反应过程释放和储存热量,此种方式蓄热密度高,清洁,无污染,不过反应相对复杂,技术难度也较高[1]。潜热蓄热是利用相变材料在相变过程中吸收或释放热量来进行能量的储存或释放。具有储能密度大,储/放热过程是在恒温或近于恒温的条件下进行,具有广阔的应用前景。从储热过程中材料相态的变化方式来看,相变材料可以分为四种:即固-液相变材料、固-固相变材料、固-气相变材料和液-气相变材料。由于气体体积较大,在实际应用中难以进行应用,所以有关固-气和液-气相变材料的研究很少。而利用相变材料的固-液相变潜热来储存热能的储热技术,因具有储能密度大、储/放热过程近似等温、过程易控制等优点,而成为最具实际发展潜力和最重要的储热方式[2]。下图是从相变温度范围对相变材料的分类图。从图 1-1 中可以看出对低温固-液相变材料来说主要由水合盐类、石蜡类和脂肪酸类。其中,由于石蜡相变潜热高、几乎没有过冷现象、熔化时蒸气压力低、不易发生化学反应且化学稳定性较好、在多次吸放热后相变温度和相变潜热变化很小、自成核、没有相分离和腐蚀性,价格较低等优势,成为研究热点。
 
1.2 石蜡相变材料强化传热研究
石蜡是矿物蜡的一种,它是从原油蒸馏所得的润滑油馏分经溶剂精制、溶剂脱蜡或经蜡冷冻结晶、压榨脱蜡制得蜡膏,再经溶剂脱油、精制而得的片状或针状结晶。主要组分为直链烷烃(约为 80%~95%),还有少量带个别支链的烷烃和带长侧链的单环环烷烃。其熔点与与链长有关,随着链的增长,开始增长较快,而后逐渐减慢,最后将趋于一定值。在应用时可根据不同场合需求选择不同的碳原子个数的石蜡类物质,能获得不同相变温度,因此具有较广的应用范围。部分石蜡类的热物性列于表 1-1[3]。石蜡作为一种潜热储能材料,具有相变潜热大,固-液相变过程容积变化小,热稳定性好,无过冷现象,价格较低廉等优点。石蜡众多的优点使之在航空、航天、微电子等高科技系统以及房屋节能等各个领域得到了广泛应用,但由于石蜡导热系数小、固-液相变过程中易出现液态的泄露问题,这使传热过程复杂化,从而在一定程度上制约了其实际应用。近年来,国内外许多专家学者都在研究提高石蜡类相变储热材料的导热性能,以提高能源的利用率。通常采取的措施是在相变材料中添加金属填料、石墨、碳纤维、在封装壁面上加肋片以及进行胶囊封装或将不同的相变材料进行组合等,由此来提高储热系统储、放热的速率,使相变材料得到更为广泛的应用。
 
1.2.1 添加多孔介质
为提高相变材料的传热性能,可以在相变材料中添加高导热率的多孔介质,如金属泡沫、金属蜂窝、石墨等。Zhao C.Y.等[4]在 RT58(熔点 58 ℃,导热系数 0.21 W•m-1•K-1,相变焓 181 kJ•kg-1)相变材料中填充泡沫铜来提高石蜡的导热性能,金属泡沫是在一块铜板上烧结而成,铜板下面提供热源,来测试芯片的熔化过程与凝固过程,结果表明,在熔化过程中,加入铜泡沫后,其总传热系数提高了 3~10 倍,而凝固过程的时间也降低了一半多,大大加快了传热速率。文献[5]分别以泡沫铜、泡沫铝填充石蜡为例,与用铜、铝翅片并联和串联两种方式填充石蜡时的有效导热系数进行了计算对比,结果显示,采用泡沫金属作为填充材料,可显著改善相变储能装置的传热性能及储能效率,其整体效果要优于翅片。王杰利等[6]则通过实验研究了铜泡沫空隙铝对传热过程整体热阻的影响,认为在一定范围内减少孔隙率对石蜡相变换热有积极作用。曹向茹等[7]用 Fluent 模拟软件研究了金属基泡沫铝对石蜡导热系数的影响,结果显示,填充泡沫金属铝的蓄热球能有效减少石蜡在相变过程中凝固阶段的放热时间,提高蓄热系统的放热速率,并得出泡沫金属的孔隙率影响石蜡的传热速率,建议在应用时应合理选择泡沫金属的孔隙率,以使蓄热装置得到最优化的设计。金属蜂窝结构也能提高石蜡(峰温 27.9 ℃)的传热性能[8]。
 
