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新材料開發

CEMAR在高分子材料領域尤其是高分子工程材料的力學性能及其斷裂機理方面做了大量系統且深入的研究。以此為基礎,CEMAR在新材料研究領域不斷的開拓,積累了豐富的研發經驗,成功開發了納米碳酸鈣顆粒增韌的聚丙烯復合材料、天然納米管增韌的高抗沖擊環氧樹脂復合材料、天然納米管增強的碳纖維/環氧樹脂復合材料、高分子微孔發泡超輕高強工程材料、新型膠囊化儲能相變材料及微納米陶瓷纖維膜等多種性能優異的新材料。   


CEMAR新材料創新實驗室是以工業化應用為導向的公共研發平臺。實驗室擁有經驗豐富的專業研發團隊及各種先進的檢測與分析設備,適合承擔高分子材料、無機非金屬材料及金屬材料的研發項目。實驗室可以通過協助研發、共同研發和代理研發等方式與企業進行合作,也可以提供一整套的專業的材料表征和失效分析服務,為企業提供科技創新助力和技術保障,降低企業研發門檻,規避企業研發風險。目前,新材料創新實驗室除了積極與企業合作開發特定需求的新型材料及相關生產加工關鍵技術外,也在進行其它新材料的研究探索工作,積累產業化素材。


團隊在材料領域中的研究


高分子材料的力學性能(增強與增韌)

碳酸鈣納米顆粒增韌聚丙烯(PP)

      通過大量實驗和深入的研究,我們利用44nm的碳酸鈣顆粒首次大幅提高了PP的力學性能,其中包括:沖擊強度提高300%,斷裂韌性提高500%, 拉伸模量提高85%等。更重要的是,我們發現加入納米碳酸鈣會改變PP的晶體結構,而且在受力過程中,其會作為材料內部應力集中點而產生空穴現象。這種在材料內部大規模產生的空穴可以釋放材料的塑性約束,使材料產生大規模的塑性形變,進而大幅提高韌性。本成果被同行廣泛認可并大量引用,至今已多達近900次,是高分子材料增強增韌領域的經典文章。

     


高抗沖擊的環氧樹脂的制備

      利用一種天然納米管材料,我們可以將環氧樹脂的沖擊強度提高多達4倍,并且保持了包括楊氏模量和熱學穩定性在內的其他性能。經過系統的研究,我們發現納米管從基體上的脫粘、橋聯、斷裂及其富集相的存在等都對材料的沖擊性能的提高有著很大貢獻。這項開創性工作受到各界科研工作者的大量關注和追蹤,短短幾年已經被引用將近200次。


航空用高性能碳纖維/環氧樹脂復合材料

      碳纖維增強環氧樹脂復合材料由于高強、高韌、質輕及高熱穩定性等優異性能廣泛應用于航空、航天和軍事等高端領域。眾所周知,由于該種復合材料的層間力學性能較差,導致復合材料整體的斷裂韌性和耐疲勞性能下降,嚴重制約了其作為航空材料結構件的應用。鑒于此,我們創造性地在原有的二元體系中引入天然納米管來增強復合材料的層間力學性能。實驗結果證明,由于天然納米管在碳纖維布層間區域的橋聯、脫粘等現象,大量微裂紋可以在材料中穩定存在而不擴展為主裂紋從而斷裂,該種復合材料的層間剪切強度提高了至少25%, 層間斷裂韌性提高了近40%。更重要的是,我們發現,由于這種天然納米管的低廉的價格和在高分子材料中易于分散等特性,其工業化應用前景將大大超過著名的碳納米管。

   

微納米陶瓷纖維膜

      近些年,我們利用先進的靜電紡絲工藝成功制備了一種微納米纖維膜,該膜孔徑均一,孔隙率及表面積大且過濾性能優異。該膜可以廣泛應用于:生活及工業的廢水廢氣處理、食品發酵和除菌、果汁和啤酒的提純和化學品催化生產和儲能等領域。目前已經申請中國發明專利兩項,美國專利一項。


材料領域的計算機仿真模擬研究(增韌機理)

      利用計算機仿真模擬的手段,我們對材料的斷裂及其斷裂行為進行了深入的理論研究。例如,我們利用XFEM對材料的斷裂行為進行的定量研究。該研究把科學界對于增韌體系的定性認識提高到了新的高度。

    

 

材料領域的計算機仿真模擬研究(熱管理

      熱性能系統化計算機仿真模擬是一項在材料應用領域十分關鍵的技術。通過對電動汽車內部的熱管理系統進行數字化建模,我們系統地研究了膠囊化相變材料在電動汽車中的應用前景。在相變產品用量及其擺放位置、車內溫度預測、使用前景及其局限性等方面給出了理論解釋。

 

          


 


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