材料表面与界面论文

ISBN：712208573版 次：1包 装：精装开 本：小16开页 数：208页字 数：269千字 第1章 界面和界面的形成1 界面和界相2 界面的形成机理1 物理结合2 化学结合3 界面的作用6参考文献8第2章 复合材料界面的微观结构1 概述2 界面断裂面的形貌结构1 形貌结构的表征方法2 界面断裂面的形貌结构3 界面的微观结构1 表征方法2 陶瓷基复合材料3 金属基复合材料4 聚合物基复合材料4 界面的成分分析1 特征X射线分析2 背散射电子分析3 俄歇电子分析5 界面微观结构的AFM表征1 基本原理2 实验技术和图像解释3 碳纤维增强复合材料的界面4 聚合物纤维增强复合材料的界面6 界面微观结构的拉曼光谱表征1 界面碳晶粒的大小和有序度2 界面组成物的形成3 界面层组成物的分布43参考文献45第3章 复合材料界面微观力学的传统实验方法1 概述2 单纤维拉出（pull?out）试验1 试验装置和试样制备2 数据分析和处理3 微滴包埋拉出（microdroplet,microbonding）试验1 试验装置和试样制备2 数据分析和处理3 适用范围4 单纤维断裂(fragmentation)试验1 试样制备和实验装置2 数据分析和处理3 适用范围5 纤维压出（push?out,push?in,microdebonding）试验1 数据处理2 适用范围6 弯曲试验、剪切试验和Broutman试验1 横向弯曲试验2 层间剪切强度试验3 Broutman试验7 传统实验方法的缺陷64参考文献65第4章 界面研究的拉曼和荧光光谱术1 概述2 拉曼光谱和荧光光谱1 拉曼效应和拉曼光谱2 拉曼峰特性与材料微观结构的关系3 荧光的发射和荧光光谱3 纤维应变对拉曼峰频移的影响1 压力和温度对拉曼峰参数的影响2 拉曼峰频移与纤维应变的关系4 荧光峰波数与应力的关系1 荧光光谱的压谱效应2 单晶氧化铝的压谱系数及其测定3 多晶氧化铝纤维荧光峰波数与应变的关系4 玻璃纤维荧光峰波长与应变/应力的关系5 显微拉曼光谱术1 拉曼光谱仪2 显微系统3 试样准备和安置6 拉曼力学传感器1 碳纳米管2 二乙炔?聚氨酯共聚物7 弯曲试验1 四支点弯曲2 三支点弯曲3 悬臂梁弯曲89参考文献89第5章 碳纤维增强复合材料1 碳纤维表面的微观结构2 碳纤维形变微观力学3 碳纤维/聚合物复合材料的界面1 热固性聚合物基复合材料2 热塑性聚合物基复合材料4 碳/碳复合材料的界面5 碳纤维复合材料的应力集中1 应力集中和应力集中因子2 碳纤维/环氧树脂复合材料的应力集中110参考文献113第6章 碳纳米管增强复合材料1 概述2 碳纳米管的形变行为3 碳纳米管/聚合物复合材料的界面结合和应力传递1 界面应力传递2 界面结合物理3 界面结合化学4 碳纳米管/聚合物复合材料的界面能130参考文献131第7章 玻璃纤维增强复合材料1 概述2 玻璃纤维增强复合材料的界面应力1 间接测量法2 直接测量法3 界面附近基体的应力场4 纤维断裂引起的应力集中5 光学纤维内芯/外壳界面的应力场144参考文献146第8章 陶瓷纤维增强复合材料1 概述2 陶瓷纤维的表面处理1 涂层材料和涂覆技术2 碳化硅纤维的表面涂层3 氧化铝纤维的表面涂层3 陶瓷纤维的形变微观力学1 碳化硅纤维和单丝2 应变氧化铝纤维的拉曼光谱行为3 应变氧化铝纤维的荧光光谱行为4 碳化硅纤维增强复合材料的界面行为1 碳化硅纤维/玻璃复合材料2 压缩负载下SiC/SiC复合材料的界面行为3 纤维搭桥5 氧化铝纤维增强复合材料的界面行为1 