复合相变材料研究进展＊
张 东,康 韡,李凯莉
(同济大学材料科学与工程学院,上海200092)
摘 要: 复合相变材料主要指性质相似的二元或多元化合物的一般混合体系或低共熔体系,形状稳定的固液相变材料,无机有机复合相变材料等。因其独特的功能成为近来新材料研究的热点。介绍了较为常见的几种复合相变材料的制备方法,溶胶凝胶法、加热共熔法、多孔介质法,微胶囊法,高分子聚合法等,并对它们的特点进行了分析,最后介绍了复合相变材料的前景。
关键词: 复合相变材料;制备;前景
中图分类号: TB34文献标识码:A 文章编号:1001-9731(2007)12-1936-05
1 引 言
人类进入工业社会以来,传统能源正在以惊人的速度消耗,人类正面临前所未有的能源危机。日益恶化的环境使人类意识到节约能源、寻找新能源、保护环境的重要性。因此,人们要研究和利用可再生能源。可再生能源中太阳能、风能、生物质能等都是传统能源得替代品,但是这些能源存在间歇性、波动性等缺点,为了解决这些问题可利用相变材料得特性实现能量得时间空间转换[1,2]。
材料储能的本质意义在于,它可将一定形式的能量在特定的条件下储存起来,并能在特定的条件下加以释放和利用。因此可以实现能量供应与人们需求一致性的目的,并达到节能的作用。
按储能方式划分,储能材料一般可分为:显热式、潜热式和化学式3大类,其中潜热式和化学储能已不是纯粹的热能储存,因为它已包含着化学反应。在显热的热能贮存材料中,其热是简单地由增加固体或液体材料的温度来贮存。如果材料的比热是一个常数,在该材料中的贮存数值与物质的温升成正比例。显热储能材料在操作性方面是比较简单方便的,但是在储能的同时,材料自身的温度也在不断变化,其释能的诱导条件来自周围环境。因此,无法达到控制环境温度的目的,并且该类材料储能密度较低,装置体积庞大,因此它的应用价值不是很高。化学储能是利用可逆化学反应的反应热来进行储能的,其本质是热能在恒温的可逆吸热反应中转化为化学能。因此为了使该过程是可逆的,其平衡常数由改变反应物的浓度或压力和(或)改变其温度来变化。这种方式的储能密度虽然较大,但是技术复杂并且操作性不强,目前仅在太阳能领域受到重视,离实际应用尚较远。而潜热储能是利用材料在相变时吸热或放热来储能或释能的,这种材料不仅能量密度较高,而且所用装置简单、体积小、设计灵活、使用方便且易于管理。另外,它还有一个很大的优点,就是这类材料在相变储能过程中,材料近似恒温,可以以此来控制体系的温度。在这3大类储能材料中,潜热储能最具有实际发展前途,也是目前应用最多和最重要的储能方式[3]。
相变材料按照相变方式一般可分为4类:固-固相变材料、固-液相变材料、固-气相变材料和液-气相变材料。相变材料按相变温度的范围可分为高温中温和低温相变材料。相变材料有无机相变材料,有机相变材料以及复合相变材料。
复合相变储能材料主要指性质相似的二元或多元化合物的一般混合体系或低共熔体系,形状稳定的固液相变材料,无机有机复合相变材料等。复合相变材料一般有两种形式:一种是两种相变材料混合;另一种是定型相变材料。两种相变材料混合虽制造简单,但具有一般相变材料的缺点,需要封装,容易发生泄漏,使用不安全等。定性相变材料是由相变材料和高分子组成的混合储能材料,相变材料一般为石蜡有机酸等,高分子材料一般为HDPE(高密度聚乙烯,具有较高的熔点,作为支撑物),后者作为支撑和密封材料将相变材料包容在其组成的一个个微空间中,因此在相变材料发生相变时,定性相变材料能保持一定的形状,且不会有相变材料发生泄漏。与普通相变材料相比,它不需封装器具,减少了封装成本和封装难度,避免了材料泄漏的危险,增加了材料使用的安全性,减少了容器的传热热阻,有利于相变材料与传热流体间的换热[4]。
2 复合相变材料的制备方法及特性
复合相变材料的制作一般有以下几种,溶胶凝胶法、加热共熔法、多孔介质法、微胶囊法、高分子聚合法。在这几种方法中,加热共熔法、多孔介质法应用广泛,高分子法正在兴起。
2.1 溶胶凝胶法
溶胶凝胶技术是指金属有机或无机化合物经过溶
＊基金项目:国家自然科学基金资助项目(50472090)
收到初稿日期:2007-05-24收到修改稿日期:2007-09-13通讯作者:张 东作者简介:张 东 (1968-),男,吉林长春人,教授,博士生导师,主要研究相变材料。
胶凝胶化和热处理形成氧化物或其它固体化合物的方法。其过程是:用液体化学试剂或溶胶为原料,在液相中混合均匀并进行反应,生成稳定且无沉淀的溶胶体系,放置一段时间后转变为凝胶,经脱水处理,在溶胶
或凝胶状态下成型为制品(图1)[5]
。特点反应条件温和,两相分散均匀,改变反应组分可制备多种具有不同性能的聚合物基纳米复合材料。它与传统共混方法相比较具有一些独特的优势:反应用低粘度的溶液作为原料,无机-有机分子之间混合相当均匀,所制备的材料也相当均匀;可以通过严格控制产物的组成,实行分子设计和剪裁;工艺过程温度低,可以制得一些传统方法难以获得的材料;制得的材料纯度高,从而可以满足一些特殊要求;可以在无机-有机分子之间引入稳定的化学键,进而增强有机与无机组分之间的相互作用;可很方便地制成超薄膜。
水解:M (OR )4+x H 2O M (OH )4+x ROH M =Si 、Ti 、Al 、B 、Zr 、Ce 、
Sn
图1 溶胶凝胶示意图Fig 1So l -gel metho d
目前溶胶凝胶法已用来制取有机-无机相变材料,如林怡辉、张正国等制备硬脂酸-二氧化硅复合相变材料材料。实验采用正硅酸乙酯为前驱体,以十八酸为相变材料,乙醇为溶剂,盐酸为催化剂进行溶胶-凝胶反应。实验按一定比例取正硅酸乙醋、乙醇、蒸馏水若干;用酸度计测定混合溶液的pH 值;称取一定量的硬脂酸放人烘箱,将温度调节至85℃;将混合溶液置于磁力搅拌器上,先加热15min ,再开始搅拌,并加入催化剂少许;滴入催化剂搅拌30min 后,测溶液的pH 值;溶液加热搅拌30min 后,把熔融的硬脂酸加入溶液中继续搅拌,并测定pH 值;加热过程溶液始终保持透明,加热完毕,把溶液放人烘箱中烘干,直至产品恒重。实验制得的复合相变材料为白色固体颗粒。结果表明,该纳米复合体,具有良好的储热能力(图2)和循环
稳定性[6,7]
。2.2 加热共熔法
加热共熔法制备复合相变材料采取的是物理方法,通常是用两种熔点区别很大的物质,熔点高的作为支撑物,低熔点的为相变材料,即先把两种材料分批放入容器加热至共熔,再常温冷却即可(图3)。为了提
高热导率,可在其中添加石墨等导热物质[8,9]
。
图2 复合材料DSC 曲线图
Fig 2DSC curves of composite
图3 加热共熔法示意图Fig 3M elting -mixing method
这种相变材料的优点是:(1)即使温度超过相变材料的熔点,因为支撑物的作用,相变材料也不会泄漏;(2)不需要封装,这样就节省了生产费用;(3)很容易定型,生产各种形状的产品。
土耳其Sari 以高密度聚乙烯和石蜡制作定型相变材料取得了很好得成果,具有合理的相变温度和相
变热(图4)[10～12]
,同时省去了封装的费用,因此具有了经济上了优势。
图4 石蜡质量比为0.77的定型相变材料DSC 示意
图
Fig 4DSC curves o f form -stable co mpo site PCM
(0.77w t %)
2.3 多孔基吸附法
利用多孔介质内部孔隙小的特点,将相变物质分散成很小的颗粒,借助毛细管效应提高相变物质在多孔介质中储藏的可靠性,使其在发生固液相变时不发生液体泄漏,同时利用多孔介质导热率高的特点提高换热效率。选择多孔介质时通常需要考虑它的结构特点(孔径分布、孔的形状、孔与孔的连接性)及其与相变
物质的兼容性。可供选择的有多孔石墨(图5)[15]
,膨胀黏土等。多孔基相变材料具有不易泄漏,导热系数
较高,稳定性高,强度大等特点[13,14,16]
。
田胜利,张东等利用多孔石墨的毛细管作用吸附硬脂酸丁酯,制成了一种定型相变材料。结果表明该材料具有温度合适,相变潜热大,热稳定性好等特征
(图6)[17]
,是适用于建筑墙体的相变材料
。
图5 膨胀石墨SEM 示意图
