研究
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碳质纳米粒子填充聚合物制备的导热复合材料,因其质量轻、比强度高、成本低和加工性能好等优势受到研究者关注。聚合物因其自身导热系数低,无法适应电子元件高功率化、高密度化和高集成化所产生的高热量散热要求。因此,研究开发高导热且力学性能优异的聚合物基导热复合材料对于电子产品的设计和扩展具有迫切的理论意义和实用价值。而目前聚合物基导热复合材料还存在一些不足,如碳质纳米填料含量较低时,导热能力不足;而其含量较高时,复合材料综合性能难以平衡。如何高效地构建有效导热通路以减少界面热阻是研究的难点和重点。鉴于此,文中不仅分析了碳质纳米填料和聚合物本征导热机理及聚合物基复合材料的导热机理,讨论碳质纳米填料本征结构以及在导热聚合物基复合材料中的聚集态结构对构建高通量导热通路的影响,而且提出近期或将来需要解决的关键问题。最后,就聚合物基导热复合材料未来的发展方向与趋势进行了展望。...
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纳米材料由于具有特殊的光学、力学、磁学、电学、超导、催化等特性而被广泛应用于电子、机械装置、药物传输、催化剂等众多领域。直流电弧等离子体法是一种制备高纯度纳米材料的有效手段,通过在两电极之间的电弧放电产生高温,使反应室中的气体变为等离子体态,原材料蒸发分解成气态原子,过饱和的蒸汽流动到反应室中温度较低的部位,并重新成核生长成所需的纳米粒子。使用直流电弧等离子体法制备纳米材料具有操作简单、成本低、合成速度快、产物纯度高、环境友好等优点。在电弧法制备纳米材料的过程中,改变相关实验参数,会对产物的粒径、形貌等特性产生影响;特别是在制备碳纳米材料时,改变实验条件还会得到如碳纳米管、石墨烯、碳纳米角等不同形貌的碳纳米材料。因此,需要从纳米颗粒的生长机理入手,找到不同纳米材料的最佳合成条件,实现其可控制备。如今,电弧法制备纳米材料的研究重点已由单纯的制备方法研究发展到深入分析其机理与探究可控合成的工艺条件,从而实现粒径可控、颗粒分布均匀纳米材料的规模化制备。此外,电弧法相比其他方法具有独特的优点,探索用电弧法制备新型纳米材料也是目前研究的焦点。近年来,使用电弧法制备纳米材料取得了众多成果。在碳纳米材料领域,不但实现了富勒烯、碳纳米管的制备,而且实现了高品质单层石墨烯和碳纳米角的制备。在金属纳米材料领域,制备出了高品质的纳米银粉和镍粉等。此外,难熔金属由于熔点高,使用其他方法难以制备出相关种类的纳米材料。而电弧区温度可以达到10^4K,使用电弧法可制备出Mo、Cr、V、W等多种难熔金属的纳米材料。在陶瓷纳米材料领域,成功制备了SiC、TiC等高性能陶瓷纳米材料。实现电弧法可控制备纳米材料需要对纳米颗粒的形成及生...
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纳米Al2O3颗粒具有优异的力学性能,加入金属中可以大幅提高材料的拉伸强度、屈服强度、硬度等常温力学性能及高温性能。在目前的实验室及工业生产中,制备纳米Al2O3应用最广泛的是液相法,包括沉淀法、溶胶-凝胶法、水解法、微乳液法等。纳米Al2O3增强金属基复合材料可以通过外加法或原位法制备。外加法是在制备复合材料之前单独合成纳米Al2O3颗粒,结合粉末冶金、熔铸等方法引入金属基体,但往往容易出现纳米增强体团聚及增强体与基体界面结合不好。适当的加工工艺,如机械合金化、摩擦搅拌工艺,能在一定程度上弥补这些缺点。原位法是使金属Al发生氧化反应,或基体中其他元素的氧化物与金属Al发生铝热反应生成Al2O3,再通过热压、挤出等致密化手段来制备纳米Al2O3增强金属基复合材料。原位法制备的复合材料往往增强相与基体界面结合更好,且纳米Al2O3在基体中分布更均匀、分散。纳米Al2O3在金属基复合材料中增强机制主要有两方面,一是Orowan机制,弥散在金属晶粒内部的纳米Al2O3颗粒起到阻碍位错通过的作用;二是部分纳米Al2O3分布在金属晶界附近,阻止晶界移动,从而阻止晶粒长大。最后展望了纳米Al2O3增强金属基复合材料的发展前景,指出显微组织结构的构型设计是进一步提高这类材料综合力学性能的有效途径。...
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