检索结果-内蒙古大学图书馆

基于峰值力纳米力学模量成像技术的碳纤维/树脂复合材料界面尺寸与性能的原位表征

复合材料学报 2017年第3期34卷 501-507页

作者：牛一凡杨赢孟积兴中国民航大学中欧航空工程师学院天津300300 东南大学土木工程学院工程力学系江苏省工程力学分析重点实验室南京210096 泰山体育产业集团国家体育用品工程技术研究中心德州253600

为准确测定复合材料界面结构的尺寸与性能,提出一种原位峰值力纳米力学模量成像(PF-QNM)技术,对其测试原理、校准方法和适用性进行分析,并采用PF-QNM技术对碳纤维/聚醚醚酮(T300/PEEK)、碳纤维/聚醚砜(T300/PES)和碳纤维/环氧树脂(T700/... 详细信息

为准确测定复合材料界面结构的尺寸与性能,提出一种原位峰值力纳米力学模量成像(PF-QNM)技术,对其测试原理、校准方法和适用性进行分析,并采用PF-QNM技术对碳纤维/聚醚醚酮(T300/PEEK)、碳纤维/聚醚砜(T300/PES)和碳纤维/环氧树脂(T700/TR1219B)三种复合材料的界面尺寸和各组分原位模量进行测试。结果标明:该方法的横向分辨率可以达到纳米尺度,测得树脂、界面、纤维区域的弹性模量数值呈梯度上升趋势,区分度明显,T300/PEEK、T300/PES和T700/TR1219B复合材料界面厚度分别为(69.3±7.9)nm、(101.3±10.2)nm和(48.4±5.4)nm。实验范围内,热固性复合材料界面厚度小于热塑性复合材料。对模量成像图统计分析可得,T300/PEEK、T300/PES和T700/TR1219B复合材料的树脂区平均弹性模量分别为4.36 GPa、4.96 GPa和3.59GPa,与其宏观弹性模量数值较为接近。

关键词：树脂基复合材料碳纤维界面原子力显微镜模量成像

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基于动态模量成像的硬化水泥浆体微观物相的识别

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材料研究学报 2016年第5期30卷 321-328页

作者：高翔魏亚黄卫清华大学土木工程系土木工程安全与耐久教育部重点实验室北京100084 东南大学教育部智能运输系统研究中心南京210096

使用动态力学分析的模量成像技术对硬化水泥净浆进行微观层次上的物相识别,根据不同物相弹性性质的差异得到了目标区域的储能模量图,辅以形貌观测、成分分析和原位静态压痕手段,准确识别了未水化颗粒及其周边的高密度(High density,HD)... 详细信息

使用动态力学分析的模量成像技术对硬化水泥净浆进行微观层次上的物相识别,根据不同物相弹性性质的差异得到了目标区域的储能模量图,辅以形貌观测、成分分析和原位静态压痕手段,准确识别了未水化颗粒及其周边的高密度(High density,HD)和低密度(Low density,LD)CSH凝胶。结果表明,HD CSH凝胶和LD CSH凝胶的化学成分一致,其各自的典型动态模量分别为36GPa和24GPa,具有较好的区分度,且该值与同样表征物相弹性性质的压痕模量数值近似,动态模量成像图可给出清晰的物相边界。用该方法分析硬化水泥浆体微观性能,可避免由于不能准确定位各物相而引起盲目性和重复工作,有助于有的放矢地研究目标物相。

关键词：无机非金属材料硬化水泥浆体动态力学分析模量成像物相识别 CSH凝胶储能模量

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用动态模量成像与纳米压痕技术对硬化水泥浆体中水化产物的识别和表征

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硅酸盐学报 2018年第8期46卷 1043-1052页

作者：魏亚高翔梁思明清华大学土木工程系土木工程安全与耐久教育部重点实验室

采用基于扫描探针显微镜的动态模量成像技术和原位纳米压痕技术,对普通硅酸盐水泥净浆和掺矿渣水泥净浆进行测试,识别硬化水泥浆体中的不同水化产物,并在无损情况下表征其微观结构特征与力学性能。借助于模量成像高精度的优势,定量表征... 详细信息

采用基于扫描探针显微镜的动态模量成像技术和原位纳米压痕技术,对普通硅酸盐水泥净浆和掺矿渣水泥净浆进行测试,识别硬化水泥浆体中的不同水化产物,并在无损情况下表征其微观结构特征与力学性能。借助于模量成像高精度的优势,定量表征了内部水化产物层的厚度。结果表明：同类型水化产物的模量不受掺入矿渣与否的影响;对于单一物相而言,同样反应弹性力学性质的储能模量和压痕模量基本相等。

关键词：模量成像原位纳米压痕储能模量压痕模量水化产物层厚度硬化水泥浆体

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基于纳米力学的T300/PEEK复合材料各组分原位力学性能测试