Fig 5SEM image of expanded g
raphite
图6 相变材料中相变潜热与硬脂酸丁酯含量示意图Fig 6Phase change heat versus addition of buty l stea -rate 2.4 微胶囊法
微胶囊技术是一种用成膜材料把固体或液体包覆使形成微小粒子的技术。微胶囊相变材料是利用微胶囊技术,将特定相变温度范围的相变物质用有机化合物或高分子化合物,用物理或化学方法封装起来,形成
直径在1～300μm 之间的颗粒(图7)[18]
。相变过程中,胶囊内的相变物质发生固液相变,外层始终保持为固态,因此在宏观上为固态颗粒。微胶囊法中最常用的有复凝聚法,喷雾干燥法,界面聚合法和原位聚合法[19,20]。
图7 相变材料微胶囊结果示意图
Fig 7M icroencapsulated PCM (M PCM )2.4.1 界面聚合法
首先要将两种含有双(多)官能团的单体分别溶解在两种不相混溶的相变材料乳化体系中,通常采用水一有机溶剂乳化体系。在聚合反应时两种单体分别从分散相(相变材料乳化液滴)和连续相向其界面移动并迅速在界面上聚合,生成的聚合物膜将相变材料包覆形成微胶囊(图8)。在乳化分散过程中,要根据相变材料的溶解性能选择水相和有机相的相对比例,数量少的一种一般作分散相,数量多的作连续相,相变材料
处于分散相乳化液滴中[21,22]
。
图8 界面聚合法示意图Fig 8Interface polyme rizaiton
2.4.2 原位聚合法
原位聚合法是将形成囊壁的单体及引发剂全部位于相变材料乳化液滴的内部或外部,在液滴表面发生聚合反应,生成的聚合物膜覆盖液滴表面,从而得到微胶囊相变材料(图9)。原位聚合法是建立在可溶性单体或预聚物聚合反应生成不溶性聚合物的基础上,其关键是形成的聚合物如何沉淀和包覆在内核的表面[23,24]。
图9 原位聚合示意图Fig 9In -situ polyme rization
2.4.3 复凝聚法
采用复凝聚法制备微胶囊相变材料,首先应把囊分散在含有壁材的胶体溶液中,通过机械搅拌等方法形成一个稳定的、分散相呈细小微粒的分散体系,其中分散相是囊心的乳状液或固体颗粒,连续相是壁材的胶体溶液;然后根据壁材胶体溶液的性质改变各种条件,使连续相发生相分离形成两个新相:一个是聚合物(壁材)丰富相;另一个是聚合物(壁材)缺乏相。使原来的两相体系转变成三相体系,这一步骤是整个制备过程的关键。由于体系存在降低表面自由能的自发倾向,可以自由流动的聚合物丰富相会在囊心表面和分散相聚集,逐渐把囊心包覆。最终使沉积在囊心周围的壁材形成连续的包膜再经固化而形成微胶囊(图10)[25]
。2.4.4 喷雾干燥法
喷雾干燥法是将芯材料和壳材料的混合物通入加热室或冷却室,快速脱除溶剂后凝固得到微胶囊,一般是先将壳材料溶于溶剂中,然后芯材料在壳材料的溶
液中乳化,最后是喷雾干燥(图11)[26,27]
。 微胶囊相变材料具有以下特点:(1)减少了相变物质与外界环境的反应,提高了相变材料的稳定性;(2)胶囊壁薄,强化了传热性能;(3)颗粒小且直径均匀,改善了相变材料的加工性能。
图10 复凝聚法微胶囊SEM 示意图
Fig 10SM E image of agg lomerated M
PCM
图11 喷雾干燥法微胶囊SEM 示意图
Fig 11SEM image of spray -dried M PCM 2.5 高分子聚合法
这种方法是利用接枝,嵌段共聚或化学交联等化学方法,把具有较高相变热以及合适温度的高分子固液相变物质合成性质相对稳定的高分子相变材料。如粟劲苍,刘朋生以高分子量聚乙二醇(PEG )为软段,4,4'-一二苯基甲烷二异氰酸酯(M DI )、1,4丁二醇(BD0)为硬段,采用两步溶液法合成了聚氨酯型固固相变材料(PUPCM )。该聚氨酯型相变材料具有良好的储热性能,相变焓较大,相变温度适中,热性能稳定,
相变过程中不产生液体(表1)[28,29]
。
表1 PEG 和PUPCM 的热力学性能
Table 1Thermdynamic prope rties of PEG and
PUPCM
样品相变ΔH (J /g )
T r (℃)
加热过程冷却过程加热过程冷却过程PEG 固-固189.6167.2
65.98
37.61
PU PCM
固-固
138.7
126.2
65.28
38.58
T r 为样品最高转变温度;ΔH 为样品的相变焓。
3 结 语
复合相变材料的研究涉及几个方面的问题,相变
热的大小,化学及物理稳定性,导热性,制备是否简单易行。这都和相变材料的制取有关,因此如何选取支撑物及相变材料成了日后研究的主题[30]。为此,要注
重以下方面的内容:
(1) 相变材料必须具有大的相变热,合成后的相变材料也必须就有可以接受的相变热,即复合相变材料相变热必须能够满足实际应用的要求;
(2) 要具有合适的相变温度,这里的相变温度范围需跟应用要求相一致;
(3) 要具有合适的热导率,即热量能够迅速的传递;
(4) 化学物理性质要稳定,即相变过程中复合相变材料不会分解,也不会发生渗漏等现象。相变材料要过冷度小,相变速度快;
(5) 要易于生产,成本要低。
具体来说,就是要研究出一系列成体系的相变材料,要改善支撑物的力学热学性能,要实现生产工业化,利用大众化。随着社会的进步,人们对环境的要求越来越高,各种高性能的相变材料必将出现,必将得到广泛的应用。参考文献:
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Progress in studies of phase change composites
ZHANG Dong,KANG Wei,LI Kai-li
(Schoo l of M ate rials Science and Engineering,To ng ji University,Shanghai200092,China)
A bstract:Phase change composites a re the no rmal mix ed sy stems or low eutectic system s w hich are com po sed of binary mix ture o r multicom po nent mix ture w hose characters are in similar co nditions,and the materials w hich are distinct by the phase change betw een solid and liquid,and the ones w hich are the distinct by such change be-tw een ino rg anic and organic composite.By virtue o f their distinguish functions,the co mpo sites phase change mate rials have been a highpoint of the relevant new m aterial researches.In this paper,several kinds of m eth-o ds,such as sol-gel proce ss,eutectic process,po rous m edium process,micro capsules process,and macro mole-cule pro cess,w hich are able to bring out tho se phase change co mpo sites are introduced,and the characters of tho se metho ds are reviewed generally.In the end of this paper,the authors give an outlook fo r the pro mising future of the phase change composites.
