多余物引起航天、航空产品发生故障的案例有很多。红外探测器多余物的动态位移，会导致瞬时闪现的圆形影像故障，干扰红外弱小目标检测识别与跟踪；或者碰撞焦平面阵列产生无效像元，影响热成像系统的最小可分辨温差和作用距离。通过分步拆卸查找故障器件内的可排除宏观微粒，运用扫描电镜检测识别多余物，梳理制造过程和使用过程中出现多余物的来源和产生过程，提出必须从生产源头预防和控制多余物的途径和方法。力学和光学分析计算表明，宏观微粒破坏成像光束在焦平面上的光强分布，它位移掠过视场的时间小于 50 ms，线度小于 1 mm衍射现象显著，圆形影像大多发生在夫琅禾费衍射区域，线度 10.m大小的多余物靠近焦平面阵列产生菲涅耳衍射斑。
质量控制 过程方法 多余物 红外探测器 杜瓦瓶 quality control, process method, redundant object,
1 冶金工程与资源综合利用安徽省重点实验室(安徽工业大学), 安徽 马鞍山 243002 冶金工程与资源综合利用安徽省重点实验室(安徽工业大学), 安徽 马鞍山 243002 School of Civil and Environmental Engineering, Queensland University of Technology, Brisbane, QLD 4000, Australia
2 冶金工程与资源综合利用安徽省重点实验室(安徽工业大学), 安徽 马鞍山 243002
3 School of Civil and Environmental Engineering, Queensland University of Technology, Brisbane, QLD 4000, Australia
4 冶金工程与资源综合利用安徽省重点实验室(安徽工业大学), 安徽 马鞍山 243002 冶金工程与资源综合利用安徽省重点实验室(安徽工业大学)
5 安徽工业大学建筑工程学院, 安徽 马鞍山 243032
水泥中的硫酸盐含量过高会带来后期体积膨胀的风险。 采用纳米TiO2和纳米SiO2对含有CaSO3·0.5H2O的半干法烧结烟气脱硫灰改性, 以纳米改性半干法烧结烟气脱硫灰为混合材制备固废型纳米高硫水泥, 解决混合材中CaSO3·0.5H2O含量高带来的耐久性不良问题。 根据固废型纳米高硫水泥的安定性、 标准稠度用水量, 凝结时间以及抗压强度等性能的发展变化规律, 确定了各组分的掺量配比和制备参数。 采用LPSA分析了原材料的粒径分布区间, 采用接触角测量仪分析了硬化浆体的浸润性能, 采用XRD分析了原料及硬化浆体的矿物成分, 采用FTIR分析了原料及硬化浆体的组织结构的变化规律, 采用SEM分析了原料及硬化浆体的微观形貌。 结果表明, 半干法烧结烟气脱硫灰的粒径分布区间为0.31~127.38 μm比水泥颗粒粒径分布区间更宽、 粒度更细, 能够优化水泥的级配范围。 半干法烧结烟气脱硫灰的加入对水泥水化起到一定的缓凝作用, 延长了凝结时间, 掺量较大会带来同龄期硬化浆体抗压强度的降低。 纳米SiO2与纳米TiO2的加入能够降低高硫水泥体系的标准稠度用水量, 提高其抗压强度。 3 Wt%的纳米TiO2与2 Wt%的纳米SiO2协同改性能够有效稳定半干法烧结烟气脱硫灰中的CaSO3·0.5H2O, 进一步激发半干法烧结烟气脱硫灰的潜在活性, 提高水泥硬化浆体的力学性能。 改性后固废型纳米高硫水泥28 d的抗压强度为64.72 MPa比未改性的高硫水泥提高了83%, 比纯水泥提高了16%。 纳米改性后, 润湿边角增大向疏水转变, 有利于耐久性的提高; XRD分析结果显示水化产物中类AFm’含量很低, 降低了膨胀的风险; FTIR分析结果显示水化产物中Ca(OH)2中含有的—OH的伸缩振动峰增强, 进一步提高了硬化浆体的抗化学侵蚀能力; SEM分析结果显示水化产物质地均匀, 组织缺陷少。 纳米TiO2与纳米SiO2协同改性半干法烧结烟气脱硫灰可以稳定其中含有余有的硫酸盐、 亚硫酸盐, 制备出高性能固废型纳米高硫水泥, 有利于降碳减碳, 节能环保。
半干法脱硫灰 胶凝材料 纳米改性 亚硫酸盐 微观结构 Semi-dry flue gas desulfurization Cementing material Nano-modification Sulfite Microstructure 光谱学与光谱分析
2023, 43(6): 1974
1 辽宁工程技术大学材料科学与工程学院，辽宁 阜新 123000
2 辽宁省矿物高值化与储能材料重点实验室，辽宁 阜新 123000
