武汉理工大学功能材料第五次作业

射频识别技术与应用_武汉理工大学中国大学mooc课后章节答案期末考试题库2023年1.可用作柔性电子基体的材料不包括哪一项？答案:聚苯胺2.以下（）为电磁场与微波技术学科的重要特点。

答案:各项都是3.决定导电材料导电性的基本物理性质主要有哪些？答案:结晶状态_载流子浓度_晶粒尺寸_载流子迁移率4.决定透明电极透光性能的原因主要有哪些？答案:导电材料对可见光的吸收_导电网络孔隙率大小_导电材料对可见光的散射_基体对可见光的吸收5.决定柔性电极变形能力的主要因素有哪些？答案:导电材料与柔性基体的弹性模量匹配性_导电材料的变形能力_柔性基体的变形能力_导电材料与柔性基体之间的界面相互作用强度6.可用于制备柔性电极的方法有哪些？答案:物理气相沉积法_化学还原法_旋涂法_化学气相沉积法7.柔性电极的网络结构制备策略有哪些？答案:渗流网络_卷曲结构网络_纳米线网格8.我们知道，坡印廷定理实质上是能量守恒定理，也就是说，流出该封闭面的（电磁）能量，等于（）。

答案:其他各项之总和9.【图片】【图片】我们知道，史密斯圆图（Smith Chart）是设计和优化标签天线阻抗特性的有利工具。

如上图所示的圆图内有3条扫频曲线，其代表不同性能的三付天线，下列描述这三付天线性能差异正确的是（）。

答案:1：效果差，不能用；2：Q值较高，窄带；3：效果佳，宽带10.关于史密斯圆图，以下说法不正确的是（）。

答案:在枝节匹配计算中，级（串）联枝节常用导纳圆图，并联枝节常用阻抗圆图11.下述（）是麦克斯韦的贡献。

答案:各选项都是12.有关阻抗圆图和导纳圆图，以下说法正确的是（）。

答案:其他选项都是13.目前世界上口径最大、最具威力的单天线射电望远镜是（）。

答案:中国FAST望远镜14.SAR对应的中文名称是（）。

答案:两项都是15.华夏学术传统的基本问题是（）。

答案:两项都是16.自动识别历经了最早的条码（一维码）、磁（条）卡、二维码、接触式芯片卡、以及射频识别（非接触式）芯片卡的发展过程。

功能化SBA-15介孔材料的制备及其吸附性能研究廖庆玲;NGUYEN Xuan Sang;侯静涛;陈跃;冯伟;何忠忠【摘要】硅基介孔材料因其特有的特性,被用于去除废水中重金属离子的吸附剂.为了提高对目标污染物的吸附容量,本文采用一步法和两步法制备了氨基或巯基功能化SBA-15介孔材料,利用傅里叶红外光谱仪、场发射扫描电镜、X射线衍射仪和氮气吸附脱附表征测试了材料的化学组成、微观形貌和物相结构.测试结果显示经功能化处理后的样品成功地接枝氨基或巯基功能基团.研究发现,经功能化处理后,材料的骨架结构及介孔孔道均未被破坏,但有序性下降且出现少许团聚,物性参数也有一定程度下降,功能化材料对Zn2+、Pb2+、Cr3+和Cu2+的吸附率均有大幅度提高.经氨基或巯基功能化后,SBA-15介孔材料对水体中重金属离子的吸附率有很大提高,但一步法制备的功能化硅基介孔材料因模板剂去除不彻底而影响了对重金属离子的吸附效率,两步法制备的功能化硅基介孔材料对重金属离子的吸附效果更好,说明本文的功能化硅基介孔材料工艺是可行有效的,但两步法合成的功能化介孔材料具有更好的吸附效果.【期刊名称】《材料科学与工艺》【年(卷),期】2018(026)005【总页数】7页(P26-32)【关键词】氨基;巯基;功能化;介孔材料;重金属;吸附【作者】廖庆玲;NGUYEN Xuan Sang;侯静涛;陈跃;冯伟;何忠忠【作者单位】武汉理工大学资源与环境学院,武汉430071;湖北理工学院材料科学与工程学院,湖北黄石435003;武汉理工大学资源与环境学院,武汉430071;武汉理工大学资源与环境学院,武汉430071;湖北理工学院材料科学与工程学院,湖北黄石435003;湖北理工学院材料科学与工程学院,湖北黄石435003;大冶有色设计研究院有限公司,湖北黄石435005【正文语种】中文【中图分类】TQ028.8SBA-15介孔材料不仅具有均一的孔径和可观的内表面积，而且其内表面还有比较丰富的硅轻基，使得硅基介孔材料可以作为功能分子的宿主进行表面修饰，这些结构和特点赋予了硅基介孔材料在吸附及先进功能材料和复合材料等方面具有广阔的应用前景[1-3].硅基介孔材料具有优良的传输性能,不易造成吸附分子移动的障碍,是一种很好地分离富集材料，广泛用于去除废水中重金属离子的吸附剂[4-5].为了提高对目标污染物的吸附容量,很多学者对介孔材料的制备方法进行了改进[6-8]，但采用不同工艺对介孔材料进行表面修饰后对金属离子吸附效果的影响却鲜有报道.本研究采用传统的共聚法[9](即一步法)和嫁接法[10](即两步法)合成氨基功能化硅基介孔材料和巯基功能化SBA-15介孔材料，考察合成的功能化硅基介孔材料对金属离子是否具有较高的负载能力，并比较两种合成工艺的优缺点以及对金属离子的吸附效果，以期为功能化硅基介孔材料应用于重金属离子废水领域提供一定的理论基础.1 实验1.1 实验原料和试剂浓盐酸，分析纯，河南信阳市化学试剂厂；正硅酸乙酯(TEOS)，分析纯，天津市福晨化学试剂公司；P123(EO20PO70EO20)，Ma=5 800，Sigma Aldrich公司；3-氨丙基三乙氧基硅烷(APTES)，分析纯，湖北省武大有机硅新材料股份有限公司；3-巯丙基三甲氧基硅烷(MPTMS)，分析纯，湖北省武大有机硅新材料股份有限公司；冰醋酸，分析纯，国药集团化学试剂有限公司；无水乙醇，分析纯，国药集团化学试剂有限公司；蒸馏水，实验室自制.1.2 实验设备JJ-1型电动搅拌仪，常州国华电器有限公司；JB90-D型强力电动搅拌仪，上海标本模型总厂；JM-2003型电子天平，余姚铭记称重校验设备有限公司；HHS-12电热型恒温水浴锅，上海市东星建材实验设备公司； DZF-2001型真空干燥箱，上海市圣欣科学仪器有限责任公司.TAS-986型原子吸收光谱仪，北京市筲析通用公司.1.3 一步法制备功能化硅基介孔材料以P123为模板剂，TEOS为硅源，APTES(或MPTMS)为功能化硅烷偶联剂.