Key words:phase change composities;preparation;foreground
(上接第1935页)
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High sensitive Love wave chemical sensor and its key materials
DU Xiao-song,JIANG Ya-dong,YA NG Bang-chao,H U Jia,YING Zhi-hua,XIE Guang-zhong (State Key Lab.o f Electronic Thin Film s and Integrated Devices,
University of Electro nic Science and Techno logy o f China,Chengdu610054,China)
A bstract:Lo ve w ave senso r has the hig hest sensitivity amo ng surface acoustic w ave sensors.T he development of Lo ve w ave bio sensors and chemical sensor s are review ed in this paper.The effects of the g uided layer m aterials and their thickness as w ell as the piezoelectric substrates and their cuttings on the sensor sensitivity and tem per-a ture stability are discussed.We point o ut that the high frequency reso nator ty pe senso r w ith a po lymer g uide lay er can further increase the sensitivity of Love w ave sensors.
Key words:Love wave sensor;guide layer;substrate cutting;sensitivity;TC F
智能复合材料最新研究进展与发展趋势 1.绪论 智能复合材料是一类能感知环境变化，通过自我判断得出结论，并自主执行相应指令的材料，仅能感知和判断但不能自主执行的材料也归入此范畴，通常称为机敏复合材料。智能复合材料由于具备了生命智能的三要素：感知功能(监测应力、应变、压力、温度、损伤) 、判断决策功能(自我处理信息、判别原因、得出结论) 和执行功能(损伤的自愈合和自我改变应力应变分布、结构阻尼、固有频率等结构特性) ，集合了传感、控制和驱动功能，能适时感知和响应外界环境变化，作出判断，发出指令，并执行和完成动作，使材料具有类似生命的自检测、自诊断、自监控、自愈合及自适应能力，是复合材料技术的重要发展。它兼具结构材料和功能材料的双重特性。 在一般工程结构领域，智能复合材料主要通过改变自身的力学特性和形状来实现结构性态的控制。具体说就是通过改变结构的刚度、频率、外形等方面的特性，来抑制振动、避免共振、改善局部性能、提高强度和韧性、优化外形、减少阻力等。在生物医学领域，智能复合材料可以用于制造生物替代材料和生物传感器。在航空航天领域，智能复合材料已实际应用于飞机制造业并取得了很好的效果，航天飞行器上也已经使用了具有自适应性能的智能复合材料。智能复合材料在土木工程领域中发展也十分迅速。如将纤维增强聚合物（FRP）与光纤光栅（OFBG）复合形成的FRP—OFBG 复合筋大大提高了光纤光栅的耐久性。将这种复合筋埋入混凝土中，可以有效地检测混凝土的裂纹和强度，而且它可以根据需要加工成任意尺寸，十分适于工业化生产。本文阐述了近年来发展起来的形状记忆、压电等几种智能复合材料与结构的研究和应用现状，同时展望了其应用前景。 2.形状记忆聚合物（Shape-Memory Polymer）智能复合材料的研究 形状记忆聚合物（SMP）是通过对聚合物进行分子组合和改性，使它们在一定条件下，被赋予一定的形状（起始态），当外部条件发生变化时，它可相应地改变形状并将其固定变形态。如果外部环境以特定的方式和规律再次发生变化，它们能可逆地恢复至起始态。至此，完成“记忆起始态→固定变形态→恢复起始态”的循环，聚合物的这种特性称为材料的记忆效应。形状记忆聚合物的形变量最大可为200％，是可变形飞行器
相变材料 夏红芳环境工程一班 2220083741 摘要：由于全球能源和环境问题的日益加剧，能源节约和环境的改善已成为当今迫切解决的问题，相变节能材料受到很大重视和广泛研究。本文主要介绍了相变材料的概念、特点、恒温机理及分类，然后讨论了它在各领域的主要运用，并展望了其良好前景和未来研究的方向。 关键词：相变材料节能恒温建筑采暖 1 前言 近年来，随着全球能源危机的日益加剧，节约能源、有效利用能源逐渐成为人们追求的目标。相变材料的节能应用很早就受到重视，许多发达国家对此进行了大量的研究和开发[1]。我国的科研机构亦对此课题进行大量的研究并发表了许多论文。但由于生产材料的成本过高和稳定性等原因，其应用受到限制。近年来由于材料的研究取得重大进展，相变材料的成本大大降低，稳定性也已达到上万个相变周期而不改变其特性，这使得应用相变材料节能达到了实用阶段[2]。从可持续发展战略出发，研究如何在满足当前经济飞快发展的需求，尽可能地提高对能源的有效利用率，对于当前的能源形势具有重大的意义[1]。 2 相变材料 相变材料PCMs( Phase Change Materials)是指在一定狭窄明确的温度范围，即通常所说的相变范围内可以改变物理状态，如从固态转变为液态或从液态变为固态的材料[3]。在相变过程中，体积变化很小，热焓高，因此以潜热形式从周围环境吸收或释放大量热量，热的吸收量或释放量比一般加热和冷却过程要大得多，而此时PCMs的温度保持不变或恒定。因此它是一种利用相变潜热来贮能和放能的化学材料。
我们最常见的相变材料非水莫属了，当温度低至0°C 时，水由液态变为固态（结冰）。当温度高于0°C时水由固态变为液态（溶解）。在结冰过程中吸入并储存了大量的冷能量，而在溶解过程中吸收大量的热能量。冰的数量（体积）越大，溶解过程需要的时间越长[3]。这是相变材料的一个最典型的例子。从以上的例子可看出，相变材料实际上可作为能量存储器。这种特性在节能，温度控制等领域有着极大的意义。因此，相变材料及其应用成为广泛的研究课题。 3 相变材料的分类 相变材料并不是科学家发明的一种新型材料，而是以各种形式存在于自然界中。迄今为止，已有超过500 种的天然和合成相变材料被人们掌握和了解[4]。按相变材料的科学属性划分，相变材料一般可以分为：无机水合盐相变材料、有机相变蓄能材料、复合相变蓄能材料。 3.1 无机类 无机类相变材料主要有结晶水合盐类、熔融盐类等其中最典型的是结晶水合盐类，它们有较大的熔解热和固定的熔点(实际上是脱出结晶水的温度变化: 脱出的结晶水使盐溶解而吸热，降温是其发生逆过程，吸收结晶水而放热)。通常 是中、低温相变蓄能材料。具有代表性的有：Na 2SO 4 ·10H 2 O ， MgCl 2 ·6H 2 O 等 水合盐类。