第二章 石蜡/膨胀石墨定形相变材料的制备与性能研究
 
2.1 引言
能源是人类生活不可或缺的部分,是人类生存和发展的基石,随着社会的进步与发展,能源需求日益增长和能源利用率仍不高的现状使得能源供给日趋紧张。所以,提高现有能源的利用率可解决能源在时间和空间上需求。其中,石蜡类相变材料的储热密度大,吸热和放热的过程几乎可以在恒定的温度下进行。然而,由于相变材料导热性能差,同时复合相变材料中多孔介质的孔隙率较小,内含相变材料少,导致储能量低。本文针对以上问题,选用合适的相变材料和无机基材,通过物理吸附法制备出性能优良的定形相变材料。制得的定形相变材料不仅具有导热系数高、储能密度大的优点,还具有良好的热稳定性、化学稳定性、热循环性能等。
 
2.2 材料的选取
 
2.2.1 相变材料
相变材料的选择依据:(1)熔化潜热高,使其在相变中能贮藏或放出较多的热量;(2)相变过程体积变化小,饱和蒸汽压低,可逆性好,过冷或过热现象少;(3)导热系数大,密度大,比热容大;(4)相变材料无毒,无腐蚀性,成本低,制造方便;(5)冷热循环稳定性好,即经过多次冷热循环后,相变材料的热物性保持良好。(6)有合适的相变温度,能满足应用场合要求:如-25~+8 ℃用于温度敏感性药物、生化药品、生鲜食品等的冷藏和运输;5~15 ℃可做成特定形状的储能模块,用于空调蓄冷,还可做成储物箱、储藏罐或容器内衬材料,用于一些温敏性农作物的保鲜和运输(如大白菜最适宜的储藏温度是 0~1 ℃,马铃薯适宜的储藏温度是 4~5 ℃,黄瓜和南瓜适宜的储藏温度分别是和 8~10℃和 10~13 ℃[84]);10~35 ℃可用于温室生产、花房储能保温等场合[85],而 20~26 ℃可用作建筑室内装饰板材和家具材料;30~60 ℃可以用于电子设备温控领域。
 
第三章 定形相变材料应用于温控领域............ 47-69 
    3.1 实验装置 ...........47 
    3.2 实验仪器及设备........... 47-49 
        3.2.1 发热板........... 48-49 
        3.2.2 定形相变材料........... 49 
    3.3 实验方法 ...........49-51 
        3.3.1 实验方案设计........... 49-50 
        3.3.2 恒定功率...........50 
        3.3.3 开/关脉冲........... 50 
        3.3.4 复合相变材料用量的影响 ...........50-51 
        3.3.5 环境温度的影响........... 51 
    3.4 实验操作步骤........... 51 
    3.5 误差分析 ...........51-53 
    3.6 实验结果分析........... 53-68 
    3.7 本章小结........... 68-69 
第四章 石蜡相变材料传热性能的数值模拟........... 69-86 
    4.1 引言 ...........69-70 
    4.2 数学物理模型的建立........... 70-76 
        4.2.1 模型的建立........... 70-73 
        4.2.2 参数的设置........... 73-76 
    4.3 模拟结果及分析 ...........76-84 
        4.3.1 石蜡蓄热过程结果分析........... 76-82 
        4.3.2 定形相变材料蓄热过程........... 82-84 
4.4 本章小结........... 84-86
 