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塑料工业 2017年第8期45卷 66-70,75页

作者：严炎牛一凡姚佳伟中国民航大学中欧航空工程师学院天津300300

采用纳米压痕和峰值力纳米力学模量成像技术(PF-QNM)对碳纤维/聚醚醚酮(T300/PEEK)复合材料各组分原位力学性能进行测试,并对复合材料界面结构及性能定量表征。结果表明,树脂基体、界面、碳纤维区域的弹性模量和硬度均呈梯度上升趋势,... 详细信息

采用纳米压痕和峰值力纳米力学模量成像技术(PF-QNM)对碳纤维/聚醚醚酮(T300/PEEK)复合材料各组分原位力学性能进行测试,并对复合材料界面结构及性能定量表征。结果表明,树脂基体、界面、碳纤维区域的弹性模量和硬度均呈梯度上升趋势,且纤维和树脂复合后的原位弹性模量与其非在位性能相比,分别下降和上升,说明高模量的纤维对周围树脂起到一定的强化作用。两种方法测得树脂基体平均弹性模量分别为5.4、4.1 GPa,测试结果分散度较小,与其宏观模量数值较为接近;研究显示,PF-QNM技术具有纳米级横向分辨率,测得T300/PEEK的界面厚度为(73.5±3.8)nm。

关键词：复合材料界面原位力学性能纳米压痕模量成像

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酚醛树脂浸渍改性马尾松木材细胞壁结构及性能研究

酚醛树脂浸渍改性马尾松木材细胞壁结构及性能研究

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作者：陈宣宗南京林业大学

学位级别：硕士

本文以马尾松人工林木材为研究对象,采用低分子量酚醛树脂(PF)对其进行浸渍改性处理,研究不同固含量(15%、20%、25%和30%)树脂浸渍对马尾松木材宏观物理力学性能的影响;应用共聚焦荧光显微镜表征树脂在木材内的分布填充状况;运用拉曼光... 详细信息

本文以马尾松人工林木材为研究对象,采用低分子量酚醛树脂(PF)对其进行浸渍改性处理,研究不同固含量(15%、20%、25%和30%)树脂浸渍对马尾松木材宏观物理力学性能的影响;应用共聚焦荧光显微镜表征树脂在木材内的分布填充状况;运用拉曼光谱、纳米压痕及动态模量成像等分析技术,探讨树脂固含量及浸渍量对改性木材细胞壁化学成分、结构及微观动静态力学性能的变化规律和影响机理。旨在细胞壁水平研究木材浸渍改性机理,为木质材料的有效利用提供基础理论依据。结果表明:(1)马尾松木材经不同固含量PF树脂浸渍后,湿增重率基本稳定在80%左右,绝干增重率及基本密度随树脂固含量的增加而增大,最大绝干增重率为39.5%,基本密度为0.68g/cm;浸渍改性木材端面硬度和顺纹抗压强度随树脂固含量的提高逐渐增大,30%固含量浸渍下分别提高39.2%和21.6%;同时,浸渍处理对木材干缩湿胀率影响显著,随树脂固含量的增加,木材弦径向干缩湿胀率均呈现下降趋势,径向干缩湿胀率小于弦向的1/2。木材绝干体积干缩率最高降低67.7%,饱和体积湿胀率最高降低58.9%。(2)由扫描电子显微镜观察可知PF树脂首先通过木材内较大的孔隙结构在木材微米级尺度浸入,在木材轴向管胞、木射线、细胞间隙内都有填充,并与木材细胞腔内壁结合较为紧密,且没有明显缝隙;通过共聚焦荧光显微镜表征可以看到随着PF树脂固含量的增加,表层树脂渗透面积与渗透细胞个数逐渐增加,芯层渗透面积与个数先增加后下降。表层渗透面积与渗透个数分别为芯层的2倍和1.5倍。20%固含量树脂在木材表芯层的渗透均匀性较好。(3)拉曼光谱分析发现低分子量PF树脂不仅能在木材细胞腔、纹孔等微米尺度分布,还能通过细胞壁中微纤丝间隙进入细胞壁内,在纳米级尺度进行渗透;在改性木材拉曼光谱图中不仅出现了PF树脂特征峰,还在100050cm范围内形成了新的特征峰,推测PF树脂与木材细胞壁成分发生化学交联反应。红外光谱分析发现改性材吸收峰的波数位置与原态木材基本一致,但峰的强度存在较大的差异,在1110cm处新出现微弱的吸收峰。通过X射线衍射技术表明经树脂浸渍后,木材细胞壁结晶峰位置基本没有偏移,说明浸渍处理没有破坏木材的结晶结构;细胞壁相对结晶度随树脂固含量的升高呈下降趋势。(4)静态纳米压痕测试进一步表明低分子量PF树脂可以浸入并填充马尾松木材细胞壁层,并能显著影响木材细胞壁力学性能。经不同固含量树脂浸渍后,改性材表芯层细胞壁硬度和弹性模量均有不同程度的提高,且表层细胞壁增幅明显大于芯层;随着树脂固含量的增加,木材细胞壁硬度和弹性模量先增大后下降,在20%固含量下增幅最大,分别增加了58.8%和27.1%;PF树脂是否填充细胞腔对改性木材细胞壁硬度和弹性模量的增加没有显著影响。(5)动态模量成像技术可以获取完整的界面储存模量和损耗模量等动态力学参数,因此可以根据扫描图来区分浸渍改性木材内部具有不同力学信息的部位(如树脂填充区、细胞壁区、胞间层区等)。PF树脂具有较低的储能模量和损耗模量,表现出脆性;木材细胞壁的储能模量和损耗模量较高,表现出黏弹性;复合胞间层模量略低于细胞壁层,近似呈“w”形模量分布。经不同固含量树脂浸渍后,改性材表芯层细胞壁储能模量有不同程度的提高,且表层细胞壁增幅略大于芯层。随着树脂固含量的增加,木材细胞壁储能模量先增大后下降,但损耗模量变化不明显,并且有下降的趋势。木材经树脂浸渍处理后细胞壁弹性模量与储能模量变化趋势相近,但储能模量约为弹性模量的1.08.13倍。