无机类相变材料通常具有使用范围广、导热系数大(与有机类相变材料相比)、溶解热较大、密度大(单位体积的储热密度大) 、一般成中性、价格较便宜等优点。但是，这类材料通常存在过冷现象、相分离两个问题[4]。 3.2 有机类 有机相变蓄能材料是利用晶体之间的转变来吸热或放热，典型的有石蜡、酯酸类和高分子化合物。有机类相变材料具有的优点有: 在固体状态时成型性较好，一般不容易出现过冷现象和相分离。而缺点是: 导热系数小，单位体积的储能能力较小，熔点较低，不适于高温场合中应用[4]。 3.3 复合类 复合相变材料主要指性质相似的二元或多元化合物的一般混合体系或低共熔体系,形状稳定的固液相变材料,无机有机复合相变材料等[5][14]。复合相变蓄热材料一般有分为两种，一种利用无机物作为网络状基质以维持材料的形状、力学性能，而有机物作为相变材料嵌在无机网络结构里面，这样通过有机物的相变来吸收和释放能量；另一种纤维复合蓄热材料，它是将导热纤维制成蓬松团置入金属容器或模腔中，并加入相变蓄热材料的复合材料。复合相变材料既能有效克服单一的无机物或有机物相变储热材料存在的缺点，又可以改善相变材料的应用效果以及拓展其应用范围。但是混合相变材料也可能会带来相变潜热下降，或在长期的相变过程中容易变性等缺点。 此外，还有一些其他分类方法，按相变温度的范围，将相变材料分为三类: 高温、中温和低温相变材料。按相变材料的组成成份将相变材料分为两类: 有机类和无机类。按相变的方式，将相变材料分为四类:固——固相变、固——液相变、固——气相变、及液——气相变材料。由于后两种相变方式在相变过程中，伴随有大量气体的存在，使材料体积变化较大。因此，尽管它们相变焓较大，但在实际中很少应用[4]。常用的就是固——固相变和固——液相变材料。 4 相变材料蓄能机理 相变材料具有在一定温度范围内改变其物理状态，发生吸热和放热的反应。当环境温度高于某相变温度时，材料吸收并储存能量，以降低环境
磁性材料 引言 磁性材料作为重要的基础功能材料，已广泛用于信息、能源、交通运输、工业、农业及人们日常生活的各个领域，对社会进步和经济发展起着至关重要的推动作用。人们习惯按矫顽力的高低，对磁性材料进行分类：矫顽力大于1000A／m则称为硬磁材料，当硬磁材料受到外磁场磁化后，去掉外磁场仍能保留较高的剩磁，因此又称之为永磁材料或恒磁材料；矫顽力小于lOOA／m则称为软磁材料；矫顽力100A／m 《复合材料学》课程论文 题目：磁电复合材料的研究进展 学生姓名：李名敏 学号： 051002109 学院：化学工程学院 专业班级：材料化学101 电子邮箱： 904721996@https://www.doczj.com/doc/ad6949505.html, 2013年 6 月 磁电复合材料的研究进展 摘要：本文介绍磁电复合材料的研究现状和合成工艺，讨论了磁电复合材料性能的影响因素，最后提出了其目前存在的问题及对今后的展望。 关键词：磁电复合材料铁电相铁磁相纳米材料合成工艺性能 1 引言 材料在外加磁场作用下产生自发极化或者在外加电场作用下感生磁化强度的效应称为磁电效应，具有磁电效应的材料称为磁电材料[1]。而磁电复合材料，它由两种单相材料—铁电相与铁磁相经一定方法复合而成。磁电复合材料的磁电转换功能是通过铁电相与铁磁相的乘积效应实现的, 这种乘积效应即磁电效应。磁电复合材料不仅具有前者的压电效应和后者的磁致伸缩效应，而且还能产生出新的磁电转换效应。这种材料能够直接将磁场转换成电场，也可以把电场直接转换为磁场。这种不同能量场之间的转换一步而成，不需要额外的设备，因此转换效率高、易操作。磁电复合材料不但具有较高的尼尔和居里温度，磁电转换系数大等诸多优点，而且还可被用于微波、高压输电、宽波段磁探测，磁场感应器等领域，尤其是在微波泄露、高压输电系统中的电流测量方面有着很突出的优势。此外，磁电复合材料在智能滤波器、磁电传感器、电磁传感器等领域也潜在着巨大的的应用前景[2]。目前, 磁电复合材料作为一种非常重要的功能材料，已成为当今铁电、铁磁功能材料领域的一个新的研究热点。 2 磁电复合材料的研究现状 2.1 磁电复合材料的历史 1894年法国物理学家居里首先提出并证明了一个不对称的分子体在外加磁场的影响下有可能直接被极化，磁电材料概念就此被提出。随后，一些科学家又指出了从对称性角度来考虑，在磁有序晶体中可能存在与磁场强度成正比的电极化以及与电场强度成正比的磁极化即线性磁电效应。直到20世纪80年代，已经发现50多种具有磁电效应的化合物，以及几十种具有此性能的固溶体。虽然发现了一系列具有磁电效应的单相材料，而这类材料虽然既具有铁电性(或反铁电性)，又具有铁磁性(或反铁磁性)，然而这些材料的居里温度大都远远低于室温，并且只有在居里温度以下这些材料才会表现出微弱的磁电效应。当环境温度上升到居里温度以上时，磁电系数就迅速下降为零，磁电效应也就随之消失。因此，难以利用单相磁电材料开发出具有实际应用价值的器件。这些局限性使得材料科学工作者们又将目光转移到复合材料上，Van Suchtelen首先提出通过复合材料的乘积效应来获得磁电效应，为制备高性能磁电材料开辟了一条新途径。1978 有机相变材料 关键词：相变；PCMS；有机相变材料 摘要：有机相变材料是一种相变时吸热放热很高的材料，被广泛的应用到储能、建筑等领域，本文介绍了相变材料的分类性能，并就下一步的研究提出了自己的看法。 相变材料(Phase Change Materials，简称PCMs)是指在一定的温度范围内可改变物理状态的材料，以环境与体系的温度差为推动力，实现储、放热功能，并且在相变过程中，材料的温度几乎保持不变。它因具有储能密度大、储能能力强、温度恒定等优点，在智能调温服装、建筑及电子器件等应用领域得到了广泛关注。 PCMs按组成可分为：有机PCMs、无机PCMs和复合PCMs。按材料的相变方式可分为：固-固相变材料、固-液相变材料、固-气相变材料和液-气相变材料。后两者由于在相变过程中伴随有气体产生，体积变化较大，很少被选用。 无机相变材料储能密度大，相变时体积变化小，格低廉，主要包括碱及碱土金属的卤化物、硫酸盐、磷酸盐、硝酸盐、醋酸盐及碳酸盐等盐类的水合物。但这类材料在相变过程中容易出现过冷、相分离现象，需要添加防过冷剂和防相分 离剂增强其稳定性，延长使用寿命。例如，在CaC1 2·6H 2 O中加入NaC1和过量的水 能使CaC1 2·6H 2 O保持较好的稳定性，经过1000次加热．冷却循环相变潜热不退化。 与无机相变材料相比，有机相变材料具有无过冷及析出现象，性能稳定，可通过不同相变材料的混合来调节相变温度的突出优点。但通常存在着导热系数小，密度小，单位体积储热能力差的缺点。典型的有机类相变材料有：石蜡、脂肪酸类、多元醇类相变材料等。 复合相变储能材料主要指性质相似的二元或多元化合物的一般混合体系或 低共熔体系，形状稳定的固液相变材料，无机有机复合相变材料等。复合相变材料一般有两种形式：一种是两种相变材料混合；另一种是定型相变材料。两种相变材料混合虽制造简单，但具有一般相变材料的缺点，需要封装，容易发生泄漏，使用不安全等。定性相变材料是由相变材料和高分子组成的混合储能材料，相变材料一般为石蜡有机酸等，高分子材料一般为HDPE(高密度聚乙烯，具有较高的熔点，作为支撑物)，后者作为支撑和密封材料将相变材料包容在其组成的一个个微空间中，因此在相变材料发生相变时，定性相变材料能保持一定的形状，且不会有相变材料发生泄漏。与普通相变材料相比，它不需封装器具，减少了封装成本和封装难度，避免了材料泄漏的危险，增加了材料使用的安全性，减少了容器的传热热阻，有利于相变材料与传热流体间的换热。 