结论
 
本文选择石蜡作为相变材料,膨胀石墨为支撑材料,利用物理吸附法制备出石蜡/膨胀石墨定形相变材料,然后通过选材、压片制得具有一定规则形状的定形相变材料板块。同时,对石蜡石蜡/膨胀石墨复合相变材料进行了一系列表征,并对其传热及控温性能进行了研究和分析,得出以下结论:
(1)热物性分析通过分析由 DSC 及 Hot Disk 仪器测试出的不同石蜡含量(70%~100%)的数据,可知,复合相变材料的相变焓及导热系数均随石蜡含量的减少而增加,相变温度略有下降,变化趋势不大,在一定范围内导热系数随压力的增加而增大。其中,纯石蜡的相变温度为 28.4 ℃,相变焓为 194.4 kJ•kg-1,导热系数为 0.2759 W•m-1•K-1,石蜡质量分数为 80%的复合相变材料的相变焓为 156.6 kJ•kg-1,相变温度为 27.27 ℃,无压力时导热系数为0.6189 W•m-1•K-1,压力为 5 Mpa 时导热系数为 9.795 W•m-1•K-1。
(2)定型性分析采用扫描电子显微镜(SEM)、偏光显微镜(POM)等分析手段对石蜡以及石蜡/膨胀石墨复合相变材料进行了形貌和结构测试,研究表明,膨胀石墨对石蜡的最大吸附量为 85%。其中,石蜡质量含量为 80%,压力为 5 MPa 下的石蜡/膨胀石墨复合相变材料未有泄漏现象,说明该含量和压力下的相变材料定形效果良好。
(3)稳定性分析经过多次熔化/凝固相变后,石蜡质量分数为 80%的石蜡/膨胀石墨复合相变材料的相变温度和相变潜热的最大变化幅度不超过 1.3%。再由 TG 曲线可知,采用物理吸附法制备出的石蜡/膨胀石墨复合相变材料具有很好的稳定性。
(4)控温性能实验研究由以上分析和测试手段,综合考虑,选取石蜡含量为 80 wt%的定形相变材料用于研究其对需控温器件的散热性能研究,实验测量了不同恒定功率条件及开/关脉冲功率条件下模拟芯片的表面温度变化情况,并与空白实验作比较,分析定形相变材料对温控装置的散热及抗热冲击的性能影响规律。实验结果表明,在 5 W 发热功率下,使用定形相变材料后,一方面通过提高传热速率,将芯片表面最高温度由 56.6 ℃降低到 51.5 ℃;另一方面通过相变材料储热,将模拟芯片从初始工作温度上升到一定工作温度(40 ℃)所需的时间由 840 s 延长到 2160 s。同时,温度波动也由原来的 12.5 ℃降低 10.2 ℃。此外,研究分析了复合相变材料用量(厚度)、环境温度及发热功率等条件的改变对其控温及抗热冲击能力的影响。得出,在一定发热功率范围内(3~5 W),随着相变材料用量由 7 g(3.5 mm)增加到 21 g(1.0 mm),其散热和控温效果相应增强,但当功率小于或大于这一范围(1~2 W 和 6~7 W)时,14 g(5.9 mm)和 21 g 的复合材料对模拟芯片的散热和控温效果的影响减小;在所研究的环境温度条件下(14 ℃、16 ℃、18.5 ℃和 20.5 ℃)降低有利于控温;随发热功率由 1 W 增加到 7 W,定形相变材料对模拟芯片的散热和控温效果相对减弱,并提出在实际应用中,要根据环境温度及温控单元的发热功率来选择具有合适熔点及潜热的相变材料。
(5)传热性能实验研究对于石蜡及定形相变材料的蓄/放热性能进行了研究,结果表明,石蜡升到平衡温度需要 780 s,而定形相变材料仅需要 175 s,石蜡温度降到 23.8 ℃需要 2175 s,而定形相变材料仅需 540 s。即石蜡/膨胀石墨定形相变储热材料的传热速率较石蜡有很大提高,在实际生活中有很大应用价值,具有研究必要性。
(6)蓄热过程数值分析采用模拟软件 Fluent 对其熔化过程进行模拟分析,在纯石蜡的熔化过程中,忽略自然对流作用的影响,在相变温度区间(301~308 K)内中心点温度曲线呈线性增加,与实验差距较大。考虑自然对流作用的模拟结果与实验结果温度总体趋势相同,但仍有一定差距,在数值计算中中心点的温度从 380 s 之后开始迅速升高,而实验中则从 500 s之后才开始迅速升高。
 