关键词：马尾松木材 PF树脂浸渍改性纳米压痕模量成像

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几种夜蛾科昆虫翅膀结构和力学性能研究

几种夜蛾科昆虫翅膀结构和力学性能研究

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作者：邢振龙中国农业科学院

学位级别：硕士

由于昆虫具翅,其可以在陆地之间长距离迁移飞行,远距离迁飞习性是鳞翅目害虫异地成灾的主要原因。翅膀是昆虫飞行的基本结构,其结构、力学与飞行效率和飞行距离密切相关。但受翅膀尺寸、表面结构以及测试技术匮乏等限制,关于翅膀的此类... 详细信息

由于昆虫具翅,其可以在陆地之间长距离迁移飞行,远距离迁飞习性是鳞翅目害虫异地成灾的主要原因。翅膀是昆虫飞行的基本结构,其结构、力学与飞行效率和飞行距离密切相关。但受翅膀尺寸、表面结构以及测试技术匮乏等限制,关于翅膀的此类研究较少。本文以专性(小地老虎、黄地老虎、斜纹夜蛾)和兼性(棉铃虫)迁飞害虫为研究对象,通过观察、测量、实验等方法,探讨了专性和兼性迁飞昆虫飞行能力差异的翅膀形态、结构及力学基础。具体工作内容如下：用体视显微镜系统和电子天平测量了几种夜蛾的翅-体辐和参数：(1)专性迁飞昆虫的翅膀载荷和飞行肌比率显著优于兼性迁飞昆虫(专性迁飞昆虫单位面积翅膀载荷少,飞行肌比率大),是前者飞行能力大于后者的结构基础。(2)专性迁飞昆虫的体形长宽比、翅膀圆度和展弦比显著优于兼性迁飞昆虫(专性迁飞昆虫体形窄而长,翅膀细而尖),是前者飞行能力大于后者的形态基础。(3)翅-体辐和形态参数不随日龄的增加而显著改变,雌雄个体的翅-体辐和参数亦不存在差异。因此,专性和兼性迁飞昆虫飞行能力差异的形态基础,是由两类昆虫自身的遗传背景决定的。通过体视荧光显微镜、扫描电子显微镜(SEM)和扫描探针显微镜(SPM)观察了鳞翅目昆虫翅膀表面和截面的微观结构：(1)翅膀表面的鳞片由翅根到翅尖呈覆瓦状有序排列,且呈现边缘密集现象。这种结构可有效降低飞行过程中翅膀受损概率、减小空气阻力、有效阻挡水蒸汽防止因空气湿度过大而引起的迫降行为。(2)翅膀呈现内外两层几丁质中间夹带一层蛋白的“三明治”结构。几丁质层可增大翅膀的刚度,确保翅膀在加速运动时既能有效抵抗空气反推力又能保护翅膀的完整性；蛋白质层增强了翅膀的可弯曲性和可拉伸性,有利于飞行过程中翅膀的三维形变或折叠,增大空气动力、提升飞行效率。(3)翅膜的一层外凸形成中空管状的翅脉结构,一方面增加了空气浮力,另一方面增强了翅膀的弯曲和拉伸载荷。(4)翅膜表面并非光滑平展,而是充满了很多皱褶且表面粗糙度很高(最高点到最低点的垂直距离在400nm左右),有助于增大翅膀与空气的接触面积并增强翅膀的结构稳定性。用原位纳米力学测试系统测量了几种夜蛾翅膀的静态力学性能：(1)鳞翅材料具微弱粘弹性,如棉铃虫翅膀的平均蠕变和松弛率分别为7.9±2.5%、14.9±6.7%。(2)翅膜的弹性可塑性和三维形变能力显著高于翅脉(翅脉和翅膜的压入模量分别在1GPa和3GPa左右),有利于减小空气阻力、提升空气动力产生效率。(3)翅脉的刚度显著高于翅膜(翅脉和翅膜的硬度分别在150MPa和120MPa左右),是整个翅膀的“骨架”,有效保护飞行时翅膀的完整性。(3)鳞翅目昆虫翅膀的生物材料本身具有显著的各向异性(表面力学参数显著高于截面),可有效抵抗飞行过程中各种外力对翅膀的影响。(4)3日龄棉铃虫翅膀的力学性能最佳。鳞翅目昆虫翅膀的各项力学性能无显著的种内性别间差异,表明雌雄成虫飞行能力的差异,取决于二者的取食经历、激素调节、能源物质贮备及基础代谢率等生理因素。