有机PCMs按材料的相变方式可分为：固-固相变材料、固-液相变材料、固-气相变材料和液-气相变材料。后两者由于在相变过程中伴随有气体产生，体积变化较大，很少被选用。 1 有机固-液相变储能材料 有机固-液相变储能材料主要包括脂肪烃类、脂肪酸类、醇类和聚烯醇类等，其优点是不易发生相分离及过冷，腐蚀性较小，相变潜热大，缺点是易泄露。目前应用较多的主要是脂肪烃类与聚多元醇类化合物。Ahmet Sar?等[6]合成了硬脂酸-正丁醇酯、硬脂酸-异丙醇酯、硬脂酸-丙三醇三酯作为固-液相变储能材料。从图1可以看出，合成的相变储能材料的熔化和凝固温度都在23~63 ℃和 24~64 ℃之间。相应的相变焓都在121~149 kJ/kg和128~151 kJ/kg之间，且热循环后变化不大，说明合成的相变材料储热能力大，热稳定性好，但是达到相变温度时易泄露，需要容器封装。 热适应复合相变材料的制备与热性能 尹辉斌1，高学农1，丁静2，张正国1 (1华南理工大学传热强化与过程节能教育部重点实验室, 广东广州 510640； 2中山大学工学院, 广东广州 510006) 摘要：热适应复合材料是具有适合要求的热导率或热膨胀系数的一种复合材料。本文选取导热系数高且密度低的膨胀石墨作为无机支撑材料，石蜡作为有机相变材料，制备出高导热系数和储热密度的热适应复合相变材料。采用扫描电镜(SEM)、比表面和孔径分布测定仪(BET)、差示扫描量热仪(DSC)、偏光显微镜(POM)和Hot Disk热常数分析仪等多种测试技术，对复合相变材料进行了分析研究，实验证明该复合相变材料具有形状稳定、导热率高、储热密度大等特点。通过储/放热实验和500次热循环实验研究了复合材料的传热性能和热稳定性，复合相变材料的储热时间和放热时间分别比纯石蜡缩短了76.8%和86.1%，并具有良好的热稳定性和使用寿命。 关键词：电子散热；热适应；相变材料；热性能 中图分类号：TK512. 4 文献标识码：A Preparation and thermal properties of thermal adaptation composite materials YIN Huibin1, GAO Xuenong1, DING Jing2, ZHANG Zhengguo1 (1 Key Laboratory of Enhanced Heat Transfer and Energy Conservation, Ministry of Education, South China University of Technology, Guangzhou 510640,Guangdong,China; 2 School of Engineering, Sun Yat-Sen University, Guangzhou 510006, Guangdong, China) Abstract：Thermal adaptation composite materials are composite materials with required thermal conductivity or coefficient of thermal expansion. A kind of thermal adaptation composite materials is prepared by using paraffin as the phase change material and porous expanded graphite of high thermal conductivity as the supporting material. The thermal properties of the composite materials are characterized by means of SEM, BET, DSC, POM and Hot Disk. It is shown that the composite materials have favorable heat capacity and high thermal conductivity. The heat transfer performance and thermal stability of the composite materials are then investigated by heat storage and release experiments and thermal cycle experiments of 500 times. Their heat storage period and heat release period are shortened 76.8%and 86.1%, respectively, compared with that of the paraffin. The composite materials also have excellent thermal stability and service life. Key words：electronic cooling; thermal adaptation; phase change material; thermal property 引言 随着电子及通讯技术的迅速发展，高性能芯片和大规模及超大规模集成电路的使用越来越广泛。电子器件芯片的功率不断增大，而体积却逐渐缩小，且大多电子芯片的待机发热量低而运行时发热量大，瞬间温升快。因此，抗热冲击和散热问题已成为芯片技术发展的瓶颈。 相变温控是利用相变材料的相变过程储存或释放热量,从而实现对物体的温度控制[1]。相变储热材料由于具有蓄能密度大、蓄放热过程近似等温、过程易控制等优点,备受研究者的关注,而提高其热性能更成为了研究热点[2-4]。热适应复合材料就是通过对复合材料进行组分与其含量的选择和排列取向的设计，而使之具有适合要求的热导率或热膨胀系数的一种复合材料[5]。近年来，应用热适应复合相变材料进行电子元件的散热技术在国外已受到广泛重视，并在航 复合材料的最新研究进展 季益萍1, 杨云辉2 1天津工业大学先进纺织复合材料天津市重点实验室 2天津工业大学计算机技术与自动化学院, （300160） thymeping@https://www.doczj.com/doc/ad6949505.html, 摘要：本文主要介绍了当前复合材料的最新发展情况，主要集中在复合材料的增强纤维、加工技术、智能材料和非破坏性检测技术等方面。希望能抛砖引玉，激发研究人员更有价值的创意。 关键词：复合材料，最新进展 1. 引言 人类社会正面临着诸多的问题和需求，如矿物能源、资源的枯竭、环境问题、信息技术以及生活质量等，这推动了复合材料的发展，也促进了各种高新技术的发展。但目前人们已不仅仅局限于新材料的创造、发现和应用上，科学研究已进入一个各种材料综合使用的新阶段，即向着按预定的性能或功能设计新材料的方向发展。并且，在复合材料性能取得飞速发展的同时，其应用领域不断拓宽，性能持续优化，加工工艺不断改善，成本不断降低。 复合材料的独特之处在于其可提供单一材料难以拥有的性能，其最大的优势是赋予材料可剪切性，从而优化设计每个特定技术要求的产品，最大限度地保证产品的可靠性、减轻重量和降低成本。