用直流电弧等离子体法在氢气和氦气混合气氛下制备了硅纳米带(Si NRs),使用透射电子显微镜(TEM)、原子力显微镜(AFM)、X射线衍射光谱(XRD)、Raman光谱、X光电子能谱(XPS)等手段对Si NRs的形貌、结构及成分进行了表征。结果表明,这种硅纳米带(Si NRs)是由细小片状结构Si晶体沿一定的晶体学方向堆积而成的带状纳米结构,以聚结生长机制为主导。Si NRs的宽度约为28 nm、长度大于200 nm、厚度为6.2 nm,比表面积约为164 m²g^-1。文中深入探讨了Si NRs的形成机制。这种制备Si NRs的方法成本低,可商业化宏量生产,其产率约为18.6 gh^-1。将此Si NRs作为负极活性物质制备了锂离子电池,并测试其嵌/脱锂电化学性能。这种锂离子电池的首次放电比电容为2460 mAhg^-1,循环40次后其电容量维持在316 mAhg^-1,表现出较好的储锂电化学活性。

以ZrCl₄-BCl₃-H₂-Ar作为化学气相沉积反应体系,在不同温度下化学气相沉积ZrB₂涂层,用 X 射线衍射和扫描电子显微镜(SEM)表征了涂层的微观形貌和晶粒择优生长。结果表明：在石墨基体表面ZrB₂涂层的形核模式为岛状生长,小岛不断生成和合并以及晶粒的生长使靠近石墨基体表面的涂层含有大量孔洞,并形成细晶区。在1300~1600℃沉积的初期,ZrB₂涂层中一次晶粒融合为二次晶粒,表现为<111>方向的择优生长。随着沉积的进行ZrB₂涂层的形貌从二次晶粒生长为板块状晶粒,板块状晶粒进一步生长向金字塔形貌转变,涂层内部生长为致密柱状晶,晶粒的择优取向从<111>向<100>转变;当金字塔形貌的晶粒棱边发生钝化时涂层内部的晶粒向等轴晶转变,晶粒的择优取向由<100>方向转变为<101>方向。

对高铝304奥氏体不锈钢进行了温轧固溶处理,利用光学显微镜(OM)、X射线衍射(XRD)、电子探针(EPMA)分别分析合金的表面形貌、相组成及表面成分,并对其力学性能进行测试分析。结果表明,高铝合金组织中,黑色铁素体相呈现条状、短杆状及部分颗粒状分布在白色奥氏体基体上,组织分布有方向性;大部分Al元素固溶在基体中,伴有AlN等黑色相析出;随轧制温度增加,硬度和耐腐蚀性逐渐升高,伸长率达47%左右;高铝合金变形能力大幅度提高,1%Al (质量分数,下同)合金的抗拉强度可达766 MPa;合金的断口均是由大韧窝(5~15 μm)和细小韧窝(≤5 μm)构成,不同轧制温度下合金的断裂形式相似,都属韧性断裂;相同轧制温度下1.5%Al不锈钢的耐腐蚀性较好。

以预浸炭布和铜网为原料用模压压制法制备炭纤维体积分数分别为35%、40%和45%左右的三种C/C-Cu复合材料,用Instron3369力学试验机测试了压缩性能。结果表明：炭纤维的体积分数是影响材料压缩性能的重要因素。在垂直方向上,材料的压缩性能随着炭纤维体积分数的增加而提高。炭纤维体积分数为40%的试样其压缩性能比35%的试样提高了20%,炭纤维体积分数为45%的试样比40%的试样提高了13%,提高的幅度呈先大后小的趋势。而在平行方向上,炭纤维的体积分数对压缩性能的影响没有垂直方向的显著,与试样的致密度有一定的关系。在三种试样中,炭纤维体积分数为45%的试样无论在垂直方向还是平行方向上的压缩强度都最大,分别为190.13 MPa和83.39 MPa。在平行方向和垂直方向上压缩强度的差异表明,C/C-Cu复合材料的压缩性能具有明显的各向异性。关于材料压缩的破坏方式,在垂直压缩受力方向近似沿45°对角线方向时,破坏方式为纤维层、铜网与基体炭的分离以及基体炭的压溃破坏。在平行方向压缩时炭纤维发生褶皱,并在褶皱区域产生拉压应力,使纤维发生折曲或者断裂,最终使炭纤维和基体炭以及基体炭和铜网的界面分层劈裂。

采用线性离子束技术在PET基材表面制备类金刚石薄膜,分析薄膜结构、性能随离子束电流的演变规律并研究了薄膜润湿特性与表面形貌、结构、表面能的作用关系。结果表明：沉积在PET表面的类金刚石薄膜具有典型的非晶碳膜结构特征,随着离子束电流的增大sp²/sp³比值由0.774增加到1.622,薄膜表面的石墨化程度提高;改性后的PET材料接触角从63.51°增大到103.7°。进一步分析发现,疏水性能的提高归因于材料表面能的降低,表面石墨化程度的提高和微-纳结构的形成是表面能降低的根本原因。此外,疏水的PET材料在500~760 nm可见光范围内具有一定的増透效果,透过率达到88.5%以上。用线性离子束沉积碳膜及刻蚀技术能得到合适的微观形貌和表面化学结构,可在保持基体材料透明性的同时提高PET柔性聚合物材料的疏水性能。