首先称取4.03 g的P123并放入到500 mL的三口烧瓶中，再分别先后加入蒸馏水100 mL和浓盐酸20.80 mL，混合溶液在40 ℃恒温水浴中搅拌1 h直至混合物完全溶解，然后用微量移液管逐滴滴加TEOS溶液8.50 mL，继续搅拌1 h后加入0.86 mL APTES或0.86 mL MPTMS，继续搅拌20 h后将混合溶液倒入烧杯中，在室温下静止晶化2 d后再抽滤，滤饼用蒸馏水反复冲洗多次，直至滤液呈中性，然后，将滤饼在80 ℃下干燥后得到的白色原粉，记为P-S-N-1或P-S-S-1，最后利用萃取回流法除去模板剂，每1.5 g原粉加入200 mL乙醇溶液，不断搅拌使原粉均匀分散于乙醇溶液中，并在65 ℃加热搅拌下萃取冷凝回流6 h，得到的混合液常温下冷却并抽滤，滤饼先用乙醇溶液冲洗3～5次，然后，用蒸馏水反复冲洗后在100 ℃下干燥，得到功能化材料，记为S-N-1或S-S-1.1.4 两步法制备功能化硅基介孔材料以合成的SBA-15为母体材料，记为S-2，APTES(或MPTMS)为功能化硅烷偶联剂.将合成的S-2、乙醇和APTES或MPTMS按照1∶30∶3的质量比依次加入到三口烧瓶中，并不断搅拌，使S-2均匀分散于混合溶液中，并在65 ℃下加热搅拌冷凝回流6 h后于常温下冷却和抽滤，滤饼用乙醇溶液冲洗多次，然后再用蒸馏水反复冲洗至滤液呈中性，滤饼在100 ℃下干燥后得到功能化材料，记为S-N-2或S-S-2.1.5 测试与表征利用日本Hitachi公司S-4800型场发射扫描电镜完成扫描电子显微镜(SEM)，其中加速电压为10 kV.低角度粉末X射线衍射分析仪型号为HZG41B-PC，釆用CuKα为辐射源(λ=0.154 18 nm)，扫描速度0.05°/s.利用日本电子株式会社JEM-2100F型透射电子显微镜(TEM)观测形貌，加速电压200 kV.样品的比表面积(SBET)和孔结构通过美国麦克公司ASAP2020型粉体氮吸附仪进行分析.在氮吸附前，测试样品先于180 ℃下脱气.样品的比表面积(SBET)釆用多点BET计算方法测定，其相对压力(P/P0)在0.05～0.3.孔体积(VP)采用相对压力P/P0=0.99时的氮气吸附体积来确定.采用BJH法和脱附等温线确定其孔径分布.通过日本岛津公司的IRAffinity-1 FTIR型光谱仪测试合成样品的傅里叶变换红外光谱(FTIR)，测试频率范围4 000～400 cm-1.1.6 重金属离子的吸附实验分别研究功能化S-2介孔材料对溶液中单一金属离子的吸附性能.选取Zn2+，Pb2+，Cr3+ ，Cu2+作为研究对象，用蒸馏水分别配制浓度为0.5 mmol/L的Zn(NO3)2、Pb(NO3)2 ﹑Cr(NO3)3及Cu(NO3)2溶液.为确保单一影响因素，进行pH的调节，调节pH到7.6.将上述含重金属离子的溶液各取6份，每份100 mL，然后,向每份溶液中分别加入吸附剂0.20 g并迅速搅拌计时，由于吸附初始阶段，吸附速度较快，时间取点相对比较密集，随着吸附的进行，时间取点间隔逐渐加大，选取的吸附时间分别为5，10，20，30，40，60，90，120，180和360 min，在每个吸附时间点取上层清液的滤液5 mL盛放于封口试剂瓶中.利用TAS-986原子火焰吸收光谱测定所收集滤液中残余金属离子的含量，以吸附时间为横轴，溶液中重金属离子的浓度为纵轴，绘制吸附剂对重金属离子的吸附曲线.重金属去除率(η，%) 和吸附容量( R，μg/g) 的计算公式分别为式中：C0为被吸附前溶液中重金属离子的浓度， mmol/L；Ct为被吸附后溶液中重金属离子的浓度,mmol/L；m为投入介孔吸附材料的质量, g；V为重金属离子溶液的体积, mL；M为被吸附重金属离子的摩尔质量,g/mol.2 结果与讨论2.1 化学结构分析S-2的红外光谱所具有的特征吸收光谱主要由以下7个吸收峰组成(图1)，分别是451～471cm-1处由Si—O—Si键的弯曲振动引起的吸收峰， 805 cm-1附近由Si—O—Si键的对称伸缩振动引起的吸收峰，965 cm-1附近由Si—OH的对称伸缩振动引起的吸收峰是介孔分子筛的特征吸收峰，1 080 cm-1附近由介孔分子筛骨架Si—O—Si键非对称伸缩振动引起的吸收峰，3 420和1 630 cm-1附近由缔合状态的羟基振动引起的吸收峰[11].氨基功能化的所有样品均相对于未功能化样品出现了一些新的吸收峰.在2 830～1 930 cm-1附近出现两个明显的新的特征峰，这对应于C—H的反对称和对称伸缩振动；在1 490 cm-1附近可以看到另一个特征峰，这对应于伯胺(NH2)的面内伸缩振动吸收特征峰；在690 cm-1附近的特征峰对应于伯胺(NH2)的面外伸缩振动吸收特征峰；C—N的伸缩振动峰应出现在1 020 ～1 340 cm-1附近，与C—C 的伸缩振动吸收峰可能一起和介孔分子筛骨架Si—O—Si键非对称伸缩振动吸收峰重叠[12]；巯基功能化的所有样品也均出现了一些新的吸收峰，在2 830～1 930 cm-1附近出现两个明显的新的特征峰，这对应于C—H的反对称和对称伸缩振动[13]；在2 560 cm-1附近可以看到另一个特征峰，这对应于巯基的伸缩振动峰，在695 cm-1附近处的吸收峰对应于S—CH2的伸缩振动峰[14].由上述谱图信息分析结果可推断出氨基和巯基功能团已分别成功嫁接于S-2介孔材料的表面上.