石墨相氮化碳(g-C3N4)是一种典型的sp2 π共轭体系聚合物半导体材料，具有多种独特的物理化学性质。但是，通过传统煅烧方式得到的g-C3N4存在比表面积小、暴露的活性位点少、在水溶液中分散性差等问题，限制了其实际应用。与块状g-C3N4相比，通过不同剥离工艺得到的g-C3N4纳米片具有比表面积高、载流子路径短、活性位点丰富、带隙大等优点，在能源、催化、传感等领域受到了广泛的关注。g-C3N4在剥离制备过程中存在纳米片团聚、能耗高、耗时长以及产量低等缺点。因此，有必要开发绿色且具有成本效益的g-C3N4纳米片制备方法。本文详细综述了自上而下的液相剥离、化学剥离和热剥离法的剥离机理，并对比了3种方法获得g-C3N4纳米片的结构、组成、片层厚度以及比表面积，同时介绍了其在光催化方面的应用进展，并对g-C3N4纳米片的进一步发展作出了展望。
石墨相氮化碳 剥离工艺 纳米片 光催化 graphitic carbon nitrides exfoliation process nanosheets photocatalysis
1 安徽工业大学建筑工程学院, 安徽 马鞍山 243032
2 冶金减排与资源综合利用教育部重点实验室(安徽工业大学), 安徽 马鞍山 243032
建筑能耗占我国总能耗的30%以上, 利用建筑自身的被动调节性能提高其热湿调节性能, 是实现建筑节能的重要举措。 以癸酸、 棕榈酸制备相变温度在人体舒适度范围内的癸酸-棕榈酸复合相变材料, 采用癸酸-棕榈酸复合相变材料, 硅酸四乙酯, 钛酸丁酯作为原材料制备具有热湿调节, 空气净化功能的癸酸-棕榈酸/SiO2@TiO2光催化相变微胶囊(简称D-T微胶囊)有利于建筑节能, 改善室内空气品质。 研究分析了去离子水用量(去离子水与硅酸四乙酯物质的量比), pH值, 癸酸-棕榈酸复合相变材料的用量(癸酸-棕榈酸复合相变材料与硅酸四乙酯的物质的量比), 钛酸丁酯的用量(钛酸丁酯与硅酸四乙酯物质的量比)以及钛酸丁酯的滴加速度五个影响因素对D-T微胶囊的粒径、 物质组成、 形貌以及空气净化、 热湿调节性能的影响。 激光粒度分析结果表明去离子水用量和钛酸丁酯用量对D-T微胶囊的粒径分布有重要影响。 过水体系能够有效分散T-D微胶囊, 防止其团聚； 适量的钛酸丁酯水解产生的TiO2包裹在癸酸-棕榈酸@SiO2表面, 从而影响D-T微胶囊的粒径。 扫描电镜结果显示, 过多的癸酸-棕榈酸复合相变材料用量会造成相变材料的泄露； 过快的钛酸丁酯滴加速度影响其水解反应速度, 造成TiO2的团聚。 X-射线衍射(XRD)分析结果显示, pH值是生成具有光催化性能的锐钛矿相TiO2的关键因素。 因此, 当控制去离子水与硅酸四乙酯的物质的量比为90∶1, pH值为2, 癸酸-棕榈酸复合相变材料用量为0.5, 钛酸丁酯用量为0.8, 控制钛酸丁酯的滴加速度为20 min完成时可以获得形貌、 粒径完整和物相稳定的D-T微胶囊。 D-T微胶囊经过6 h对气态甲醛降解试验, 其对甲醛的降解率能够达到67.87%； 在18~23 ℃之间有明显的相变温度平台, 平台的持续时间约为300 s； 当相对湿度为84.34%时, 平衡含湿量达到0.181 9 g·g-1, 同时相对湿度为32.78%~84.34%之间的湿容量为0.161 3 g·g-1。
相变微胶囊 光催化 热湿调节 空气净化 甲醛 Phase change microcapsule Photocatalytic Heat-humidity adjust Air purification Formaldehyde 光谱学与光谱分析
2023, 43(4): 1306
辽宁工程技术大学材料科学与工程学院，辽宁 阜新 123000
1 辽宁工程技术大学材料科学与工程学院，辽宁 阜新 123000
2 辽宁工程技术大学矿业学院，辽宁 阜新 123000
以天然硅酸盐矿物还原制备硅负极材料，即可以继承天然矿物结构来提高硅材料的电化学性能，又具有低成本的特点。以天然埃洛石铝热还原的产物为原料，沥青为碳源，采用简单的蒸发溶剂的方法制备了硅碳复合材料。结果表明：硅是以直径为30 nm左右的纳米管形式存在，碳层均匀地包覆在硅纳米管上，使得硅碳复合材料的直径增大，碳层厚度约为7 nm，碳以无定形结构存在，碳包覆还导致比表面积下降。电化学测试表明，与硅纳米管相比，当包覆碳含量(质量分数)为15%时电化学性能最好，首次充放电容量分别为1 387.8 mA瘙簚h/g和1 615.7 mA瘙簚h/g，首次Coulombic效率达到85.9%。不但保持住了硅纳米管的首次充放电效率，循环性能得到大幅度提升，与硅纳米管的循环200次容量保持率38%相比，包覆碳含量为15%的循环200次容量保持率提高了45.8%。包覆碳含量为15%的硅/碳复合材料的500次循环后比容量为1 065.6 mA瘙簚h/g。容量保持率为76.8%。
