1 山东工业陶瓷研究设计院，山东 淄博 255000
2 济南大学材料科学与工程学院，济南 250022
3 中材高新材料股份有限公司，北京 100102
5G微带天线、毫米波雷达等应用领域要求所使用的印制电路板(PCB)具有集成化、微型化的特点，这通常要求介质基板材料具有高的介电常数(Dk)，低的介电损耗(Df)以及趋近于零的介电常数温度系数(α)。将电介质陶瓷填充到有机聚合物中制备的复合基板兼具良好的加工性和优异的介电性能，是目前最有前途的解决方案。然而，陶瓷填料的物化指标、介电性能以及其与有机树脂的相容性常常是影响有机/无机复合材料综合性能的关键因素。选取具有优异介电性能的二氧化钛(TiO2：Dk约为110，Df约为0.001，α约为-700×10-6 ℃-1)作为研究对象，利用水热法合成了纳米级TiO2前驱体，通过特殊的球化技术制得了高球形度、高结晶度的微米级球形二氧化钛填料。对TiO2填料进行表面改性处理，极大地改善了填料与有机树脂的相容性。此外，通过掺杂Al2O3调控了TiO2填料的α，当填料中Al2O3的质量分数为20%时，所制备复合基板综合介电性能优异：在25 ℃，10 GHz下的Dk=10.2，Df=0.001 9，α= -405×10-6 ℃-1。上述研究结果表明所制备的陶瓷填料能够满足在5G高频高介电PCB板领域的实际应用。
介电性能 二氧化钛填料 复合材料 表面改性 dielectric properties titanium dioxide fillers composites surface modification
1 武汉理工大学资源与环境工程学院, 武汉 430070
2 矿物资源加工与环境湖北省重点实验室, 武汉 430070
3 湖北大江环保科技股份有限公司, 黄石 435005
为研究铜渣尾矿作为填料对沥青混合料性能的影响, 分析了铜渣尾矿的物理化学性质, 通过马歇尔稳定度试验确定沥青混合料的最佳配合比, 开展车辙试验、劈裂试验、冻融劈裂试验、浸水马歇尔试验来评价沥青混合料的路用性能, 对铜渣尾矿沥青路面进行检测, 并通过微观形貌分析铜渣尾矿与沥青的黏附特征。结果表明: AC-25C、AC-20C、AC-16C、AC-13C沥青混合料中铜渣尾矿掺量分别为4%、3%、3%、2%(质量分数), 其对应沥青用量为38%、4.2%、4.5%、4.6%(质量分数)时, 沥青混合料性能最佳。与石灰石沥青混合料相比, 铜渣尾矿沥青混合料的高温稳定性、抗裂性、水稳定性得到明显的提升。铜渣尾矿沥青路面性能良好, 其渗水系数为62 mL/min, 摩擦系数为90, 压实度为964%, 均符合规范标准, 铜渣尾矿与沥青形成的沥青胶浆具有良好的黏结性能。
铜渣尾矿 沥青混合料 填料 配合比设计 路用性能 copper slag tailing asphalt mixture filler proportion design road performance
1 贵州大学化学与化工学院, 贵阳 550025
2 贵州省绿色化工与清洁能源技术重点实验室, 贵阳 550025
磷石膏(PG)是磷酸湿法工艺中产生的固体废渣, 大量堆存造成环境污染。PG经球磨和煅烧处理得到的无水磷石膏(APG)再经表面疏水改性后可用作高分子材料的填料, 在材料中起到增韧、增强作用, 提高材料的综合力学性能, 成为PG资源化利用的一种有效途径。以APG为主要原料, 以活化指数为响应值, 通过单因素试验和响应面法对APG疏水改性工艺条件进行优化。结果表明, 响应曲面建立的数学模型拟合度较高, NaOH浓度、KH570添加量和反应时间3个因素对活化指数均有显著影响, 其中KH570添加量是影响改性效果的主要因素。APG最优疏水改性条件为: NaOH浓度2.6 mol/L, KH570添加量3.10 g, 反应时间149 min。最优条件下改性APG的活化指数为0.968 9, 接触角为84.51°。
响应面法 无水磷石膏 填料 改性 活化指数 疏水 工艺优化 response surface methodology anhydrous phosphogypsum filler modification activation index hydrophobic process optimization