图1 样品M-2和S-2功能化前后的红外光谱图Fig.1 FT-IR spectras for M-2 and S-2 before and after functionalized一步法合成的功能化样品的吸收峰更加丰富，且在2 830～1 930 cm-1附近出现的两个特征吸收峰相对更明显，这可能是一步法合成的样品没经过高温煅烧导致模板剂没有去除完全造成的，可能会导致材料的孔隙率降低，对重金属离子的吸附有一定的影响；两步法合成样品的红外图谱在3 420和1 630 cm-1附近的吸收峰稍微增强，说明合成样品中的硅羟基浓度有所增加，对重金属离子的吸附有一定的促进作用，进一步表明两步法处理过程对硅基介孔材料的功能化是有效的.2.2 晶体学物性参数分析图2为样品功能化前后的小角XRD测试谱图.由图2可以较清晰地看出：所有功能化后的S-2样品均出现了(100) 晶面的衍射峰，但衍射峰的强度也不同程度地减弱了，说明经过功能化后的S-2仍然具有介孔材料的晶体学特征，也说明介孔材料表面经氨基和巯基功能团接枝后并没有改变其孔道结构性质[15]；两步法功能化的样品和一步法氨基和巯基功能化后的样品在(100)晶面衍射峰强度比较一致，一步法制备得到的样品衍射峰强度最弱，可能是因为一步法模板剂去除不完全所致，与化学结构分析结果一致；功能化后所有样品在(110)、(200)和(210)晶面的衍射峰强度均出现了较大程度的减弱，可能是由于接枝有机功能团后，虽然介孔材料的孔道结构特征没有显著改变，但孔道组成成分变得更加丰富，从而导致其有序度有所下降；所有功能化后的S-2样品的衍射峰都有向高角度偏移的趋势，由布拉格方程可以推算得出：介孔材料功能化后的晶格常数变小，孔径也有一定程度的缩小.也说明介孔材料的内壁成功接枝了一定的有机功能团.2.3 形貌分析S-2功能化后样品的形貌如图3所示，可以看到：所有样品都不同程度地发生了一定的团聚现象，说明功能化样品表面的极性由于化学成分的改变而发生了改变；一步法功能化合成的样品表面同样出现了白色的颗粒状物质镶嵌在材料里，这是没有去除干净而残留在材料里的模板剂，与红外光谱的测试表征结果一致；两步法功能化合成样品的表面不再光滑而较粗糙，说明功能化硅基介孔材料接枝效果相对较好，功能化过程并未使母体材料的主体结构遭到破坏，功能团还成功地接枝到硅基介孔材料的表面，能有效地增强材料对水体中重金属离子的吸附能力[16].图 2 硅基介孔材料功能化前后的小角 XRD 谱图Fig.2 Low-angle X-ray diffraction of S-2 before and after functionalized图3 硅基介孔材料S-2功能化样品的SEM图Fig.3 SEM images for mesoporous silica samples of S-2 after functionalized2.4 比表面积和孔径分布分析SBA-15介孔材料样品的多孔结构以及BET比表面积等性质对重金属离子的吸附性能有一定的影响，所有制备样品的氮气吸附脱附实验曲线如图4所示.S-2功能化前后样品的氮气吸附脱附曲线也都呈Ⅳ型[17]，说明样品功能化后样品的孔道结构并没有被破坏，样品是介孔结构，这与前文的表征结果(图2)一致.各种功能化方法制备的样品的最可几孔径、比表面积及孔容等参数也有一定变化，具体结果见表1.图4 S-2功能化前后样品的氮气吸附脱附曲线Fig.4 Nitrogen adsorption-desorption isotherms of S-2 before and after functionalized表1 S-2功能化前后样品的物性参数Table 1 Physical properties of the samples of S-2 before and after functionalized样品最可几孔径/nm孔容/(cm3·g-1) 比表面积/(m2·g-1)S-24.300.8702838.2S-N-12.950.545 3545.5S-N-24.210.754 5746.4S-S-13.020.553 1550.7S-S-24.220.767 3757.6从表1可以看出：所有功能化后样品的物性参数都有一定程度下降；功能化方法不同，其样品的物性参数差异也相差比较大；一步法功能化样品S-N-1和S-S-1的物性参数比较接近，二步法功能化样品S-N-2和S-S-2的物性参数也比较接近；一步法功能化合成的样品的孔容和比表面积有明显下降，S-N-1分别下降37.34%和34.92%，S-S-1分别下降36.44%和34.30%，可能是由于模板剂除去不彻底而占据了部分的孔道空间，使得孔容和比表面积都相对显著降低；两步法功能化样品的物性参数也比功能化前有所下降，但下降没有一步法功能化明显，S-N-2分别下降13.30%和10.95%，S-S-2分别下降11.82%和9.62%，也说明功能化后孔道结构没有被破坏，只是一部分孔道空间被接枝的有机功能团占据，孔道内有机功能团的存在对重金属离子的吸附有一定的促进作用.2.5 水体中重金属离子的吸附实验根据对所合成材料的测试与表征， S-2材料功能化后仍为有序介孔材料，具有较高的比表面积、较窄的孔径分布及较大的孔容等特性，可作为理想的吸附材料处理废水中的重金属离子.图5显示S-2介孔材料对重金属离子良好的动力学吸附性能并未因功能化而发生改变.所有介孔材料的吸附机理基本符合多孔性吸附剂吸附溶液中物质所存在的3个必要步骤.在初始吸附阶段，吸附剂的吸附速率都相对较快，且随着吸附的进行，其吸附速度有所减小，在约180 min后，几乎都趋于吸附平衡.在吸附的初始阶段，重金属离子主要被介孔材料的外表面吸附，传质阻力比较小而传质推动力又相对比较大，所以吸附速率较快；伴随着吸附过程的进行，溶液中重金属离子的浓度会逐渐减小，由于重金属离子沿介孔材料的微孔逐渐向介孔材料的内部扩散，扩散阻力渐增，而吸附速率又主要受扩散控制，导致吸附速率越来越小；吸附进行到最后，吸附主要发生在介孔材料的内表面，且浓度推动力越来越小，吸附基本达到动态平衡.