碳纳米管的压缩屈曲机理和电子结构

用分子动力学方法模拟了碳纳米管的受压屈曲变形过程，分析了碳纳米管结构屈曲的微观机理，从能量和微观结构变化研究了碳纳米管屈曲变形的机理；用紧束缚分子动力学方法研究了碳纳米管的结构屈曲对其电子结构和输运特性的影响，在压缩过程中，随着能量的不断积累，碳纳米管局部区域原子的温度上升，结构软化，产生失稳；在压缩变形过程中，随着碳纳米管变形的发展，在结构失稳之前，原子间的相互结合作用增强，高结合能区域的电子能态分布增大；而随着失稳的发生，原子结构松弛，原子间相互结合作用减弱，导致电子能态朝低结合能区域发展，碳纳米管受压的弹性屈曲变形对其电子结构不产生较大的影响，其输运特性也不发生本质的改变。     

碳、碳化硅及硅纳米管熔化与压缩特性的分子动力学研究

采用Tersoff势的分子动力学方法,模拟了(5,5)型单壁碳、碳化硅及硅纳米管的熔化与轴向压缩过程,得到了不同温度下各纳米管的形态、原子径向分布、能量变化以及压缩力-应变曲线.进而,根据模拟结果,分析了它们熔化与压缩特性的差异.研究表明,碳、碳化硅及硅纳米管的熔点分别为6300、5600和2250K左右,它们熔化后分别呈现为网状、疏松的不规则球状以及紧密排布的球状形态;碳、碳化硅或硅纳米管的熔点、比热,熔化热以及承压能力均有碳管＞碳化硅管＞硅管的排序.     

碳、氮化硼纳米管与纳米豆荚的拉伸与压缩特性

采用分子动力学方法，模拟了（10，10）碳、氮化硼纳米管及纳米豆荚的轴向拉伸与压缩．根据模拟结果，讨论了它们拉伸与压缩力学特性的差异．研究表明：①碳纳米管及碳豆荚的拉伸失效为剪切破坏，而氮化硼管及氮化硼豆荚为拉断模式；②碳管及碳豆荚的拉伸性能无明显差异，均明显优于氮化硼管及氮化硼豆荚，氮化硼豆荚的拉伸性能优于氮化硼管；③碳管及碳豆荚的压缩失效形式为管壁的局部屈曲，而氮化硼管及氮化硼豆荚为管壁原子的重构；④碳与氮化硼纳米管，以及碳与氮化硼豆荚的压缩性能分别相当，但两种豆荚的压缩性能明显优于两种空纳米管．     

氮化硼纳米管的制备及其最新进展

综述了氮化硼（BN）纳米管的研究现状及其最新进展,介绍了目前普遍采用的几种制备BN纳米管的工艺方法及其相关的生长机制。同时着重分析比较了用不同制备方法获得的BN纳米管的端帽结构。     

中科院物理所研究发现新型纳米电子材料

氮化硼(BN)作为宽带隙材料具有优异的物理性质和良好的化学惰性，是制作高可靠性器件与电路的理想电子材料之一。与碳纳米管的电子结构明显依赖于管径与螺旋度等因素不同，BN纳米管通常表现出稳定一致的电学特性，在未来的纳电子学领域有着非常诱人的应用前景。而实现BN纳米管的掺杂，诱导其半导体特性，是实现该材料在纳电子学领域应用的关键，也是研究者普遍感兴趣和追求目标。     

硼碳氮纳米管生长机理的研究

硼碳氮纳米管具有许多比碳纳米管更好的性质,因而成为当今世界研究的热门材料之一.用汽-液-固生长模型解释了硼碳氮纳米管的生长机理,并用化学键能分析了其C/BN相分离及结构的稳定性,指出了C和BN各自的能量及化学稳定决定B,C和N三种元素的分布情况.最后阐述了影响纳米管生长的几个主要因素.     

气体配比对硼掺杂碳纳米管生长特性的影响

采用电子回旋共振微波等离子体化学气相沉积技术（ECR-CVD）,以Fe3O4纳米粒子为催化剂,CH4 、B2H6和H2为气源,在多孔硅基底上制备出了掺硼碳纳米管.研究了不同B2H6/CH4气体配比对碳纳米管生长特性的影响.使用扫描电子显微镜（SEM）、透射电子显微镜（TEM）和X射线光电子谱（XPS）对样品的形貌、结构及组分进行表征.结果表明：B2H6对纳米管的生长具有较大影响.气源中含有少量的B2H6就会破坏纳米管的定向生长,使纳米管变得弯曲;随着气源中B2H6比例的增加,纳米管结构从中空结构转变为类竹节结构,多壁管外径由60 nm～90 nm增大至200 nm～250 nm,管壁由10 nm～20 nm增厚至70 nm～100 nm,表面变得粗糙,同时纳米管的生长速度降低;纳米管中的B/C原子比随着B2H6比例的增大而增大,当B2H6/CH4体积配比为2：1时B/C原子比增至28：72.     