氧化铝纤维/玻璃复合材料2 氧化铝纤维/金属复合材料3 纤维的径向应力4 纤维间的相互作用6 热残余应力1 理论预测2 实验测定182参考文献184第9章 高性能聚合物纤维增强复合材料1 高性能聚合物纤维的形变1 芳香族纤维和PBO纤维的分子形变2 超高分子量聚乙烯纤维的分子形变3 分子形变和晶体形变2 界面剪切应力1 概述2 芳香族纤维/环氧树脂复合材料3 PBO纤维/环氧树脂复合材料4 PE纤维/环氧树脂复合材料3 纤维表面改性对界面行为的作用1 PPTA纤维表面的化学改性2 PE纤维的等离子体处理4 裂缝与纤维相互作用引起的界面行为205参考文献207 复合材料学是一门相对年轻的学科，涉及化学、物理学、力学、材料科学和工艺学等多学科领域。分散于各学科领域的复合材料工作者有一个共同关注的焦点——复合材料的界面。两种脆性材料通过弱界面结合可以组合成一种韧性材料，而两种材料的强结合则可能产生强度成倍增大的新材料，这是界面所起的作用。可以认为，对于给定的增强体和基体材料，界面是决定复合材料性能的决定性因素。长期以来，人们都努力于通过设计和制作结构和性能合适的界面以获得符合预定性能的复合材料。显然，充分了解界面行为是达到这一目标的前提。有关复合材料的出版物十分丰富，然而却很少有专门讨论界面问题的书籍。关于界面问题的研究成果和最新进展又广泛分散于各个学科领域的众多出版物中，相关研究人员深感不便。本书试图将界面行为的最新理论、测试技术和数据处理方法集合在一起，填补这个欠缺。全书包含9章，主要涉及纤维增强复合材料的界面微观结构和力作用下的界面行为，同时尽力将界面微观行为与材料宏观性能相联系(尽管迄今为止这种关系并不很清晰，仍然是研究人员努力探索的目标)。第1章简要阐述界面的定义，黏结机理和界面的作用。界面的微观结构及其表征方法安排在第2章；电子显微术是传统的基本方法，近10余年来发展迅速的原子力显微术和显微拉曼光谱术提供了界面结构更丰富的信息。第3章涉及界面微观力学研究的传统实验技术和数据处理方法以及主要几种界面微观力学理论，同时指出传统实验和分析方法的缺陷。将拉曼和荧光探针与传统的界面微观力学试验相结合，形成了一种全新的、功能更丰富和更完善的实验技术和数据分析方法，使界面微观力学研究获得重大进展。这是一个成功的、多学科合作的例子。第4章阐述该方法的基本原理和实验技术以及对界面力学研究的主要贡献。第5章～第9章分述几种高性能纤维增强先进复合材料的界面力学行为。许多高技术产业不可缺少的碳纤维复合材料安排在第5章。近年来纳米尺度增强体（纳米管或纳米纤维）的应用使复合材料界面研究面临一个新的领域；例如，碳纳米管的结构和表面性质与传统纤维有很大差异，加上它的小尺寸效应，使其与基体形成的界面与传统纤维增强复合材料的界面显著不同，似乎提示应建立新的界面理论。同时，也要求使用新的与传统方法不同的探索界面行为的方法，第6章阐述这一领域的最近进展。第7章涉及玻璃纤维增强复合材料，玻璃纤维仍然是目前使用量最大的增强纤维。陶瓷纤维增强复合材料是高温和其他恶劣或特殊环境下不可缺少的先进材料，在国防和其他高科技领域中具有重要地位。对这类复合材料，界面的作用主要以材料增韧为目标，因而与其他复合材料有显著不同的界面行为，这部分内容要安排在第8章。 复合材料的界面能否有效地传递负载，有赖于增强体与基体之间界面化学结合和物理结合的程度，强结合有利于应力的有效传递。界面结合的强弱显然与界相区域物质的微观结构密切相关。