各材料的吸附率结果分析见表2.S-2功能化所有样品对4种重金属离子的吸附相关数据如表2所示，硅基介孔材料经功能化后对重金属离子的吸附率都有一定程度的增加，说明有机功能团的引入对重金属离子的吸附有促进作用，这可能与功能基团能与金属离子形成比较稳定的化合配位体有很大关系[18].功能化方法不同其吸附效果也不一样，所有一步法功能化样品对金属离子的吸附率均不如两步法功能化样品，模板剂去除不干净，占据了有效吸附孔道从而在一定程度上影响了吸附效果.针对Zn2+、Pb2+和Cr3+，氨基功能化效果比巯基功能化效果要好，而对于Cu2+，巯基功能化效果比氨基功能化效果好，这与功能基团对各种金属离子的螯合能力大小有很大关系.Zn2+、Pb2+、Cr3+和Cu2+的最高吸附率分别为91.43%、93.36%、69.47%和90.96%，吸附效果较好，说明功能化的硅基介孔材料在治理含重金属离子废水的应用中具有良好的潜在应用前景.图5 S-2介孔材料功能化前后对金属离子的吸附曲线Fig.5 Metal ion adsorption curve for the samples before and after functionalized表2 S-2功能化前后对重金属离子的吸附结果Table 2 Metal ion adsorption results for the S-2 before and after functionalized材料Zn2+Pb2+Cr3+Cu2+CtRηCtRηCtRηCtRηS-20.22713754.620.23913152.230.3507530.080.26311847.32S-N-10.14217971.540.08720782.700.23613252.750.24013052.05S-N-20.04322991.430.03323393.360.15317469.470.06521887.07S-S-10.15117469.780.09020582.050.24712750.620.18915662.25S-S-20.05722288.680.03623292.710.17916064.200.04522790.963 结论一步法、两步法功能化方法均能在一定程度上接枝功能团基团，且不破坏硅基介孔材料的介孔结构，但由于有机功能团的介入并占据了部分孔道空间，使孔道的有序性、孔容和比表面积等物性参数下降.经氨基或巯基功能化后的SBA-15介孔材料对水体中重金属离子的吸附率有很大提高，其中一步法由于模板剂去除不干净而导致吸附效果相对受影响，但功能化SBA-15介孔材料在治理重金属废水的领域仍具有潜在的应用前景.参考文献：【相关文献】[1] YOKOI Toshiyuki, KUBOTA Yoshihiro, TATSUMI Takashi. Amino-functionalized mesoporous silica as base catalyst and adsorbent[J]. Applied Catalysis A: 2012, 421-422: 14-37.DOI:j.apcata.2012.02.004[2] CHEN Xinqing, KOON Fung Lam, KING Lun Yeung. Selective removal of chromium from different aqueous systems using magnetic MCM-41 nanosorbents[J]. Chemical Engineering Journal, 2011, 172 (2-3): 728-734.DOI:10.1016/j.cej.2011.06.042[3] GRIGOROPOULOU G, STATHI P, KARAKASSIDES M A. Functionalized SiO2 with N-, S-containing ligands for Pb(II) and Cd(II) adsorption[J].Colloids and Surfaces A, 2008,320 (1-3): 25-35.DOI:10.1016/j.colsurfa.2008.01.007[4] SANGVANICH Thanapon, SUKWAROTWAT Vichaya, WIACEK Robert J,et al. Selective capture of cesium and thallium from natural waters and simulated wastes with copper ferrocyanide functionalized mesoporous silica[J]. Journal of Hazardous Materials, 2010,182(1-3): 225-231.DOI: 10.1016/j.jhazmat.2010.06.019[5] HAN Y J, STUCKY G D, BUTLER A. Mesoporous silicate sequestration and release of proteins[J]. 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D01超材料与多功能复合材料D01.超材料与多功能复合材料分会主席：周济、殷小玮、彭华新、李垚、范同祥、范润华D01-01吸波超材料的宽带化、多功能化和智能化官建国，李维，吴天龙武汉理工大学宽带薄层吸波材料对于军事隐身和众多民用领域有重要应用。