碳纳米管异质结构的 ECR-CVD法制备

使用电子回旋共振微波等离子体化学气相沉积方法（ECR-CVD），以Fe3O4纳米粒子为催化剂，多孔硅为基底，采用CH4／H2和CH4／B2H6／H2两种气源在连续的CVD过程中大量合成了一种新型的纳米管异质结构．扫描电镜（SEM）和透射电镜（TEM）观察表明：合成的异质结构一端是类竹节状的掺硼碳纳米管，另一端是光滑中空的纯碳纳米管．异质结构采用底端生长模式，先行生长的掺硼纳米管处于纳米管结构的顶端．     

内衬聚偏氟乙烯热塑层的纤维缠绕复合材料管径向平压性能

纤维缠绕角度、纤维缠绕层厚度及碳/玻纤维混杂比是影响内衬聚偏氟乙烯(PVDF)热塑层的纤维增强热固性复合材料缠绕管径向平压性能的重要因素,其性能直接决定复合材料缠绕管产品掩埋深度和抗碾压能力。将PVDF颗粒经挤出机制成PVDF管,然后以表面喷砂处理后的PVDF管为内衬芯管,采用湿法缠绕技术制备不同结构参数的复合材料缠绕管。利用管平行板外载平压性能测试方法,测试了3种结构参数对复合材料管径向平压性能的影响,并分析其破坏模式与失效机理。结果表明,随缠绕层厚度的增加,径向压缩强度和径向压缩模量逐渐增大;随着缠绕角度的增大,径向压缩强度和径向压缩模量先增大后减小;另外,随着碳/玻纤维混杂比的提高,复合材料缠绕管的压缩强度和压缩模量相应增加。     

泡沫钢填充管的准静态压缩变形模式、力学性能及吸能特性

本工作以430L不锈钢粉为原料,采用粉末冶金法制备泡沫钢,然后通过物理粘结法将泡沫钢芯与薄壁金属管结合,分别对空管和泡沫金属填充管进行准静态轴向压缩实验,并对比分析空管和填充管的压缩变形模式、力学性能和吸能性能.研究表明:在压缩变形过程中,空铝管和泡沫钢填充铝管均呈现轴对称变形模式,而空钢管呈现非轴对称变形模式,泡沫钢填充钢管呈现混合变形模式;泡沫钢填充铝管抗压强度约为56.09 MPa,比泡沫铝填充铝管高1.69倍;泡沫钢填充钢管抗压强度高达116.03 MPa,比泡沫铝填充钢管高1.05倍;当应变量为40％时,泡沫钢填充铝管单位体积能量吸收值为27.93 MJ/m3,是泡沫铝填充铝管吸能值的2.91倍,泡沫钢填充钢管单位体积能量吸收值为35.98 MJ/m3,是泡沫铝填充钢管吸能值的1.15倍;当泡沫钢填充铝管的壁厚由1 mm增大到2 mm时,泡沫钢填充管的平台应力值增大1.36倍;在应变量为40％时,单位体积能量吸收值增大1.26倍,同时泡沫钢填充管在压缩过程中的变形褶皱数随着壁厚的增加而减少.     

不同结构UHMWPE纤维纬编针织复合材料压缩性能

针对高性能超高分子量聚乙烯（UHMWPE）纤维的特性,成功编织出纬平针、罗纹、畦编3种针织物。采用真空辅助树脂传递模塑成型（VARTM）技术,分别制备出6层纬平针、6层罗纹以及6层畦编织物复合材料板。对3种结构复合材料进行压缩试验,并比较分析了比压缩强度-应变曲线、比压缩能量-应变曲线、比压缩能量-应变拟合曲线,分析了压缩过程中的能量吸收情况及材料的破坏形式。结果表明:纬平针结构复合材料的比压缩强度和比压缩能量均最大,其次是罗纹,畦编最小;且3种结构复合材料的压缩破坏过程均不属于脆性破坏;由于材料表现出较好的柔韧性,试样的比压缩能量与压缩应变呈线性相关;相同结构复合材料纵、横向比压缩强度-应变曲线和比压缩能量-应变曲线几乎重合。基体沿增强结构呈分层现象的破坏和树脂的塑性变形是材料的主要破坏形式。      