近年以来，复合材料在加工领域中取得了一系列重要的进展，由于计算机辅助设计工具的介入和先进加工技术的开发，使复合材料的市场竞争力有了很大的提高，应用领域不断扩大，除用于结构复合材料外，还大量的进入了功能材料市场。我们观察到，复合材料的发展趋势是[1]： （1）进一步提高结构型先进复合材料的性能； （2）深入了解和控制复合材料的界面问题； （3）建立健全复合材料的复合材料力学； （4）复合材料结构设计的智能化； （5）加强功能复合材料的研究。 近年来，复合材料在增强纤维、加工技术、智能材料和非破坏性检测技术等方面研究较多，并且不断有新的市场应用，能够代表复合材料的最新发展方向。 2. 增强纤维环保化[2] 目前，增强纤维的发展趋势主要是强度、模量和断裂伸长的提高。但随着全球环保意识的风行，复合材料产品也逐渐受到环保方面要求的压力，尤其欧洲地区已有相关规定，热固性复材产品由于无法回收再利用而不易销往欧洲。在树脂之外，复材产品中的增强纤维迄今绝大部分都是无法回收再利用的，包括玻璃纤维、碳纤维、芳纶等，全都是如此。 最近有一种新型增强纤维－玄武岩纤维(Basalt Filament)，是由火山岩石所提炼而成的，堪称100% 天然且环保，预期在不久的未来，将会取代相当比例的各种纤维，而加入复合 - 1 - 相变材料的种类 摘要：相变储能材料对于能源的开发与应用具有重要意义。综述了相变储能材料的分类、相变特性、并展望其今后的发展方向。 关键字：无机相变材料；有机相变材料；储能；进展； 前言 相变材料是指随温度变化而改变形态并能提供潜热的物质。相变材料由固态变为液态或由液态变为固态的过程称为相变过程，这时相变材料将吸收或释放大量的潜热。相变材料可分为有机和无机相变材料。亦可分为水合相变材料和蜡质相变材料。相变材料具有在一定温度范围内改变其物理状态的能力。相变材料的分类相变材料主要包括无机PCM 、有机PCM 和复合PCM 三类。根据相变的方式不同，又可分为固—固相变,固液相变, 固气相变,液气相变.由于后两种相变方式在相变过程中伴随有大量气体存在，使材料体积变化较大，因此尽管它们有很大的相变热，但实际应用较少。根据使用的温度不同又可分为低温，中温，高温三种。 无机相变材料 固 -液相变材料是指在温度高于相变点时 ,物固相变为液相吸收热量 ,当温度下降时物相又由液相变为固相放出热量的一类相变材料。目前 , 固 -液无机盐高温相变材料主要为高温熔融盐、部分碱、混合盐。高温熔融盐主要有氟化物、氯化物、硝酸盐、硫酸盐等。它们具有较高的相变温度 ,从几百摄氏度至几千摄氏度 ,因而相变潜热较大。固 -固相变储能材料是利用材料的状态改变来储、放热的材料。目前 ,此类无机盐高温相变储能材料已研究过的有SCN NH 4,2KHF 等物质。2KHF 的熔化温度为 196 ℃,熔化热为 142 kJ/kg;SCN NH 4从室温加热到 150 ℃发生相变时 ,没有液相生成 ,相转变焓较高 ,相转变温度范围宽 ,过冷程度轻 ,稳定性好 ,不腐蚀 ,是一种很有发展前途的储能材料。 无机盐高温相变复合储能材料近年来 ,高温复合相变储能材料应运而生 ,其既能有效克服单一的无机物或有机物相变储能材料存在的缺点 ,又可以改善相变材料的应用效果以及拓展其应用范围。因此 ,研制高温复合相变储能材料已成为储能材料领域的热点研究课题之一。目前,已研究的无机盐高温复合相变材料 图片简介: 本技术涉及相变材料技术领域，尤其涉及一种复合相变材料及其制备方法。本技术介绍了一种复合相变材料，该复合相变材料将相变材料作为内核，透明高分子材料具有良好的机械强度和织性模量，凝胶聚合物作为壳层将相变材料限域保护起来，可以阻止其泄露，还能增加相变材料的换热面积，使其便于储存和运输；透明高分子材料具有高的透光度，胆甾相液晶的颜色的温敏变化可以显示出来，液晶颜色的变化温度与相变材料的相转化温度范围匹配，实现相变材料的“可视化”；一维导热材料具有很好导热能力，其位于壳层与核层之间径向排列的阵列纳米结构，阵列的纳米结构能使热量沿着导热材料传输，能够很好的提升相变材料的充放热速度，减少了热量的损失。 技术要求 1.一种复合相变材料，其特征在于，所述复合相变材料呈核壳结构； 所述核壳结构中的壳层为含有胆甾相液晶的凝胶聚合物，核层为相变材料，所述壳层与所述核层之间径向负载有一维导热材料； 所述凝胶聚合物由透明高分子材料制得。 2.根据权利要求1所述的复合相变材料，其特征在于，所述核层的粒径为90-150μm，壳层的厚度为10～30μm，一维导热材料的厚度为20-30μm。 3.根据权利要求1所述的复合相变材料，其特征在于，所述相变材料为石蜡型相变材料； 所述一维导热材料选自铜纳米线、碳纤维或碳纳米管； 所述胆甾相液晶包括向列相液晶和手性掺杂剂。 4.根据权利要求3所述的复合相变材料，其特征在于，所述向列相液晶为BHR-59001，所述手性掺杂剂为S-811。 5.根据权利要求3所述的复合相变材料，其特征在于，所述石蜡型相变材料为十四烷、十八烷或二十烷。 6.根据权利要求5所述的复合相变材料，其特征在于，所述透明高分子材料为明胶和/或阿拉伯胶。 7.权利要求1至6任意一项所述的复合相变材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤： 步骤1：利用Stober法将相变材料、十六烷基三甲基溴化氨在水和醇的混合溶剂中，加入硅源进行反应，得到二氧化硅包覆的相变材料； 步骤2：将所述二氧化硅包覆的相变材料浸入一维导热材料分散液中，搅拌、干燥，得到一维导热材料/二氧化硅/相变材料； 步骤3：将所述一维导热材料/二氧化硅/相变材料浸泡于氢氟酸中，得到一维导热材料/相变材料； 步骤4：将透明高分子材料、所述一维导热材料/相变材料、胆甾相液晶和水进行混合，冷冻干燥，得到复合相变材料。 8.根据权利要求7所述的制备方法，其特征在于，所述相变材料与所述硅源的质量比为(30～50)：1； 所述一维导热材料与所述相变材料的质量比为1～3：4。 9.根据权利要求7所述的制备方法，其特征在于，所述透明高分子材料、所述一维导热材料/相变材料、所述胆甾相液晶和所述水的用量比为8g：(25～35)g：5g：95mL。 10.根据权利要求7所述的制备方法，其特征在于，所述胆甾相液晶包括向列相液晶和手性掺杂剂； 所述向列相液晶与所述手性掺杂剂的质量比为5：(0.5～1.5)。 技术说明书 一种复合相变材料及其制备方法 工 程 塑 料 应 用 ENGINEERING PLASTICS APPLICATION 第43卷，第9期2015年9月 V ol.43，No.9Sept. 2015 143 doi:10.3969/j.issn.1001-3539.2015.09.029 石墨烯复合材料在电磁领域的应用研究进展 王雯1，黄成亮1，郭宇1，宋宇华1，张颖异1，刘玉凤1，杜汶泽2 (1.中国兵器工业集团第五三研究所，济南 250031； 2.总装备部装甲兵驻济南地区军代室，济南 250031) 摘要：石墨烯以其独特的二维结构和优异的力学、电学、光学、热学性能成为材料领域的研究热点，石墨烯复合材料是石墨烯应用领域中重要的研究方向。概括了国内外石墨烯复合材料在电磁波吸收及电磁屏蔽领域的应用研究进展，并展望了未来石墨烯复合材料在此领域的发展趋势。 