通过真空熔覆技术在ZG45表面制备了Ni-Co/WC+G复合熔覆层,观察并分析了复合熔覆层的显微组织形貌和物相组成,通过摩擦磨损试验研究了石墨含量对复合熔覆层摩擦磨损性能的影响。结果表明,呈三维网状织构形貌的复合熔覆层材料内部由于石墨的加入形成许多细小的“石墨孔洞”,这些 “石墨孔洞”在摩擦过程中可以作为贮存的润滑介质,增强复合材料的摩擦学性能。随着石墨含量的增加复合熔覆层的摩擦系数、磨损率和GCr15钢对磨盘的磨损量逐渐降低,石墨含量为6%时最小; 石墨含量为8%时,对磨盘的磨损量又突然上升,增幅达70%。

采用电子束熔丝成形工艺制备TC18钛合金试件,研究了其柱状晶组织的生长和晶体取向的分布规律。结果表明,用电子束熔丝成形工艺制备的TC18钛合金,其宏观金相组织为沿竖直方向生长的粗大柱状晶,以外延生长的方式从熔池底部长大。受成形过程中特殊传热条件的影响,电子束熔丝成形钛合金组织中的TC18钛合金晶体形成特定方向的择优取向,α、β两相晶体取向分布都有明显的规律。在成形组织外延生长的情况下,β相向α相晶体结构的转变具有继承性。其中大多数β晶粒有<001>方向的强丝织构,柱状晶间β相的宏观取向也有明显的特征,分布方向集中为TD、LD及法面ND。β→α转变严格遵循Burgers取向关系,由同一个母相β晶粒内析出的片层α/α满足Burgers取向关系所要求的取向差分布,柱状晶内的α主要有6种取向,β→α转变过程有较强的变体选择。

在AZ31镁合金表面制备有机/无机杂化涂层,用扫描电子显微镜、扫描探针显微镜、电化学工作站、光学显微镜、涂层测厚仪等手段对杂化涂层的表面形貌、耐蚀性、附着力及厚度进行表征,研究了有机/无机杂化溶胶-凝胶体系的pH值对涂层性能的影响。结果表明：pH值对镁合金表面的杂化涂层的性能有显著的影响。当pH值为3~3.5时,可在镁合金表面制备出高平整度且少缺陷的涂层,厚度约为22 μm;当pH值为2.2~2.8时,涂层变薄、表面起伏较大且有较多的孔洞。当pH=3时杂化涂层具有良好的附着力和最正的腐蚀电位,且腐蚀电流密度最小(约为7.34×10^-5 A/cm²),相对于空白镁合金试样的缓蚀效率约为99.7%。

用膨胀型阻燃剂(IFR)和乙烯辛烯共聚物(POE)对聚丙烯(iPP)进行阻燃和增韧改性,比较研究了两种典型增容剂聚丙烯接枝马来酸酐(PP-g-MAH)和乙烯辛烯共聚物接枝马来酸酐(POE-g-MAH)对膨胀阻燃增韧共混复合体系阻燃性能以及力学性能的影响。结果表明：IFR可提高聚丙烯共混物的燃烧性能,但是明显降低材料的力学性能,而增容剂的加入可同时提高复合材料的燃烧性能和力学性能。PP-g-MAH使IFR的分散更均匀,添加1%(质量分数,下同)的PP-g-MAH使复合材料的平均热释放速率、热释放速率峰值、比消光面积平均值以及烟释放总量比未添加增容剂的阻燃材料分别下降24%、30%、56%和46%;而POE-g-MAH能使复合材料形成包覆结构,使其冲击强度明显提高,加入5%的POE-g-MAH可使复合材料冲击强度提高93%。

以氧化石墨(GO)和NiSO₄6H₂O为前驱体,氨水为沉淀剂,用化学沉淀-回流法制备Ni(OH)₂/还原氧化石墨烯(RGO)复合材料,用XRD、SEM表征材料的结构和表面微观形貌,用循环伏安(CV)、恒电流充放电和电化学阻抗(EIS)测试电极材料的电化学性能,研究了GO:Ni(OH)₂质量比和氨水浓度对复合材料结构、形貌和电化学性能的影响。结果表明：所制备的β-Ni(OH)₂/RGO复合材料为Ni(OH)₂纳米片与RGO片相互插层的结构,当氨水的浓度为3 mol/L,GO:Ni(OH)₂=1:8(质量比)时复合电极材料在0.2C的放电比容量高达334.9 mAh/g,5C的放电比容量为260.2 mAh/g,保持在β-Ni(OH)₂理论比容量的90%,表现出良好的倍率性能和循环性能。

依据铝电解阴极炭块结构的非匀质特性,将其看作由炭骨料和沥青粘合剂组成的多相复合材料,从细观结构的角度研究了钠的扩散过程。采用Matlab编写不同炭骨料粒度组成和含量的随机圆、椭圆、多边形骨料投放模型程序,得到七种阴极炭块细观结构模型图片,并以igs模型文件形式导入ANSYS建立了二维有限元数值模型。依据扩散方程和热传导方程的相似性,采用ANSYS的热分析单元对钠扩散过程进行模拟求解,分析了炭骨料粒度组成、含量和形貌对钠扩散过程的影响。结果表明,与炭块中沥青相比,炭骨料对炭块中的钠扩散的阻碍作用更大,炭骨料颗粒圆度越小、骨料粒度组成越小、含量越高,则钠的扩散速率越低。对于粒度组成为0.003~0.006 m、含量为80%的圆形炭骨料模型,钠的扩散速度最低;模拟结果与试验结果有较好的一致性,证明了模拟的精确性和可靠性。