参考文献
[1] 吴会军, 朱冬生, 李军, 等. 蓄热材料的研究进展 [J]. 材料导报, 2005, 19 (8):96-98
[2] Sharma S.D., Sagara K.. Latent heat storage materials and systems:a review [J].International Journal of Green Energy, 2005, 2 (1): 1-56
[3] 余建祖, 高红霞, 谢永奇, 等. 电子设备热设计及分析技术 [M]. 第二版. 北京: 北京航空航天大学出版社, 2008: 206-207
[4] Zhao C.Y., Lu W., Tian Y.. Heat transfer enhancement for thermal energy storage usingmetal foams embedded within phase change materials (PCMs) [J]. Solar Energy, 2010,84 (8): 1402-1412
[5] 张涛, 余建祖. 相变装置中填充泡沫金属的传热强化分析 [J]. 制冷学报, 2007, 28(6): 13-17
[6] 王杰利, 屈治国, 李文强, 等. 封装有相变材料的金属泡沫复合散热器实验研究[J]. 工程热物理学报, 2011, 32 (2): 295-298
[7] 曹向茹, 崔海亭, 蒋静智. 泡沫金属相变材料凝固传热过程的数值分析 [J]. 河北工业科技, 2011, 28 (1): 1-4
[8] Hasse C., Grenet M., Bontemps A., et al. Realization, test and modelling of honeycombwallboards containing a Phase Change Material [J]. Energy and Buildings, 2011, 43 (1):232-238
[9] Marín J.M., Zalba B., Cabeza L.F., et al. Improvement of a thermal energy storageusing plates with paraffin–graphite composite [J]. International Journal of Heat andMass Transfer, 2005, 48 (12): 2561-2570
[10] Sar  A., Karaipekli A. Thermal conductivity and latent heat thermal energy storagecharacteristics of paraffin/expanded graphite composite as phase change material [J].Applied Thermal Engineering, 2007, 27 (8-9): 1271-1277
 

优秀材料工程硕士论文篇十

 
第一章前言
 
自A. Werner在1893年创立配位化学以来,对配合物的研究就发展成了无机化学中最为活跃的领域之一。1951年Wilkinsen和F isher合成出二茂铁以及夹心型化合物而获得了 1973年的诺贝尔化学奖。到目前为止,己经有20多位科学家从事与配位化学有关的科学研究而获得了诺贝尔奖。可以说,配位化合物已经深入到了各个研究领域。Robson等化学工作者将晶体工程与超分子自组装的概念应用到了配位化学之中,不仅将超分子化学的研究范围进一步扩大,而且开创了配位聚合物的先河。配位聚合物是由有机配体与金属离子之间通过配位键形成的具有高度规整的无限网络结构的配合物,是晶体工程应用于超分子化合物的具体体现之」2]0在配位聚合物中,金属离子或者金属离子族与有机配体之间通过相互配位结合可以形成各种各样、新颖独特的零维、一维、二维和三维网络骨架结构,并且表现出多种多样独特的光、电、磁学等性质[3-6]。
 
1.1金属有机骨架材料的研究概述
金属有机骨架(Metal-organic frameworks, MOFs)也被称为多孔配位聚合物(Porous Coordination Polymers)是上世纪90年代以来兴起的一类新型无机-有机杂化多孔材料这类材料与传统的无机多孔材料和有机超分子材料相比具有独特的物理化学性能,而且具有更广泛的潜在的应用价值,可以应用于气体的吸附与分离、非均相催化、单分子薄膜材料、磁性材料与光学材料等领域。此外由于骨架结构中还可能存在弱的相互作用力(如分子间或者分子内氧键、静电作用力等),因此其在分子识别等方面也具有潜在的应用价值继1998年之后,Kitagawa教授在2004年把多孔金属有机骨架材料划分为三代(见图第一代多孔骨架材料是含有客体溶剂分子的骨架结构,在移去客体溶剂分子之后,骨架结构会发生坊塌且这种坊塌是不可逆的;第二代多孔骨架材料具有稳定刚性的孔道结构,在失去骨架中的客体溶剂分子之后,其骨架结构仍然保持不变,留下永久性的孔道,许多由共价键构筑的无机多孔材料都可以被列为是第二代多孔骨架材料;第三代多孔骨架材料具有一个动态柔性的孔道结构,当受到外界刺激(如光照、磁场、溶剂客体分子等)其骨架结构也会发生相应的改变,并且这种转变是可逆的,可以通过一定的手段使其骨架得以恢复。
截止到目前[I4],金属有机骨架材料(MOFs)作为一类被广泛研究的晶体材料,最高的孔隙率已达到91%,最大的比表面积也达到了6000m2/g。这些优良的属性,连同其骨架结构的有机与无机成分,使得金属有机骨架材料在清洁能源,尤其是作为氧气、甲院等气体的存储材料上具有非常大的潜在应用价值,此外,在薄膜材料、催化剂、生物医学等方面的应用也在进一步地被开发出来。自20世纪90年代以来,MOFs得到非常迅猛的发展,不论是研究论文的发表数目还是研究的范围都在不断的扩大。
 