海南大学, 南海海洋资源利用国家重点实验室, 海口 570228
由于氮化铝纳米线具有优异的导热性, 国内外学者对其进行了广泛研究。本文以三聚氰胺和氟化钇为添加剂, 采用直接氮化法制备了氮化铝纳米线。利用X射线衍射(XRD)、扫描电镜(SEM)、高分辨率透射电子显微镜(HRTEM)、能谱仪(EDS)等表征了氮化铝纳米线的晶体结构和微观形貌, 分析了三聚氰胺和氟化钇对氮化反应的促进作用, 研究了不同含量的三聚氰胺和不同反应温度对制备氮化铝纳米线的影响。结果表明: 添加三聚氰胺可以提高氮化反应速率, 促进纳米线的生成; 当反应温度为1 200 ℃, 铝粉和三聚氰胺质量比为1∶4, 氟化钇掺量为5%(质量分数)时, 成功制得了高长径比的氮化铝纳米线。
AlN纳米线 三聚氰胺 热管理材料 导热填料 直接氮化法 生长机理 AlN nanowire melamine thermal management material thermally conductive filler direct nitriding method growth mechanism
1 1.上海工程技术大学 材料工程学院, 上海 201620
2 2.东华大学 材料科学与工程学院, 纤维材料改性国家重点实验室, 上海 201620
3 3.东华大学 教育部先进玻璃制造技术工程中心, 上海 201620
摩擦纳米发电机(Triboelectric Nanogenerator, TENG)是一种将微小机械能转化为电能并加以收集利用的绿色能源器件, 具有活性材料种类广泛、器件结构简单以及易于集成等特点。较低的输出功率密度是目前阻碍其实际应用的主要因素之一。如何通过材料组分设计与制备提高其输出功率密度及能量转化效率, 是目前该领域研究者关注的热点问题。在摩擦纳米发电机常用的活性材料-高分子聚合物中引入功能性填料是一种简便且高效的改性方法, 不仅能够对薄膜摩擦电性能进行优化、提高输出性能, 还能够赋予其新功能, 可谓一举多得。因此, 此类复合薄膜已广泛应用于TENG领域, 例如TiO2、SiO2、BaTiO3、ZnSnO3、MoS2、石墨烯、二维黑磷等无机填料对复合材料的性能均有不同程度的优化, TENG的输出功率密度最高提升了数十倍。本文结合国内外研究现状, 按照填料对基体材料表面性能以及电学性能优化作用两个方面进行阐述, 综述了复合材料薄膜在摩擦纳米发电机中的研究进展, 并展望了未来复合材料用于提高TENG输出性能研究的发展方向。
无机填料 复合薄膜 表面性能 电学性能 输出功率密度 摩擦纳米发电机 综述 inorganic filler composite film surface property electrical property output power density triboelectric nanogenerator review
回热器是斯特林制冷机的核心部件，其性能优劣对斯特林制冷机的性能有决定性影响。对斯特林制冷机回热器的各项热损失(主要包括有限传热损失、 流动压降损失、 空容积损失等)进行了理论分析，并通过实验研究了增加丝网数量和采取不同丝网填充方式对回热器性能的影响。结果表明，增加丝网数量可以有效提高制冷机的性能，采取冷端布置400目丝网和热端布置少量100目丝网的混合丝网布置方式达到的效果最好，为斯特林制冷机的回热器性能优化提供了依据。
斯特林制冷机 回热器 热损失 丝网填料混合布置 Stirling cryocooler regenerator heat loss mesh mixed arrangement
1 株洲时代新材料科技股份有限公司, 株洲 412007
2 中南大学 粉末冶金研究院, 长沙 410083