对于以增韧为目标的复合材料系统，则要求较弱的界面结合强度，期望在某一负载后发生界面破坏，引起界面脱结合（debonding），此后由增强体与基体之间的摩擦力承受负载。摩擦力的大小与脱结合后增强体和基体表面的粗糙度密切相关，而表面粗糙度则在一定程度上取决于界相区的形态学结构。复合材料的结构缺陷，例如小孔、杂质和微裂缝，常常倾向于集中在界相区，这会引起增强复合材料性能的恶化。在材料使用过程中，由于湿气和其他腐蚀性气体的侵蚀，常常使界相区首先受到不可逆转的破坏，从而成为器件损毁的引发点。基于上述原因，不论在制造还是在使用过程中，复合材料的界面结构情景都吸引了人们特别的关注，成为探索复合材料界面行为的焦点之一。本章所述界面结构主要是指界相区的结构，也包含邻近界相区的基体和增强体的结构。许多复合材料的界相区与基体或增强体并无确切的边界。即便是同一种复合材料，界面结构也非均匀一致，有的是明锐的边界，有的是模糊的边界。界相区有时是一个结构逐渐过渡的区域。对界面结构的完整认识，应该包含对其邻近区域结构的检测。

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纳米是一个比微米小得多的计量单位。纳米技术是指在纳米范围内研究物质的结构及其变化规律，并应用于生产生活之中的技术。纳米材料(nano material)，纳米材料又称为超微颗粒材料，由纳米粒子组成。纳米粒子(nano particle)，纳米粒子也叫超微颗粒，一般是指尺寸在1～100nm间的粒子，是处在原子簇和宏观物体交界的过渡区域，从通常的关于微观和宏观的观点看，这样的系统既非典型的微观系统亦非典型的宏观系统，是一种典型人介观系统，它具有表面效应、小尺寸效应和宏观量子隧道效应。当人们将宏观物体细分成超微颗粒（纳米级）后，它将显示出许多奇异的特性，即它的光学、热学、电学、磁学、力学以及化学方面的性质和大块固体时相比将会有显著的不同。 由于纳米微粒的小尺寸效应、表面效应、量子尺寸效应和宏观量子隧道效应等使得它们在磁、光、电、敏感等方面呈现常规材料不具备的特性。因此纳米微粒在磁性材料、电子材料、光学材料、高致密度材料的烧结、催化、传感、陶瓷增韧等方面有广阔的应用前景。 世界上一些发达的工业国家，投入重金对纳米材料进行开发研究，在20多年中，纳米材料从问世至今，已经基本上完成了材料制备和性能开发阶段，步入了全面应用和完善工艺阶段，重视纳米科技发展的国家都得到了实惠。 我国在纳米科技领域的研究起步较早，基本上与国际发展同步；经过近20年的努力，我国已经初步具备开展纳米科技的研究条件，形成了一支研究队伍；近年来，我国在纳米材料与技术的基础研究领域取得了一些国际领先的成果。这些都为实现跨越式发展提供了可能。 2004年全球纳米新材料市场规模达3亿美元，年增长率为8％。2004年，中国纳米新材料市场总体规模达到2亿元，年增长率为18％，已经连续5年保持了15％以上的增长速度。其中，纳米粉体材料市场达到4亿元，占总体市场规模的8％，纳米复合材料市场8亿元，占总体纳米材料市场规模的2％。 2004内～2008年，世界纳米复合材料市场的年均增长率为4%，纳米复合材料市场将从2003年9080万美元增长到2008年11亿美元。世界聚合物纳米复合材料市场中，热塑性材料市场将从2003年7000万美元增长到2008年75亿美元，热固性材料市场将相应从2000万美元增长到2800万美元。 市场成长迅速；国家对高科技新材料产业的重视；我国的纳米材料技术水平的进一步突破；纳米材料与日常起居结合紧密，纳米与人们的生活日益接近等等这些因素必将使我国的纳米产业未来更加光明。