埃洛石 硅/碳复合材料 硅纳米管 锂离子电池 负极材料 halloysite silicon/carbon composite silicon nanotube lithium-ion battery anode material
辽宁工程技术大学材料科学与工程学院，辽宁 阜新 123000
纳米材料的形貌可以影响其电化学性能，设计形貌和尺寸可控、导电性良好的金属氧化物纳米结构是将其应用于电化学超级电容器等储能器件的一个挑战。采用共沉淀法制备了不同聚乙烯吡咯烷酮(PVP)添加量的NiMn2O4电极材料，研究了表面活性剂PVP的添加量(0、0.2、0.4、0.8 g)对NiMn2O4微观形貌及电容性能的影响。结果表明：随着PVP添加量的增加，所制备的NiMn2O4的微观形貌由团聚的颗粒状变为疏松的团絮状和细粉末状。当PVP添加量为0.4 g时，NiMn2O4的电容性能最佳，在电流密度为1 A/g时比电容为1 464 F/g。添加量为0.8 g时由于过量的PVP在清洗过程中容易造成残留，在电化学测试过程中，实际参与氧化还原反应的活性物质NiMn2O4的量相对减小，导致NiMn2O4-0.8的比电容降低，在电流密度为1 A/g时的比电容为1 010 F/g。
表面活性剂 锰酸钴 微观形貌 超级电容性能 surfactant manganese acid cobalt microstructure supercapacitor performance
1 昆明物理研究所，云南 昆明 650223
2 空军装备部驻昆明地区军事代表室，云南 昆明 650223
红外探测器的环境耐受能力取决于设计和制造中完整有效的环境耐受措施，环境试验与评价验证了其在极端环境作用下能正常工作的能力。研制、生产和使用各阶段的试验目的不同，试验施加应力的大小不同，必须进行环境自然条件和诱发条件测量、温度响应特性调查和试验环境分析，选择正确、合理和必要的设计与试验环境条件，以尽可能产生最适合的试验数据，保证顾客所需的质量水平和有价格竞争力的可用性。运用288×4红外焦平面杜瓦组件温度响应试验实测数据和时间常数方法，计算分析它的温度稳定时间，指出空气介质温度循环筛选或温度冲击试验，不能在红外探测器的功能部件上施加大于10 ℃/min的温度急剧变化应力，高温工作状态的温度变化速率大于50 ℃/min对冷头部分的缺陷筛选效果更好。试验结果表明，真空完好性恒定高温试验应力量值大于+90 ℃、2160 h。能够通过高温+71 ℃、低温−54 ℃无故障环境试验考核的产品具有全世界贮存、运输和使用的潜力。
环境适应性 可靠性 环境应力筛选 红外焦平面 杜瓦 environmental worthiness reliability environmental stress screening IRFPA Dewar 红外与激光工程
2022, 51(4): 20210337
1 辽宁工程技术大学计算力学研究所，辽宁 阜新 123000
2 辽宁工程技术大学力学与工程学院，辽宁 阜新 123000
数字图像相关（digital image correlation，DIC）方法是一种物体变形的非接触式测量方法，包括局部DIC方法和全局DIC方法。局部DIC方法未考虑变形协调导致局部化变形测量结果存在一定的误差，而全局DIC方法充分考虑了变形协调，但测量效率不高。为此，对于测量局部化出现后的变形，提出了一种全局与局部匹配相结合的局部化变形测量DIC方法。首先，利用局部DIC方法测量物体表面的变形并确定全局DIC方法的计算区域；然后，利用全局DIC方法测量该区域的变形，并以该测量结果更新局部DIC方法的测量结果。通过虚拟剪切带形成的数值实验和土样的双轴压缩实验，对比了局部DIC方法、亚像素初值的九节点全局DIC方法和提出方法的测量结果。研究发现，当尺寸合适时，提出方法在增加少量测量耗时的情况下可保证局部化变形测量精度，测得的剪切带内最大剪切应变的最大值比局部DIC方法的更大。相较于局部DIC方法，提出方法和亚像素初值的九节点全局DIC方法更适于测量局部化出现后的变形，且提出方法在测量效率方面更具优势。
图像处理 数字图像相关方法 测量 局部化变形 单元 子区 剪切带 激光与光电子学进展
2022, 59(10): 1012001