但无论是对于传统的吸波涂层材料还是新兴的超材料，其宽带性能都亟需进一步提升。

此外，复杂的应用环境还对吸波材料提出了多功能化、智能化等要求，将超材料与多样化的构成材料进行复合获得宽带化、多功能化和智能化的超材料是重要趋势。

本报告将介绍我们最近在这些方面取得的进展。

在宽带化方面，将超材料的设计与传统高性能吸波材料相结合，能够获得宽带性能远远超过单纯超材料或传统材料的全新复合吸波超材料。

在微波频段，将超材料的概念引入传统吸波材料的设计中，对吸波涂层材料进行图形化，结果显示其吸收带宽获得了大幅拓宽。

也可以将超材料与传统吸波涂层设计成多层复合结构，经过合理的设计能使得超材料的低频吸收性能与吸波涂层的高频宽带吸波性能同时得到保留甚至相互增强，这为超材料与传统吸波材料的结合提供了良好的借鉴。

类似的复合思路同样也能扩展到其它频段，如光频：将在光频段具有半介质/半金属属性的TiN用于设计宽带的光频吸收超材料，能够将介质吸收、表面等离子共振吸收和超材料的结构吸收相结合，得到宽带、可控的吸收频带，可应用于高效太阳能转换。

在多功能方面，利用超材料构成基材的高透光性质，结合有利于高透光和宽带吸收特性的非平面型超材料的设计获得了具有高可见光透过率的宽带吸波超材料。

可调超材料在某些场合可替代宽带吸波材料的作用，并且具有智能化的前景，但基于电路可调的常规调节方法其频率可调范围十分有限。

从基础材料与超材料概念结合的角度出发，利用铁氧体在外磁场作用下的宽带可调特性，结合超材料的设计，我们获得了从工频到GHz范围超宽带可调的超材料。

总之，跨越超材料与传统材料的界限，能够在宽带化、多功能化和智能化以及更多的方面具有更加光明的前景。

实验课程名称：材料成型CAE综合实验实验项目名称自主设计焊接接头冷却过程的温度场和应力场实验成绩实验者专业班级组别同组者实验日期年月日第一部分：实验预习报告（包括实验目的、意义，实验基本原理与方法，主要仪器设备及耗材，实验方案与技术路线等）（一）实验目的对焊接接头应力及温度场分析是材料成型CAE中较为复杂的问题，它涉及到热与结构耦合等问题。

在焊接过程中，焊接接头的温度场会直接影响到焊接接头最终的组织和性能，是焊接过过程数值模拟的主要任务；焊接接头的应力场则对焊接结构产品的使用性能至关重要。

通过对焊接接头温度场和应力场的有限元模拟，学习用ANSYS对实际工程问题进行数值分析的过程。

（二）基本原理和方法1）基本原理：有限元法是一种离散化的数值计算方法。

离散后的单元和单元之间只通过节点相联系，所有场变量（位移、应力、温度等）都通过节点进行计算。

对于每个单元，选取适当的插值函数，使得在子域内部、子域分界面上以及子域与外界分界面上都满足一定的条件。

然后把所有单元的方程都组装起来，就得到整个结构的方程组。

求解方程组，就可以得到方程的近似解。

用ANSYS软件进行有限元分析，整个过程（以结构分析为例）可分为：前处理：建立几何模型；对几何模型进行离散化处理等。

加载求解：根据作用力等效原则将每个单元所受的载荷移置到该单元的节点上；根据边界条件修改刚度方程，消除刚体位移；求解整体刚度方程，得到节点位移；根据相应方程求解应力和应变等。

后处理：利用计算机图形方式，将计算结果以变形网格、等值线、彩色云图、动画等方式进行显示与分析等。

2）方法：方法：命令流的执行通常从输入框中读入：将“Filename.txt”中的命令采用复制的方式，粘贴到输入框中，按“Enter”键即可执行。

一次可复制一条、多条直至整个命令流文件。

（三）实验内容某一圆环由环形钢板和铁板焊接而成，焊接材料为铜，如图为其纵截面的1/2。

圆盘初始温度为800℃，将圆环放置于空气中进行冷却，周围空气为30℃，对流系数为120W/(m2℃)。

平面应力状态：单元体有一对平面上的应力等于0。（σz＝0， τzx ＝0， τzy ＝0 ） 平面应变状态（平面位移）：εz＝0（即ω＝0）， τzx ＝0(γ31＝0)， τzy ＝0(γ32＝0 )， σz一般不等于0。
层间强度低 在结构设计时，应尽量减小层间应力，或采取某些构造措施，以避免层间分层破坏。
几个基本假设
研究复合材料的刚度和强度时，基本假设：
假设层合板是连续的。由于连续性假设，使数学分析中的一些连续性概念、极限概念以及微积分等数学工具都能应用于力学分析中。 假设单向层合板是均匀的，多向层合板是分段均匀的。 假设限于单向层合板是正交各向异性的：即认为单向层合板具有两个相互垂直的弹性对称面。
复合材料创新
聚丙烯腈基纤维发展
我国碳纤维工业发展缓慢，与发达国家比较存在很大差距。 国内碳纤维发展过程 中国PAN基CF市场概况、特点 大力发展聚丙烯腈基纤维既有需要也有可能。
改进和发展纱类、机织物、无纺毡、编织物、缝编织物、复合毡，推进玻纤与玻钢两行业密切合作，促进玻璃纤维增强材料的新发展。
添加标题
设计人员可根据所需制品对力学及其它性能的要求，对结构设计的同时对材料本身进行设计。
添加标题
具体体现在两个方面
添加标题
力学设计
添加标题
给制品一定的强度和刚度
添加标题
功能设计
添加标题
给制品除力学性能外的其他性能
添加标题
组分材料和铺层方向可按照设计要求进行选择。选择不同的基体材料与增强材料以及它们的含量比，不同的铺层方向与构成形式，可以构成不同性能的复合材料。组分材料有其自己的固有特性，而且组分材料之间要彼此相容(包括物理、化学、力学等方面)，使其真正复合成一个整体，成为一种新材料。

Ｔｈｅ ｌｉｔｈｏｇｒａｐｈｙ ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔ ｉｓ ａｒｏｕｎｄ ＢＮ ３０３－３０ ｐｈｏｔｏｒｅｓｉｓｔ．Ｄｉｆｆｅｒｅｎｔ ｂａｋｉｎｇ ｃｏｎｄｉｔｉｏｎ ａｎｄ ｔｈｉｃｋｎｅｓｓ ｏｆ ｐｈｏｔｏｒｅｓｉｓｔ ｒｅｓｕｌｔ ｉｎ ｄｉｆｆｅｒｅｎｔ ｐｈｏｔｏｒｅｓｉｓｔ ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃ ｐａｒａｍｅｔｅｒｓ．Ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔ ｓｈｏｗｅｄ ｔｈａｔ ｔｈｅ ｃａｕｓｅ ｆｏｒ ｆａｉｌｕｒｅ ｉｓ ｐｈｏｔｏｒｅｓｉｓｔ ｆｏｒｍｅｄ ｐｉｎｈｏｌｅ ｗｉｔｈ ｕｎｄｅｒｅｘｐｏｓｕｒｅ ｏｎ ｔｈｅ ｃｏｎｄｉｔｉｏｎ ｏｆ ｓｐｅｃｉｆｉｃ ｔｈｉｃｋｎｅｓｓ．Ｂｕｔ ｏｖｅｒｅｘｐｏｓｕｒｅ ｃａｕｓｅｄ ｎｅｇａｔｉｖｅ ｅｆｆｅｃｔｓ ｏｆ ｌｉｔｈｏｇｒａｐｈｙ．Ｆｏｒ ｔｈｅ ｌｉｔｈｏｇｒａｐｈｙ，ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃ ｐａｒａｍｅｔｅｒｓ
１．１．２ ＭＥＭＳ的研究和应用领域
微机电系统微型化、智能化、集成度高和多学科交叉等一系列特点，微机 电系统的研究领域不仅与微电子学密切相关，而且还广泛涉及到机械、材料制 造、信息与自动控制、微摩擦学、微热力学、化学和生物等多种学科，所以微 机电系统技术是－－Ｉ＂Ｊ多学科的综合技术。微机电系统的研究包括：理论与技术 研究、ＭＥＭＳ材料、ＭＥＭＳ制造工艺研究。微机电系统理论基础研究和技术基
ｓｕｓｐｅｎｄｅｄ ｂｅａｍｓ，ｇｒｏｏｖｅ，ｔａｂｌｅ－ｂｏａｒｄ，ｅｔｃ．Ｉｎ ｍａｎｙ ｐｒａｃｔｉｃａｌ ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｓ，ｔｈｅ ｐｒｏｂｌｅｍ ｏｆ ｃｏｎｔｒｏｌ ｅｔｃｈｅｄ ｓｕｒｆａｃｅ ｍｏｒｐｈｏｌｏｇｙ ｉｓ ｔｈｅ ｇｒｅａｔｅＳｔ ｉｍｐｏｒｔａｎｃｅ，ａｎｄ ｐｒｏｄｕｃｔｉｏｎ ｏｆ ｓｍｏｏｔｈ，ｄｅｆｅｃｔ－ｆｒｅｅ ｓｉｌｉｃｏｎ ｓｕｒｆａｃｅ ｉｓ ｅ鼹ｅｎｆｉａｌ ｆｏｒ ｄｅｖｉｃｅ．啊比ｓｔｕｄｙ ｏｆ ａｎｉｓｏｔｒｏｐｉｃ ｅｔｃｈｉｎｇ ｉｓ ｐｒｏｐｉｔｉｏｕｓ ｔｏ ｇｅｔ ｍｏｒｅ ｃｏｍｐｌｅｘ ＭＥＭＳ ｓｔｒｕｃｔｕｒｅｓ

