基于镓基液态金属玻璃倾斜开关的制备及研究

本文通过气氛保护熔炼法制备GaInSnZn液态金属,利用该合金作为导电液滴成功制备倾斜开关。通过扫描电镜(SEM)和能谱分析仪(EDS)对其微观形貌和成分进行了测试和分析,利用差式扫描量热仪(DSC)对其进行了熔点和凝固点测试,通过接触角测定仪研究了该液态合金在不同环境、不同基底表面的润湿性。结果表明:合金的质量比为m(Ga)∶m(In)∶m(Sn)∶m(Zn)=60.7∶25.2∶13∶1.1,熔点为9.5℃,凝固点为-5.2℃。合金在氧含量极低的环境下不会被氧化,在基底表面具有较大的接触角,且不会产生粘附。而在大气环境下,通过在玻璃和铜表面旋涂和喷涂PTFE分散液和导电碳膜做为涂层,其表面接触角分别从129.2°、123.9°增加到159.5°、153.5°,该涂层防止了液滴与基底之间的直接接触,从而解决了氧化层对基底的粘附和对铜表面的腐蚀。最后在氩气环境下,通过镀膜处理,结合镓基液态金属的流动性和高导电性,成功制备了镓基液态金属玻璃倾斜开关,通过与水银倾斜开关对比,验证了该开关在电路实际应用中的接触稳定性。     

镓基液态金属非润湿及不黏附玻璃表面的研究

液态金属/玻璃非润湿、不黏附研究对于镓基液态金属盛放、回收以及流动运输具有重要意义。通过气氛保护熔炼法制备GaIn_(20.5)Sn_(13)液态金属,利用不同型号砂纸打磨及旋涂镀膜处理制备不同表面形貌的玻璃片,研究合金液滴在不同玻璃表面的润湿、黏附和滚动行为。利用扫描电子显微镜(SEM)、原子力显微镜(AFM)以及接触角测量仪分别对不同玻璃的表面形貌、表面粗糙度以及润湿行为进行了测试和表征,并在其表面进行了滚动测试。结果表明:粗糙化处理和镀膜处理均可降低合金液滴在玻璃表面的润湿性,提高合金液滴的流动性。随着表面粗糙度的增大,液滴在玻璃表面的接触角不断增大,当粗糙度为187.9nm时,表面接触角达到150.6°。将表面粗糙化与镀膜处理相结合,得到镓基液态金属非润湿、不黏附的玻璃表面,接触角最高可达160.4°,同时合金液滴在其表面的滚动角为15°,滚动滞后角为3°。     

3D打印聚氨酯微流道封装镓基液态金属柔性导线及其性能

利用3D打印制备了聚氨酯(TPU)微流道,并采用注射器将GaInSn液态金属注入后封装,得到液态金属柔性导线.采用扫描电子显微镜(SEM)和能谱分析仪(EDS)对液态金属的形貌及结构进行表征.利用万用表和电化学工作站分别测试了复杂流道中的液态金属及外力作用下不同尺寸柔性导线的导电性能,并通过对比商用柔性电路板(FPC),测试了柔性导线在反复弯曲及对折下的抗疲劳性.结果表明,该液态金属由67.2％Ga、20.1％In和12.7％Sn(均为质量分数)组成,将其与TPU柔性材料结合,可制备多层复杂的结构电路;在压力(0～190 N)和弯曲变形(0～360°)的外力作用下,外力对液态金属柔性导线的导通性能基本无影响,其中,微流道横截尺寸为0.5 mm×0.5 mm时,外力对其影响最小;对比商用FPC,液态金属柔性导线在循环弯曲24 h、对折压实200次的条件下仍未发生断裂,其电阻仅增加0.02Ω,展现了液态金属在复杂柔性电路制造领域的巨大应用潜力.     