1.1.1金属有机骨架材料单晶的培养方法
培养金属有机骨架材料单晶的方法中比较常见的培养方法大致可以分为:溶液挥发法、扩散法、水热或溶剂热法、微波及紫外光照技术、以及离子液体法等。这些培养方法各有各的适用条件与优点,可以根据不同的反应物采用不同的培养方法。
 
1.1.1.1挥发法和扩散法
所谓挥发法即选择合适的金属盐与有机配体,按一定的比例溶解在适当的溶剂之中,静置挥发使其缓慢发生化学反应,从而生成聚合物单晶的方法。扩散法一般分为气相扩散,液相扩散和凝胶扩散。通常来说,气相扩散法是选择二种对目标化合物溶解度不同的溶剂,且二种溶剂有一定的互溶性,当溶解度小的溶剂扩散到溶解度大的溶剂中,就会降低化合物的溶解度,迫使其不断地结晶出来。液相扩散法是把配体和金属盐溶解到两种不同的溶剂中,把其中一种溶液放在另一种溶液上方,也可以在溶液的相交处加入另一种溶剂作为缓冲液,而化学反应就在这两种溶液的界面附近开始,晶体就可能在溶液界面附近产生。如果结晶速度仍然过快,则可以利用凝胶扩散的方法。凝胶扩散法也是一种比较有用的结晶方法,将其中一种配体配制在凝胶、琼脂或明胶中,而将金属盐的溶液放在凝胶的上方,这两种组分慢慢扩散在相交的界面上从而析出配合物的单晶。
 
第二章5-(3,5-二接基苯甲酷胺基)间苯二甲酸的设计合成
 
2.1引言
豫酸类配位以其丰富的配位模式、较强的配位能力在构筑金属有机骨架中被较为广泛的应用,例如对苯二甲酸、均苯三甲酸等都曾被用于构筑经典的配位聚合物,比如M0F-5[气MOF-199[气MIL-101[54]等,而酰胺键[57作为一个极具特色的客体作用位点,如果将其引入到多孔材料之中,就可能在所形成的骨架当中充当识别位点,从而改善骨架孔道的性质,在适当的条件下还可以作为催化材料基于上述两点考虑,我们设计并成功的合成出一个含酰胺键的多羧酸有机配体,并通过核磁、红外光谱对配体进行了基本表征。
 
2.2实验部分
 
2.2.1试剂
均苯三甲酸,5-氨基间苯二甲酸,二氯亚砜,甲醇,两酮,浓盐酸,二氯甲焼,氢氧化钠,碳酸钾(以上试剂皆为分析纯)。
 
第三章 具有大孔道的三维金属有机......... 28-54 
    3.1 引言 .........28 
    3.2 实验部分 .........28-32 
    3.3 配合物的结构分析......... 32-39 
    3.4 配合物的基本表征及性质研究......... 39-53 
    3.5 本章小结 .........53-54 
第四章 pH值调控的金属有机骨架材料......... 54-69 
    4.1 引言 .........54 
    4.2 实验部分 .........54-57 
    4.3 配合物的结构分析......... 57-61 
    4.4 配合物的基本表征.........61-68 
    4.5 本章小结......... 68-69 
第五章 辅助配体参与合成的金属......... 69-82 
    5.1 引言......... 69 
    5.2 实验部分......... 69-71 
    5.3 配合物的结构分析 .........71-75 
    5.4 配合物的基本表征......... 75-81 
5.5 本章小结......... 81-82
 