二、凝胶材料发展史
公元前2000—3000年如中国（长城—石灰）、埃及（金子塔—煅烧石膏）、罗马（庞贝圣庙—石灰）使用石膏胶凝材料，十八世纪后期发展水硬性石灰，十九世纪初(1810—1825)，Portland 水泥即硅胶盐水泥制成。英国（ J. Aspdin）1824年首获Portland cement 专利。1907—1909，制成快硬性高铝水泥，近年又发展了硫铝酸盐水泥、氟铝酸盐水泥等。
三、课程意义
1、材料研究 2、材料制备（合成）
四、前期课程
结晶学及材料矿物 材料工程基础 材料物理化学 材料物性性能 材料测试方法
五、课程内容
1、水泥工艺学 2、玻璃工艺学 3、陶瓷工艺学 4、耐火材料工艺学
六、材料回顾
1. “材料”相关的定义： 材料学(研究材料的科学)； 材料工学(研究材料工艺的科学)； 材料科学与工程(材料的成分、结构、工艺、性能、用途的科学）； 无机非金属材料（根据成分划分，由硅酸盐材料演变而来）； 结构材料、功能材料、建筑材料、环境材料、生态材料 。
2、材料分类（根据组成和结构）： (1) 金属材料； (2) 无机非金属材料： ① 矿物岩石材料 ； ② 水泥、玻璃; ③ 陶瓷、耐火材料； (3) 高分子材料； (4) 复合材料；
3、材料工艺 定义：我们将任何一种材料从原料→成品的整个过程称为材料工艺过程。 它包括原料制备工艺、成型工艺、溶制（窑炉工艺），制品工艺等。
表2-1 GB175-92各龄期、各类型水泥强度
品种
标号
抗压强度（Mpa）
抗折强度（Mpa）
3d
28d
3d
28d
硅酸盐水泥
425R
22.0
42.5

材料现代测试技术一、课程说明课程编号: 420209Z10课程名称: 材料现代测试技术/ Modern Testing Technique of Materials课程类别: 专业教育课程学时/学分: 32/2先修课程: 工程材料基础适用专业: 航空航天工程教材、教学参考书:(1.廖晓玲主编.材料现代测试技术. 北京: 冶金工业出版社, 2010年；(2.欧阳国恩主编.复合材料试验技术.武汉：武汉理工大学出版社，1993年。

二、课程设置的目的意义是为航空航天工程专业航空航天复合材料方向所设立的一门拓展知识体系的专业选修课程。

课程设计的目的是: 通过本课程学习, 使学生掌握现代测试技术和复合材料专用测试技术的基本原理, 了解材料力学、化学和物理性能等多方面的测试技术。

通过理论与实践相结合的方法, 培养学生在复合材料实验方面的动手能力, 为从事复合材料及其相关行业研究与开发奠定坚实基础。

三、课程的基本要求知识: 掌握材料现代测试的主要方法, 包括材料性能现代测试技术和复合材料专用测试技术两部分。

前者包括常用的热分析、色谱分析、光谱分析、质谱分析、核磁共振和扫描电子显微镜等基本测试方法；后者主要针对复合材料的拉伸、弯曲、冲击等基本力学性能以及吸水、导电、导热等性能的测试。

能力: 从应用的角度表征复合材料的结构及其性能, 用于解决材料制备的工程问题；用材料结构和理化性能的表征方法进行材料制备及其分析, 培养解决复杂工程问题的能力；提高针对具体问题提出有效的解决方案, 增强开发新材料的能力；在测试与材料学科的交叉知识的讨论中培养创新意识, 提高分析、发现、研究和解决问题的能力。

素质：建立复合材料－结构-性能一体的观念, 通过课程中的分析讨论辩论培养分析沟通交流素质, 通过课外导学的模式, 提升自主学习和终身学习的意识, 形成不断学习和适应发展素质。