用冶金级氢氧化铝制备高纯氢氧化铝及氧化铝

研究了从冶金级氢氧化铝重溶后的铝酸钠溶液中脱除杂质硅和铁并制备高纯氢氧化铝和氧化铝,考察了脱杂剂CaO及Ca-Al水滑石用量、反应温度、反应时间及Na_2O浓度对脱杂的影响。结果表明:在CaO和水滑石用量均为10 g/L、85～90℃条件下反应2 h,脱杂效果较好,SiO_2、Fe_2O_3质量浓度都可降至2 mg/L以下,种分得到的Al(OH)_3中SiO_2、Fe_2O_3质量分数低于0.003%。将种分得到的氢氧化铝通过水热法处理可深度脱钠,三水铝石转变为一水铝石,晶间及包裹Na_2O返溶于水,Na_2O质量分数可降至0.02%左右。水热产物于1 150℃下煅烧,灼碱质量分数显著降低,Al_2O_3产品纯度在99.9%以上。     

高应力煤巷掘锚护一体化快速掘进工序优化与支护技术

深部巷道受高地应力、高地温等因素影响,存在巷道掘进速度慢、劳动强度高、作业环境差等问题。基于城郊矿利用掘锚护一体机掘、锚、护工艺机械化和连续化特点,分析了快速掘进主要制约因素,提出了快速掘进工序优化方案,掘进速度提高了31.7%,提高了掘进工效及锚杆支护质量,改善了巷道掘进支护作业环境和安全性。     

低透气性高瓦斯煤层CO2相变致裂强化增透技术

如何提高煤层透气性是低透气性高瓦斯矿井煤与瓦斯安全高效共采的关键.本文基于液态CO_2相变致裂工作原理,分析了爆破煤岩致裂与增透机理.结合陕西蒋家河煤矿ZF201工作面低透气性高瓦斯煤层地质生产条件,进行了爆破钻孔设计,确定了合理爆破有效影响半径等工艺参数.现场试验结果表明,采用液态CO_2爆破致裂增透技术后,提高瓦斯抽采纯量1.71倍,共抽采瓦斯105.4万m3,瓦斯抽采率提高到38.9%,促进了低透气性高瓦斯煤层工作面煤与瓦斯安全高效共采.     

MCMB/MWNT/TPU柔性导电3D打印耗材的制备及压敏特性研究

使用热塑性聚氨酯(TPU)、中间相炭微球(MCMB)、多壁碳纳米管(MWNT)制备了一种柔性导电压敏3D打印耗材,验证了耗材的打印效果并研究了两种碳材料添加比例对柔性导电材料力学性能、导电性能的影响。结果表明,加入两种碳材料皆能有效提高材料的导电性,MWNT与MCMB可在TPU基体中共同构建导电网络并互相起协同作用,当MWNT与MCMB添加量均为12%时,材料的电导率达到0. 842 S/cm。为了研究材料的力敏特性,选用含9%MWNT、6%MCMB (型号为9T-6B)的复合材料进行了压力敏感性能实验。结果表明,材料受压力越大其体积电阻值越小,当压力卸载后电阻值发生回弹,说明材料对压力具有一定的敏感性,并且在约400次0～90 N压力循环加载的情况下仍能保持良好的敏感性,所制备的复合材料有望结合3D打印技术制备不同复杂结构的柔性力敏感电子器件。     

深井孤岛煤柱工作面沿空留巷支护技术研究

以车集煤矿深井孤岛煤柱工作面为工程背景，探究深井高应力孤岛煤柱工作面沿空留巷充填体—围岩变形机理；构建沿空留巷围岩力学结构模型，计算出沿空留巷支护所需充填体的宽度及强度，并通过FLAC^3D软件模拟、现场监测验证了充填体宽度和强度的合理性。研究结果表明：孤岛煤柱工作面沿空留巷采用高水充填材料巷旁充填技术，以充填袋成形方式进行充填，可使充填体有效接顶；采用“锚杆锚索联合支护+巷旁充填体”方式进行煤柱中巷支护时，合理的充填体宽度为4.0 m,应力达到8.0 MPa时巷道变形趋于稳定。现场监测结果表明：23下工作面开采30 d内，煤柱中巷最大顶板下沉量不超过50 mm,充填体帮部变形不超过40 mm;回采结束后30 d内，顶板下沉量不超过20 mm,充填体帮部变形量最大为348 mm,煤帮变形量较小，最大处为150 mm,沿空留巷效果良好。