用原位纳米测试系统的nanoDMA模块对棉铃虫、小地老虎和黄地老虎的翅膀进行了动态力学测试,并对翅膀的微小区域进行了模量成像(Modulus mapping):(1)扫频测试(Ramping dynamic frequency tests)发现在0-200Hz的探针扫描频率下棉铃虫翅膜的力学性能基本稳定,说明探针扫描频率不影响测试结果。(2)变动载测试(Ramping dynamic loads)发现翅脉和翅膜的刚度随深度增加而增加；翅脉的模量随深度增加而增加,而翅膜的模量随压入深度逐渐变低。翅脉的tanδ在压至100nm出有一个高峰,200nm后趋于平缓,而翅膜的tanδ无起伏。(3)虽然专性和兼性迁飞昆虫翅脉的弹性可塑性和三维形变能力无显著的种间差异,但前者翅膜的弹性可塑性和三维形变能力显著低于后者,可能是专性迁飞昆虫飞行能力显著高于后者的力学基础。(4)对棉铃虫翅膜局部区域进行了模量成像发现其复合模量在3-7GPa间呈正弦曲线式浮动,这正是纳米压入数据离散性大的主要原因。综上,本研究通过多种方法系统调查了棉铃虫、斜纹夜蛾、小地老虎和黄地老虎翅膀的结构和力学性能。测量了几种夜蛾的翅-体辐和参数,结果表明专性迁飞昆虫具有优于兼性迁飞昆虫的形态结构；观察了鳞翅目昆虫翅膀表面和截面的微观结构,发现翅膀微观结构显著提升昆虫飞行效率,且能保护翅膀在飞行中不受损伤；摸索了鳞翅目昆虫翅膀纳米力学性能的测试方法,发现专性迁飞昆虫翅膀的弹性低于兼性迁飞昆虫。这些结果为揭示昆虫飞行的空气动力学机制及昆虫迁飞的演化机制提供了技术支撑。

关键词：专性迁飞兼性迁飞翅-体结构微结构纳米压入 nanoDMA 模量成像

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基于纳米力学的纤维增强复合材料界面性能研究

基于纳米力学的纤维增强复合材料界面性能研究

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2018年全国固体力学学术会议

作者：牛一凡严炎姚佳伟中国民航大学中欧航空工程师学院

采用基于原子力显微镜(AFM)的峰值力纳米力学模量成像技术(PF-QNM),定量表征纤维增强树脂基复合材料界面结构的尺寸与性能。结果表明,该方法横向分辨率可达纳米尺度,测得树脂、界面、纤维区域弹性模量数值呈梯度上升趋势,区分度明显。... 详细信息

采用基于原子力显微镜(AFM)的峰值力纳米力学模量成像技术(PF-QNM),定量表征纤维增强树脂基复合材料界面结构的尺寸与性能。结果表明,该方法横向分辨率可达纳米尺度,测得树脂、界面、纤维区域弹性模量数值呈梯度上升趋势,区分度明显。实验范围内,热固性复合材料界面尺寸小于热塑性复合材料,纤维和树脂的原位弹性模量与其非在位性能相比,分别出现了下降和上升。紫外和湿热老化作用使树脂发生脆化和增塑现象,分别造成界面尺寸的收缩和增长,从而影响复合材料宏观力学性能。

关键词：树脂基复合材料纤维界面纳米力学模量成像

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基于纳米力学的纤维增强复合材料界面性能研究

基于纳米力学的纤维增强复合材料界面性能研究

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第三届中国国际复合材料科技大会

作者：牛一凡严炎姚佳伟中国民航大学中欧航空工程师学院

关键词：树脂基复合材料纤维界面原子力显微镜模量成像

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