关键词：石墨烯；石墨烯复合材料；微波吸收；电磁屏蔽；应用 中图分类号：TB332 文献标识码：A 文章编号：1001-3539(2015)09-0143-04 Application Research Progress of Graphene Composites in Electromagnetic Fields Wang Wen 1， Huang Chengliang 1， Guo Yu 1， Song Yuhua 1， Zhang Yingyi 1， Liu Yufeng 1， Du Wenze 2 (1. CNGC Institute ， Jinan 250031， China ； 2. Jinan Regional Office of Armoured Force Military Representative Bureau ， Jinan 250031， China) Abstract ：Graphene has become a hot research spot at home and abroad in recent years due to its unique two-dimensional structure and excellent mechanical, electrical, optical and thermal properties. Graphene composites is an important research direction in the area of graphene application. The application research progress in the microwave absorption and electromagnetic interference shielding fields of graphene composites were summarized. The developmental trend of graphene composites in the fields was expected. Keywords ：graphene ；graphene composite ；microwave absorption ；electromagnetic interference shielding ；application 石墨烯是单层碳原子紧密堆积而形成的一种超薄碳质新材料，厚度只有0.34 nm ，是目前世界上最薄的二维材料 [1–2] 。自2004年英国曼彻斯特大学的物理学教授A. Geim 和 K. Novoselov 等用机械剥离方法观测到单层石墨烯，其独特的物理性能和在电子领域的潜在应用成为国际研究的热点，并引起科学界新一轮“碳”热潮[3–6]。 碳材料是电磁屏蔽和吸波材料研究的重要内容，对于石墨、碳纤维、碳纳米管等材料的电磁屏蔽和吸收性能的研究已经相当广泛。然而，作为一种新型碳材料的石墨烯具有纵横比、电导率和热导率高、比表面积大、密度低等特点，其本征强度高达130 GPa ，常温下的电子迁移率可达到15 000 cm 2／(V ·s)，是目前电阻率最小的材料。并且石墨烯具有室温量子霍尔效应和良好的铁磁性[7–10]，与石墨、碳纤维、碳纳米管等材料相比，拥有独特性能的石墨烯可以突破碳材料原有的局限，成为一种新型有效的电磁屏蔽和微波吸收材料[11–14]。因此，以石墨烯为研究方向，结合金属纳米材料或聚合物材料，通过结构设计研制性能优异的石墨烯复合材料，有望广泛应用于电磁波吸收及电磁屏蔽等民用及军事领域。笔者根据国内外学者的研究情况，重点介绍石墨烯复合材料在电磁波吸收以及电磁屏蔽领域中的研究进展，并对未来石墨烯复合材料的发展进行了展望。 1 石墨烯复合材料在电磁波吸收领域中的应用 随着无线电探测技术和探测手段的发展以及其它非可见光探测技术和各种反伪装技术的逐渐完善和应用，传统武器装备的生存受到严峻的挑战。因此，研制高效吸收雷达波的轻型材料是提高武器装备系统生存能力的有效途径之一，是现代战争中最具有价值、最有效的战术突防手段。可见，高性能轻型微波吸收材料研制及在武器装备中的应用至关重要。 二维片状的石墨烯具有高的比表面积(2 630 m 2／g)[9] 以及特异的热、电传导功能，对微波能产生较强的电损耗。与传统吸收剂相比，石墨烯材料以其优异的电磁性能成为一种有效的新型微波吸收材料。传统的铁磁类吸收剂，如Fe ，Ni ，Co ，Fe 3O 4，Co 3O 4等铁磁性纳米物质对电磁波具有较强的磁损耗。通过结构设计，将石墨烯与此类纳米粒子复合后，得到石墨烯片层中镶嵌强吸收电磁波纳米磁性粒子结构的复合材料，并且可实现对微波较强的介电损耗和磁损耗。此类复合材料将石墨烯与磁性纳米粒子的优异性能结合在一起，有效提高了石墨烯材料的磁损耗，并可显著提高我国吸 联系人：王雯，工程师，博士，主要从事新型碳材料的制备及应用方面的研究 收稿日期：2015-06-22 软磁复合材料研究进展 刘颖，Andrew Peter Baker，翁履谦 哈尔滨工业大学深圳研究生院材料科学与工程学科部，深圳(518055) E-mail：liuying05@https://www.doczj.com/doc/ad6949505.html, 摘要：本文根据绝缘包覆材料的不同，综述了近年来开发的各种软磁复合材料及其生产工艺；介绍了软磁复合材料的主要性能特点及影响因素；最后简要介绍了软磁复合材料在电气设备中的应用情况，对将来研究方向提出看法。 关键词：软磁复合材料，高温绝缘包覆层，压坯 中图分类号：TB333 文献标识码：A 1.引言 随着电气设备小型化趋势，对各式微型粉芯[1]的需求日益显著。为了研制出能效更高，体积更小，重量更轻的粉芯，开发新型软磁复合材料（Soft Magnetic Composite, SMC）已成为当前一个热点。SMC材料不仅能有效降低高频涡流损耗，而且还结合了粉末冶金技术的生产优势，在未来几年它将在航空、汽车、家用电器以及其他领域得到广泛的应用。 本文从SMC材料生产工艺、研究进展、性能及影响因素、应用及前景等方面，综述了近几年来SMC材料的发展。 2.软磁复合材料 在生产铁粉基软磁材料时，为降低涡流损耗有两种常用方法[2]。 一种是利用合金添加剂来提高材料电阻率，降低涡流损耗，如铁-硅合金（通常含Si3%），铁-磷合金（一般含P0.45%-0.75%），铁-镍合金（含铁50%，含镍50%）等。但这样降低了饱和磁感应强度，而且合金含量在商业使用上还有一定限度。这种方法适合应用于直流或较低频率交流装置。 另一种方法则是对磁性颗粒进行绝缘包覆处理，这类就是SMC材料，其结构如图1[3]所示。SMC材料，有时也称“绝缘包覆铁粉”，是近来逐渐发展起来的一种新型铁基粉末软磁材料。它通常选用高纯铁粉为基材，经有机材料和无机材料绝缘包覆处理，利用粉末冶金技术使混合粉末成为各向同性的体材料[4,5]。 利用SMC材料生产各类铁芯具有许多突出的优点[6-8]： 1．各向同性：这大大增加了设计自由度，单位重量可获得更大转矩以及更大铜的填充率，实现重量更轻、体积更小的目的。 2．利用粉末冶金技术能压制成型为最终形状的产品，材料利用率提高，成本损耗降低，产品控制更精准，复杂形状加工能力更强。 此外，SMC电机还能采用模块式结构，装卸方便，这使材料回收和再利用容易，十分有利于环保。 叠层硅钢片和软磁铁氧体是两类传统的铁芯材料。硅钢片在直流和交流较低频率时，具有高磁通密度和磁导率；但随着频率增加，涡流损耗急剧增加。铁氧体铁芯虽然高频磁性能优良，电阻率大，铁损低；但存在磁通密度低的缺点。它们均在交流设备小型化过程中均遇到了困难。