结论
 
本论文的主要工作围绕间苯二甲酸(H4DBPC)作为桥联配体展开,与过渡金属离子进行组装,共构筑了9个具有高维结构的配位聚合物,对所得晶体进行了晶体结构测定与分析、X-射线粉末衍射、红外表征、热稳定性等基本表征,并对部分所得晶体进行了气体吸附性质和催化性质的研究。此外,基于超四面体簇的金属有机骨架材料的研究,在本论文中也做了初步的探索,并合成得到2个零维的结构。以下为本论文的主要研究结果:
1.设计合成配体5-(3, 5-二羧基苯甲酰胺基)间苯二甲酸,与过渡金属离子在溶剂热法的条件下合成了七个配合物1-7。配合物1是由双核钴单元与配体形成的三维骨架结构。配合物2是则是在配合物1的基础上对合成条件进行改进,得到的骨架结构更加稳定的三维结构。配合物3与配合物4也是两个具有大孔道的三维结构,配合物5-7是在加入盐酸调节体系pH的条件下得到的,在酸性条件下配体不能完全的脱质子,导致羧酸配位点减少,形成的金属氧簇皆为单核,容易使骨架发生穿插,降低骨架的孔隙率。其中我们集中对配合物2做了气体吸附及催化性质的测试。
2.在辅助配体参与调控的条件下,我们得到了配合物8和配合物9,其中配合物8是金属铬离子与均苯三甲酸反应得到的层状结构。配合物9是金属钆离子与对苯二甲酸反应形成的双核二重穿插的三维骨架结构。
3.最后一部分工作是基于超四面体簇的金属有机骨架材料的研究,通过尝试不同硫化物超四面体簇如GaS,GeAs与桥联配体构筑金属有机骨架材料,得到配合物10与配合物11,两个零维结构。
今后将在现有工作的基础上,继续对金属有机骨架的性质做更深一步的探索,总结构筑配合物的规律及体系pH、温度、时间对配合物结构的影响作用,以便逐步实现具有良好吸附或选择性吸附功能/催化性能聚合物材料的定向合成。
 
参考文献
[1]孙为银,配位化学第二版,北京:化学工业出版社,2010.
[2]洪茂椿,陈荣,梁文平,21世纪的无机化学,北京:科学出版社,2005.
[3] W. Zhang, R. G. Xiong .Chem. Rev., 2011, 112, 1163-1165.
[4] J. K. Beattie, P. A. Lay,A. F. Masters,Inorg. Chem., 2003,42,8367.
[5] D. Yakhvarov,E. Trofxmova, O. Kataeva, Y. Budnikova,A. Petr,Inorg. Chem.,2011,4553-4558
[6] W. J. Rieter, K. M. L. Taylor, H. An, W. Lin, W. Lin, J. Am. Chem. Soc” 2006,128,9024-9025.
[7] (a) A. Erxleben. Chem. Rev.,2003,246, 203-228. (b) B. H. Ye,M. L. Tong,X. M.Chen,Chem. Rev.,2005,249, 545-465. (c) S. Kitagawa, R. Kitaura, S. Noro,Angew. Chem. Int. Ed.,2004,43,2334-2375
[8] (a) L. Brammer, et al. Chem. Soc. Rev., 2004,33, 476-489. (b) N. R. Champness,et al. Dalton. Trans. 2006,877-880. (c) J. S. Millar, et al. Adv. Mater., 2002,14,1105-1110.
[9] (a) N. W. Ockwig,O. D. Friedrichs, M. O'Keeffe, Acc. Chem. Res.,2005,38,176-182. (b) A. Cornia, D. Gatteschi, R. Sessoli,Chem. Rev.,2001,219,573-604.(c) O. R. Evans, W. B. Lin, Acc. Chem. Res; 2002, 55, 511-522.
[10] C. J. Kepert, Chem. Commim.,2006, 7, 695-700.

原文地址:gclw/23798.html,如有转载请标明出处,谢谢。

您可能在寻找工程硕士论文方面的范文,您可以移步到工程硕士论文频道(gclw/)查找


博聚网