四、教学内容、重点难点及教学设计五、考核方式及成绩评定。

教案（首页)
2011 至2012 学年第二学期
土木工程概论课程教案
编制日期：2012 年3 月1 日
1 页
土木工程概论课程教案
编制日期：2012 年3 月8 日
第2 页
土木工程概论课程教案
编制日期：2012 年3
月15日
3 页
土木工程概论课程教案
编制日期: 2012 年 3 月22日
4 页
土木工程概论课程教案
编制日期：2012 年3 月29日
5 页
土木工程概论课程教案
编制日期：2012 年4
月5日
6 页
土木工程概论课程教案
编制日期：2012 年4 月12日
7 页
土木工程概论课程教案
编制日期：2012 年4 月19日
8 页
土木工程概论课程教案
编制日期：2012 年4 月26日
9 页
土木工程概论课程教案
编制日期：2012 年5 月3日
土木工程概论课程教案
编制日期：2012 年5 月10日
土木工程概论课程教案
编制日期: 2012 年 5 月17日
土木工程概论课程教案
编制日期：2012 年5 月24日
土木工程概论课程教案
编制日期：2012 年5 月31日
第14 页
土木工程概论课程教案
编制日期：2012 年6 月7日
土木工程概论课程教案
编制日期：2012 年6 月14日。

.1. 材料科学与工程的定义，特点，地位和作用。

材料科学与工程是一门应用基础科学，它既要探讨材料的普遍规律，又有很强的针对性。

材料科学研究往往通过具体材料的研究找出带有普遍性的规律，进而促进材料的发展和推广使用。

材料科学与工程的特点：(1)材料科学是多学科交叉的新兴学科。

(2)材料科学与工程技术有不可分割的关系。

材料科学是研究材料的组织结构与性能的关系，从而发展新材料，并合理有效地使用材料；但是材料要能商品化，要经过一定经济合理的工艺流程才能制成，这就是材料工程。

(3)材料科学与工程有很强的应用目的和明确的应用背景，这和材料物理有重要区别。

地位和作用：①在人类发展的历史长河中，材料起着举足轻重的作用，人类对材料的应用一直是社会文明进程的里程碑。

②材料与能源、信息一道被公认为现代文明的三大基础支柱。

材料的发展创新是先导社会的先导，现代工业和现代农业发展的基础，也是国防现代化的保证。

材料科学的发展不仅是科技进步、社会发展的物质基础，同时也改变着人们在社会活动中的实践方式和思维方式。

由此极大地推动了社会进步。

材料科学与工程在机电、能源、建筑、激光、红外、环境保护、通讯等各个技术领域中已获得一系列重要的具体应用。

2. 材料的定义及其分类。

(1)材料是由一种化学物质为主要成分，并添加一定的助剂作为次要成分所组成的，可以在一定温度和压力下使之熔融，并在模具中塑制成一定形状(在某些特定的场合，也包括通过溶液、乳液、溶胶——凝胶等等形成的成型)，冷却后在室温下能保持既定形状，并可在一定条件下使用的制品，其生产过程必须实现最高的生产率，最低的原材料成本和消耗，最少地产生废物和环境污染物，并且其废弃物可以回收再利用。

(2)材料的分类：①按组成、结构特点进行分类：分为金属材料，无机非金属材料、有机高分子材料和复合材料。

②从其发展过程上，可分为传统材料和新型材料，其实，两者并无严格区别，它们是互相依存，互相促进，互相转化，互相替代的关系。

5.3 功能高分子材料课后作业作业时限：45分钟作业满分：100分一、选择题(每小题5分，共60分)1．隔热瓦是一种金属陶瓷，金属陶瓷是由陶瓷和黏结金属组成的非匀质的复合材料。

陶瓷主要是Al2O3、ZrO2等耐高温氧化物，黏结金属主要是Cr、Mo、W、Ti等高熔点金属。

下列关于复合材料的说法不正确的是( ) A．由两种或两种以上金属(或金属与非金属)熔合而成的物质叫复合材料B．复合材料一般具有强度高、质量轻、耐高温、耐腐蚀等优异性能，在综合性能上超过了单一材料C．玻璃钢是以玻璃纤维和树脂组成的复合材料，它可做船体、汽车车身等，也可做印刷电路板D．复合材料可以发挥每一种材料的长处，并避免其弱点2．在某些塑料(如聚乙炔)中加入强氧化剂或还原剂后，它们的导电性能大大提高。

因为这些塑料具有金属的一般特性，所以人们称之为“人造金属”，下列关于“人造金属”的说法正确的是( )A．“人造金属”和普通金属制取方法不同，但原料相同B．强氧化剂或还原剂是制取“人造金属”的重要材料C．“人造金属”能够导电传热，所以属于金属D．“人造金属”具有金属的一般特性，所以属于金属3．“神舟七号”的返回舱外形看起来像一口大钟，大约3吨重。

为了防止飞船与大气层摩擦产生高温而燃烧，应该选择某种特殊材料覆盖在飞船表面，这种材料应该具有的性质是( )A．良好的导电性B．密度较大，以增大飞船的惯性C．质轻防热，可承受上千摄氏度的高温D．质地柔软，以利于飞船的变形4.“耐高温长寿命抗氧化陶瓷基复合材料应用技术”获2004年度国家技术发明一等奖。

该复合材料的强度比钢还大，在航空航天器中用来替代金属材料，可节约20%～30%的燃料。

下列关于该材料的叙述中不正确的是( ) A．该材料属于新型无机非金属材料B．该材料的化学性质非常稳定C．与金属一样有较好的传热性能D．可以替代金属做耐高温结构材料5．由于吸水、透气性较好，高分子化合物“维纶”常用于生产内衣、桌布、窗帘等，其结构简式为，它是由聚乙烯醇()与另一单体经缩合反应得到的。

教 教 教 教 教 教 教 教 教 教
教
授 北 京航 空 材 料 研 究 院 授 天 津 大 学 ’ 授 南 京 大 学 授 电 子 科 技 大 学 授 华 中科 技 大 学 授 厦 门大 学 授 郑 州 大 学 授 北 京 航 空 航 天 大学 授 清 华 大 学 授 清 华 大 学
授 西 安 理 工 大 学
授 华 中科 技 大 学
解孝林 介 万奇
雷 明凯
教 教
教
授 华 中科技 大学 授 西北 工业 大学
授 大 连 理 工 大 学
李德才
李 善 君 李越 湘 林 璇 英 柳 清 菊 毛 协 民 茅 素芬 聂 祚仁 浦 鸿 汀 邱 介 山
授 中 国 工 程 物 理 研 究 院
授 授 授 清 华 大 学 重 庆 大 学 东 北 师 范 大 学
蔡
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教 教 教 教 教 教 教
授 上 海 交 通 大 学 授 北 京 理 工 大学 授 中 国 科 学 技 术 大 学 授 浙 江 科 技 学 院 授 南 方 医科 大 学 授 中 山 大学 授 四川 大 学
教
教 教 教 教 教 教 教 教 教
授 北方 交通大学
授 复且 大学 授 南 昌 大 学 授 汕头 大 学 授 云 南 大 学 授 上 海 大 学 授 西 安 交 通 大 学 授 北 京 工 业 大 学 授 同济 大 学
张 中 太 章 晓 中
赵 高 扬
赵 乃 勤 赵 玉 文
郑 玉 峰 周 明 凯
教
授 天 津 大 学
研 究 员 北 京 市 太 阳 能 研 究 所
教 教 授 北 京 大 学 授 武 汉 理 工 大 学