目前，利用粉末冶金技术生产SMC材料已成为当前研究和开发的热点。研究表 复合材料加工技术的最新研究进展 摘要：本主要综述了陶瓷基、树脂基这两种主要的非金属基复合材料的加工技术。通过对传统加工和新型加工技术的比较，认为今后研究非金属基复合材料加工工艺参数的优化，工艺过程中关键步骤的改进，新技术的研究，生产设备自动化、智能化程度的提高，生产线的规模化、专业化、可控制化，是其加工技术发展的关键。 关键词：陶瓷基、树脂基、复合材料加工 复合材料是由两种或两种以上不同化学性能或不同组织结构的材料，通过不同的工艺方法组成的多相材料，主要包括两相：基体相和增强相。20世纪40年代，因航空工业需要而发展了玻璃纤维增强塑料，是最早出现的复合材料，从此以后，陆续发展了碳纤维、石墨纤维和硼纤维等高强度和高模量纤维。70年代出现了芳纶纤维和碳化硅纤维。这些高强度、高模量纤维与合成树脂、碳、石墨、陶瓷、橡胶等非金属基体或铝、镁、钛等金属基体复合，构成了格局特色的复合材料。复合材料由于其具有各方面独特的性质，广泛应用与军事工业，汽车工业、医疗卫生、航空、航海以及日常生活的各个方面。对于复合材料的加工技术的研究，将是扩大其适用范围的关键之一[1]。 1 陶瓷基复合材料的加工 由于陶瓷材料同时具有高硬度、高脆性和低断裂韧性等特点，使得其加工、特别是成形加工，至今仍非常困难。在陶瓷材料加工中，使用金刚石工具的磨削加工仍然是目前最常用的加工方法，占所有加工工艺的80％。而陶瓷材料磨削加工不仅效率低，而且在加工中很容易产生变形层、表面/亚表面微裂纹、材料粉末化、模糊表面、相变区域、残余应力等缺陷，这对于航空、航天、电子等高可靠性、高质量要求的产品是决不允许的。陶瓷精密元件的加工费用一般占总成本的30％～60％，有的甚至高达90％。因此，通过新的陶瓷加工制造技术的探索，能够很好的提高产品制造精度和降低生产成本[2]。 1.1新型加工技术 1.1.1 放电加工 放电加工(EDM)是一种无接触式精细热加工技术，当单相或陶瓷／陶瓷、陶瓷／金属复合材料的电阻小于100Ω.m时，陶瓷材料可以进行放电加工。首先将形模(刻丝)和加工元件分别作为电路的阴、阳极，液态绝缘电介质将两极分开，通过悬浮于电介质中的高能等离子体的刻蚀作用，表层材料发生熔化、蒸发或热剥离而达到加工 相变储能材料 相变过程一般是等温或近似等温过程，相变过程中伴有能量的吸收或释放，这部分能量称为相变潜热 ,利用相变过程的这一特点开发了许多相变储能材料。与显热储能材料相比，潜热储能材料不仅能量密度较高 ,而且所用装置简单、体积小、设计灵活、使用方便且易于管理。另外 ,它还有一个很大的优点，即这类材料在相变储能过程中，材料近似恒温，可以以此来控制体系的温度。利用储能材料储能是提高能源利用效率和保护环境的重要手段之一 ,可用于解决热能供给与需求失配的矛盾 ,在能源、航天、军事农业、建筑、化工、冶金等领域展示出十分广泛和重要的应用前景，储热材料的研究目前已成为世界范围内的研究热点。相变储能材料的相变形式一般可分为四类 :固—固相变、固—液相变、液—气相变和固—气相变。由于后两种相变过程中有大量气体，相变物质的体积变化很大,因此,尽管这两类相变过程中的相变潜热很大,但在实际应用中很少被选用。与此相反 ,固—固相变由于体积变化小,对容器要求低（容器密封性、强度无需很高) ,往往是实际应用中希望采用的相变类型。有时为了应用需要 ,几种相变类型可同时采用。 相变储能材料按相变温度的范围分为高温(大于 250 ℃) 中温 ( 100～250 ℃ )和低温 ( 小于100 ℃) 储能材料; 按材料的组成成分又可分为无机类、有机类 (包括高分子类 ) 及无机、有机复合相变储能材料。相变材料是由多成份构成的,包括主储热剂、相变点调整剂、防过冷剂、防相分离剂、相变促进剂等组成。 1、相变储能材料的机理 相变材料从液态向固态转变时，要经历物理状态的变化。在这两种相变过程中，材料要从环境中吸热，反之，向环境放热。在物理状态发生变化时可储存或释放的能量称为相变热，发生相变的温度范围很窄。物理状态发生变化时，材料自身的温度在相变完成前几乎维持不变。大量相变热转移到环境中时，产生了一个宽的温度平台。该温度平台的出现，体了恒温时间的延长，并可与显热和绝缘材料区分开（绝缘材料只提供热温度变化梯度）。相变材料在热循环时，储存或释放显热。 相变材料在熔化或凝固过程中虽然温度不变，但吸收或释放的潜热却相当大。以冰一水相变的过程为例，对相变材料在相变时所吸收的潜以及普通加热条件下所吸收的热量作一比较：当冰熔解时，吸收335j/ｇ的潜热，当水进一步加热，温度每升高１℃，它只吸收大约４j/g 的能量。因此，由冰到水的相变过程中所吸收的潜热几乎比相变温度范围外加热过程的热吸收高80多倍。除冰水之外，已知的天然和合成的相变材料超过50种，且这些材 铝基复合材料的制备和增强技术的研究进展 摘要本文简单介绍了铝基复合材料的一些基本的制备方法。对于纳米相和碳化硅颗粒增强的铝基复合材料，它们也有不同的制备方法。 关键词铝基复合材料纳米相碳化硅颗粒 0前言 复合材料是应现代科学发展需求而涌现出的具有强大生命力的材料，它由两种或两种以上性质不同的材料通过各种工艺手段复合而成。金属基复合材料基体主要是铝、镍、镁、钛等。铝在制作复合材料上有许多特点,如质量轻、密度小、可塑性好,铝基复合技术容易掌握,易于加工等。此外,铝基复合材料比强度和比刚度高,高温性能好,更耐疲劳和更耐磨。同其他复合材料一样,它能组合特定的力学和物理性能,以满足产品的需要。因此,铝基复合材料已成为金属基复合材料中最常用的、最重要的材料之一。本文主要讲述铝基复合材料的制备方法以及增强技术的发展情况。 1 铝基复合材料的制备工艺 1.1 无压浸渗法 无压浸渗法是Aghaianian 等于1989 年在直接金属氧化工艺的基础上发展而来的一种制备复合材料的新工艺[1]，将基体合金放在可 控气氛的加热炉中加热到基体合金液相线以上温度，在不加压力和没有助渗剂的参与下，液态铝或其合金借自身的重力作用自动浸渗到颗粒层或预制块中，最终形成所需的复合材料。 Aghajanian 等[2]撰文指出，要使自发渗透得以进行，需具备两个必要条件：①铝合金中一定含有Mg元素；②气氛为N2环境。影响该工艺的主要因素为：浸渗温度、颗粒大小和环境气氛种类。无压渗透工艺的本质是实现自润湿作用，通过适当控制工艺条件，如合金成分、温度、保温时间和助渗剂等，可取得良好的润湿，使自发浸渗得以进行。 1.2 粉末真空包套热挤压法 采用快速凝固技术与粉末冶金技术相结合制备高硅含量铝基复合材料。由于Al 活性很高，在快速凝固制粉时不可避免地会形成一层氧化膜，导致在致密化过程中合金元素的相互扩散受到阻碍，难以形成冶金粘结。因此，采用了粉末真空包套热挤压这一特殊的致密化工艺[3]。 1.3 喷射沉积法 喷射沉积技术是一种新的金属成形工艺，由Singer 教授于1968 年提出，后经发展逐步形成了Osprey工艺、液体动态压实技术和受控喷射沉积工艺等。 喷射沉积的基本原理是：熔融金属或合金经导流管流出，被雾化磁电复合材料研究进展.
有机相变材料
热适应复合相变材料的制备与热性能
复合材料的最新研究进展
相变材料
复合相变材料及其设备制作方法与相关技术
石墨烯复合材料在电磁领域的应用研究进展
软磁复合材料研究进展
复合材料加工研究进展
相变蓄能材料
复合材料研究进展讲述
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