纸夹芯和泡沫复合层状结构的静态缓冲吸能特性研究

针对由发泡聚乙烯（EPE）、瓦楞纸板、蜂窝纸板组成的复合层状结构的包装防护作用,通过实验对比分析了这类结构的横向静态压缩变形特征和缓冲吸能特性。结果表明,这类结构在压缩初始阶段和最后阶段主要表现为EPE的力学性能,而在中间阶段为瓦楞纸板、蜂窝纸板的力学性能。复合层状结构的弹性模量、总吸能、行程利用率均高于EPE,而单位体积变形能则由于试样厚度增加幅值不同,并未表现出与总吸能一致的变化规律。比吸能随着压缩应变增大而增加,几乎不受压缩速度的影响,其中EPE与蜂窝纸板复合层状结构的比吸能均大于EPE与瓦楞纸板复合结构。在应力水平较小时,EPE与瓦楞纸板复合层状结构的能量吸收效率大,然而在应力水平较大时,EPE与蜂窝纸板复合的能量吸收效率大。     

多壁碳纳米管/天然橡胶复合材料的结构和动态性能

以HNO₃/H₂SO₄改性的多壁碳纳米管（CNTs）为原料,制备多壁碳纳米管（CNTs）/天然橡胶（NR）复合材料,研究了在NR中填充CNTs对其力学性能、动态性能、Payne效应、压缩生热和损耗因子的影响。结果表明:经HNO₃/H₂SO₄混合酸改性的CNTs表面含有氢原子、含氧官能团和自由基,增强了大管径CNTs与橡胶基体间界面结合,如物理吸附、氢键作用、化学结合等。其结果是,随着CNTs管径的增大,对复合材料的补强作用增强,压缩温升小,其Payne效应也降低;损耗因子（tanδ）越大压缩温升越高;填充不同管径CNTs的份数越大,碳纳米管之间的平均距离减小,更易形成聚集体,其复合材料的Payne效应越大。     

软土地区侧压损失对盾构隧道受力及变形的影响

针对软土地区地铁沿线工程活动导致盾构隧道收敛变形增大的问题,采用1:10相似模型试验和精细化3D有限元模拟相结合的方法,研究了侧向压力损失对盾构隧道结构处于弹性阶段与塑性阶段的受力及变形的影响规律。研究结果表明:当侧向压力损失较小时,侧向压力损失与盾构隧道径向变形之间呈线性关系,盾构隧道结构处于弹性阶段;当侧向压力损失增大时,侧向压力损失与盾构隧道径向变形之间呈指数型关系,盾构隧道结构进入塑性阶段;增大管片厚度能有效提升管片的抗变形能力,但抗变形能力会随厚度增大而趋于平缓;从混凝土结构偏心受力的角度分析,盾隧道管片厚度增大会导致结构从小偏心受压向大偏心受压转变,但从结构应力/应变的角度分析,管片的最大应变值减小,从而使盾构隧道结构处于更安全的受力状态。     

石膏型渗流制备泡沫铝填充圆管压缩行为研究

采用石膏型渗流制备开孔泡沫铝并填充到薄壁圆管,制成泡沫铝夹心管.通过准静态压缩试验研究了泡沫铝夹心管的压缩行为.结果表明:采用石膏型渗流法制备的泡沫铝孔隙率在85％左右,其压缩变形阶段可分为弹性段、塑性平台段和致密化段;空心圆管的压缩行为与其本身的结构参数有关;泡沫铝夹心管的力学性能与吸能能力比空心圆管和泡沫铝有了一定...     

基于纤维解离水曲柳压缩解离特征与能量耗散机制研究

目的 以水曲柳为研究对象,研究高应变率压缩载荷作用下水曲柳试件的解离特征和能量耗散机制。方法 利用压缩加载试验分析应变率、加载方向对受载水曲柳的形态特征影响和动力学特性,并利用弹塑性基本原理分析其受压解离的能量耗散机制。结果 解离后径向加载试件主要呈火柴棍状,弦向加载试件主要呈片状,轴向加载试件主要呈不规则块状,试件的解离程度随应变率的增大而增大;当应变率在400~1 000 s⁻¹时,水曲柳试件的应力-应变曲线由弹性阶段和屈服后弱线性强化阶段两部分组成;水曲柳试件的屈服强度随应变率的增大而增大,当应变率从400 s⁻¹增加到1 000 s⁻¹时,径向、弦向和轴向加载试件的屈服强度分别增加了0.45倍、1.34倍和0.71倍;木材原料沿径、弦向解离时主要依靠木材细胞的压缩变形来耗散能量,沿轴向解离时主要依靠木材细胞纵向结构的弯曲来耗散能量。结论 弦向最易解离,轴向最难解离;水曲柳是一种应变率敏感材料;木材原料径、弦向解离主要依靠压缩变形来耗散能量,轴向解离主要依靠弯曲变形来耗散能量,木材原料解离能够耗散能量的多少主要受加载方向、木材细胞的结构尺寸和力学性能的影响。     