CADCAM复习题复制题目后，按住Ctrl+F键查找相应题目答案一、判断(共计50分,每题2.5分)1、执行ZooM命令后，图形在屏幕上放大缩小的结果和执行SCALE命令结果一样。

()A.正确B.错误正确答案：【B】2、AUtOCAD多段线(PIine)命令可以指定线宽。

()A.正确B.错误正确答案：【A】3、任何曲面上都可进行孔特征的创建。

()A.正确B.错误正确答案：【A】4、AUtOCAD中，在AUtoCAD系统中，用户可以按照自己的意图设置十字光标的大小，也可以设置捕捉框的大小，背景颜色也是可以按照需要进行设置的。

A.正确B.错误正确答案：【A】5、AUtoCAD中，用阵列命令可以生成矩形阵列和环形阵列，在生成矩形阵列时，行间距和列间距都可以是负值。

()A.正确B.错误正确答案：【A】6、PrOE中，任何曲面都可进行拔模特征的创建。

OA.正确B.错误正确答案：【B】7、AUtOCAD中所有的图层都能被删除。

()A.正确B.错误正确答案：【B】8、在AUtOCAD中，栅格与捕捉两者的间距不是对应的关系，但是为了使用方便，经常设置成一致的。

()A.正确B.错误正确答案：【A】9、PrOE中，相切约束后，约束曲线被对齐。

()A.正确B.错误正确答案：【B】10、AUtoCAD中MIRRoR,OFFSET,ARRAY命令实际上都是广义的物体复制命令。

0A.正确B.错误正确答案：【A】11、AUtOCAD中，正交功能打开时就只能画水平或垂直的线段。

A.正确B.错误正确答案：【A】12、ProE中壳命令可以删除或增加材料。

()A.正确B.错误正确答案：【A】13、AutoCADΦ,在绘图时,一旦打开正交方式ORTHo后,屏幕上只能画水平线和垂直线。

()A.正确B.错误正确答案：【B】14、ProE中，创建零件最基本的方法是增加材料与减切材料，二者常用的基础特征工具有：拉伸、旋转、扫描、混合等。

()A.正确B.错误正确答案：【A】15、AUtoCAD中图块在插入到图中时可调整图块中图形的大小和角度。

武汉理工大学光纤传感技术国家工程实验室简介
佚名
【期刊名称】《功能材料》
【年(卷),期】2014(45)12
【摘要】光纤传感技术国家工程实验室是2008年由国家发改委批准并投资在武汉理工大学建设的国家工程实验室。

【总页数】1页(PI0003-I0003)
【关键词】光纤传感技术;武汉理工大学;实验室;工程;国家发改委
【正文语种】中文
【中图分类】TP212
【相关文献】
1.铺架光纤传感的未来——访下一代互联网接入系统国家工程实验室物联网接入研究所所长孙琪真 [J], 秦奇
2.光纤通信技术和网络国家重点实验室(筹)简介 [J],
3.“可靠性与环境工程技术”国家科技重点实验室北京卫星环境工程研究所分实验室简介 [J],
4.武汉理工大学将成立“光纤传感技术国家工程实验室” [J],
5.硅酸盐建筑材料国家重点实验室(武汉理工大学)简介 [J],
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树脂基复合材料自动铺放技术进展第一篇：树脂基复合材料自动铺放技术进展树脂基复合材料自动铺放技术进展1. 前言用于航空航天器的先进复合材料构件主要采用热压罐成型技术制造。

自动铺放是替代预浸料人工铺叠,提高质量和生产效率的重要手段。

根据预浸料形态,自动铺放可分为自动铺带与自动铺丝两类:自动铺带(Tapelaying)采用有隔离衬纸单向预浸带(25~300 mm),多轴机械臂(龙门或卧式)完成铺放位置定位,铺带头自动完成预浸带输送剪裁、加热铺叠与辊压,整个过程采用数控技术自动完成。

自动铺丝(Fiber place-ment)采用多束(最多可达32根)预浸纱/分切的预浸窄带(3~25 mm),分别独立输送、切断,由铺丝头将数根预浸纱在压辊下集束成为一条宽度可变的预浸带(宽度通过控制预浸纱根数调整)后铺放在芯模表面,加热软化预浸纱并压实定型。

自动铺带与自动铺丝的共同特点是自动化高速成型,质量可靠,主要适于大型复合材料构件成型;其中自动铺带主要用于小曲率曲面构件(如翼面、壁板)的自动铺叠,由于预浸带较宽,以高效率见长;而自动铺丝侧重于实现复杂形状双曲面(如机身、翼身融合体),适应范围宽,但效率逊于前者。

自动铺放技术是数控机床技术、CAD/CAM软件技术和材料工艺技术的高度集成。

自动铺放源于上世纪60年代,在美国空军实验室支持下起步,后经ACT、CAI(计算机辅助设计)等计划支持,迅速发展:自动铺带机、自动铺丝机、各种预浸带/纱已经形成系列产品供应,用于多种航空航天器制造。

欧洲自动铺放技术近年来长足进步,形成自己的特色:如自动铺带的双头两步法和多带同步铺放技术,自动铺丝的旋转切割与预浸纱快速续接技术,这些技术大大提高了生产效率和适用性。

由于自动铺放成形采用的材料体系成熟度高,设计成型方法继承性好,易于数字化设计和自动化制造,已经成为发达国家飞机复合材料大型构件的主要成型方法:新一代大型飞机B787、A350的所有翼面采用自动铺带,而所有机身构件采用自动铺丝。