聚酰亚胺复合材料以其优异的性能以及在航空航天、轨道交通、微电子等领域广泛的应用前景引起越来越多的关注。在750 ℃条件下对SiC晶须进行表面氧化处理, 形成SiC@SiO2包覆结构晶须, 与BN颗粒构成复合填料, 分别采用硅烷偶联剂和钛酸酯偶联剂进行表面改性, 用原位聚合法制备了SiC@SiO2/BN/PI(PI:聚酰亚胺)复合材料。采用傅里叶变换红外光谱仪(FT-IR)、扫描电子显微镜(SEM)、透射电子显微镜(TEM)和X射线衍射仪(XRD)等进行结构和性能表征。结果表明: 晶须与颗粒质量比为4 : 1时, 复合填料在PI基体内形成了有效的导热网络, 且当填料含量为45wt%时, SiC@SiO2/BN/PI复合材料导热系数达到0.95 W/(m·K)。SiC@SiO2/BN/PI复合材料的力学性能随着复合填料的种类和数量的变化呈现规律性变化。SiO2氧化层阻断复合填料间自由电子的移动, SiC@SiO2/BN/PI复合材料的电气绝缘性能下降幅度减小。
聚酰亚胺 复合填料 导热性能 电气绝缘性能 polyimide mixed filler thermal conductivity electric insulation property
1 1.河海大学 力学与材料学院, 南京 211100
2 2.东华大学 材料科学与工程学院, 上海 201620
在覆铜板绝缘层基体中添加导热陶瓷填料是提高其导热性能的一种有效方法。AlN是一种导热率高、绝缘性好的陶瓷填料, 但其易水解的性质限制了实际应用。此外, 相比于陶瓷填料-树脂基体复合材料体系, 有关填料填充型覆铜板产品性能的系统研究较少。本研究通过对AlN进行磷酸酸洗, 获得了抗水解性能优异的pAlN, 进一步研究了不同pAlN粒径和填充量对覆铜板导热性、剥离强度、介电性能和其他性能的影响。为了获得更有效的填料分布网络, 采取了不同粒径pAlN级配填充策略, 探究了多种级配方案对覆铜板性能的影响, 获得了最优级配和综合性能优异的覆铜板。在最优级配为pAlN-50 μm60%-5 μm5%时, 覆铜板绝缘层的热导率增大至0.757 W/(m·K), 相比纯树脂覆铜板提高160%, 具有优异的力学性能(剥离强度为1.012 N/mm, 弯曲强度为335 MPa)和介电性能(介电常数为4.499, 介电损耗为6.668×10-3), 同时吸水率低至0.53%。同时探讨了AlN填料在覆铜板应用中存在的问题和解决方法, 系统研究了不同填充方案对覆铜板绝缘层性能的影响, 对其实际应用具有指导意义。
氮化铝 导热填料 抗水解 级配填充 覆铜板 AlN thermal conductive filler hydrolysis resistance gradation filling copper clad laminate
1 福州大学土木工程学院, 福建 福州 350116
2 重庆市环境材料与修复技术重点实验室(重庆文理学院), 重庆 402160
为探明不同淹没区填料对生物滞留系统的净水效果的影响, 采用三维荧光光谱研究间隙水溶解性有机物的组成成分和时间分布特征。 三维荧光光谱显示, 海绵铁环境间隙水中主要有机组分为微生物代谢产物(Ⅳ), 火山岩与碎砖块中为类腐殖质(Ⅲ+Ⅴ)； 碎石块类腐殖质(Ⅴ)、 简单芳香类蛋白(Ⅰ+Ⅱ)和微生物代谢产物(Ⅳ)； 48 h后海绵铁和碎砖块相关联的水生环境中DOM的荧光峰削弱, 而火山岩和碎石块相关联水生环境中DOM的荧光峰增强。 出水的类腐殖质组分(Ⅲ+Ⅴ)荧光积分体积均有降低(平均58.04%), 芳香类蛋白组分(Ⅰ+Ⅱ)均有上升(平均65.36%)。 海绵铁去除溶解性有机物效果最好(84.52%), 火山岩(77.25%)和碎砖块(77.90%)较好, 碎石块(29.20%)最差。 间隙水中有机物主要来源于微生物的代谢活动(HIX＜4)。 与类腐殖质相反, 芳香类蛋白易被微生物利用, 对微生物代谢活动和硝态氮反硝化有促进作用。 生物滞留系统在设计时宜采用碎砖块和海绵铁填料, 外加碳源宜选用易被微生物利用的有机物。
三维荧光分析 生物滞留系统 填料 溶解性有机物 脱氮 Three-dimensional excitation emission matrix fluor Bioretention Dissolved organic matter Filling Denitrification 光谱学与光谱分析
2018, 38(4): 1139