纳米管状聚苯胺金属镀覆及抗电磁波性能

利用碳纳米管-纳米管状聚苯胺复合材料，进行化学无电金属镀层。经过采用Ni、Cu和Ni—Cu复合镀层工艺试验对比，形成了纳米金属镀层复合物。通过SEM观察发现纳米结构的金属颗粒在聚苯胺分子的表面形成了均匀分布和稳定的结合，利用TG、XRD等一系列实验分析表明镀层材料具有良好的金属-纳米管状聚苯胺晶体共轭结构。通过压片法，利用波导管进行抗电磁波性能分析，电磁波的屏蔽效应达到了40dB，证明该材料在电磁屏蔽及相关电子、传感器等技术应用中，将具有良好的应用前景。     

不同剪切变形下橡胶隔震支座竖向压缩刚度试验研究

针对橡胶隔震支座,研究了其在不同水平剪切变形状态下的竖向压缩刚度理论计算方法,基于双弹簧模型,提出了改进的不同剪切变形状态下橡胶隔震支座竖向压缩刚度理论计算公式。采用建筑结构中常用的第二形状系数S 2=5系列(G4)天然橡胶支座及铅芯橡胶支座,进行了不同压应力及不同剪切变形下的压缩性能试验,通过试验研究不同水平剪切变形状态下的橡胶隔震支座竖向压缩刚度。研究结果表明:橡胶隔震支座竖向压缩刚度随剪应变增大而减小,随设计压应力增大而增大;在设计压应力相同的条件下,橡胶隔震支座竖向压缩刚度随压应力变化范围的增大而减小;基于橡胶隔震支座有效承载面积的公式虽能反映支座竖向压缩刚度随剪应变增大而减小这一趋势,但与试验结果相比误差较大;既有的基于双弹簧模型的竖向压缩刚度计算公式计算精度优于基于有效承载面积的竖向压缩刚度计算公式,但在150%以上剪应变时,也存在误差较大的问题;提出的改进的基于双弹簧模型的不同剪切变形状态下橡胶隔震支座竖向压缩刚度计算公式与试验结果吻合较好,与既有基于有效承载面积计算橡胶隔震支座竖向压缩刚度和基于双弹簧模型的计算橡胶隔震支座竖向压缩刚度的公式相比较,具有较高的计算精确度。     

碳纳米管和镓掺杂碳纳米管场发射性能研究

采用催化热解方法分别 制备出碳纳米管和镓掺杂碳纳米管, 并利用丝网印刷工艺将其制备成纳米管薄膜. 对此薄膜进行低场致电子发射测试表明, 碳纳米管和镓掺杂纳米管开启电场分别为2.22和1.0V/μm, 当外加电场为2.4V/μm, 碳纳米管发射电流密度为400μA/cm², 镓掺杂纳米管发射电流密度为4000μA/cm². 可见镓掺杂碳纳米管的场发射性能优于同样条件下未掺杂时的碳纳米管. 对镓掺杂纳米管场发射机理进行了探讨.     

碳纤维增强聚合物复合材料方形蜂窝夹层结构水下爆炸动态响应数值模拟

基于ABAQUS有限元仿真软件,建立了不同夹芯相对密度的碳纤维增强聚合物（Carbon Fiber Reinforced Polymer,CFRP）复合材料方形蜂窝夹层结构在水中爆炸冲击波载荷作用下的仿真模型,分析了结构的变形过程、夹芯的压缩特性及结构的失效及破坏情况。数值模拟结果表明,CFRP复合材料蜂窝夹芯压缩量在前面板速度降至与后面板相同时达到最大; CFRP复合材料蜂窝夹芯的最大压缩量随着初始压力的增大呈先缓慢增大后快速增大的趋势,其增大趋势在夹芯接近完全压缩时又趋于缓慢; CFRP复合材料夹层结构失效随夹芯相对密度和初始压力的变化呈现不同的模式,且其防护性能优于等重的层合结构。研究结果可以为复合材料夹层结构在水中冲击波载荷防护中的应用提供参考。