ZnO微-纳米棒_碳布多尺度增强复合材料的制备及性能研究

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1、论文分类号：１学校代码：１０７０８４３学号：１５０２０龜淡在科我ＡｆＳＨＡＡＮＸＦＵＮＩＶＥＲＳＩＴＹＯＰＳＣＩＥＮＧＥｉＴＥＣＨＨＯＬＯＱＹ硕士学位论文Ｔ’ｈｅｓｉｓｆｏｒＭａｓｔｅｒｓＤｅｇｒｅｅＺｎＯ微－纳米棒／碳布多尺度增强复合材料的制备及性能研究罗丹指导教师姓名：费杰－学科名称：材料学论文提交日期：２０１８年３月论文答辩日期：２０１８年５月学位授予单位：陕西科技大学论文分类号：1学校代码：10708学号：1502043硕士学位论文Thesis

2、forMaster’sDegreeZnO微-纳米棒/碳布多尺度增强复合材料的制备及性能研究罗丹指导教师姓名：费杰学科名称：材料学论文提交日期：2018年3月论文答辩日期：2018年5月学位授予单位：陕西科技大学申请工学硕士学位论文论文题目：ZnO微-纳米棒/碳布多尺度增强复合材料的制备及性能研究学科门类：工学一级学科：材料科学与工程培养单位：材料科学与工程学院硕士生：罗丹导师：费杰教授2018年5月StudyonfabricationandperformanceofZnOmicro-nanorods/carbonfabri

3、cmulti-scalereinforcedresincompositesAThesisSubmittedtoShaanxiUniversityofScienceandTechnologyinPartialFulfillmentoftheRequirementsfortheDegreeofMasterofEngineeringScienceByDanLuoSupervisor:Prof.JieFeiMay2018ZnO微-纳米棒/碳布多尺度增强复合材料的制备及性能研究摘要本文将多尺度改性复合材料界面的思路应用于提升摩擦材料

4、性能中，在碳布表面低温生长硬度适中，活性大的ZnO微-纳米棒，形成多尺度增强体。研究了ZnO微-纳米棒/碳布的微观结构和表面化学状态，分析了ZnO微-纳米棒增强酚醛树脂复合材料的力学性能及增韧机理，深入探讨了ZnO微-纳米棒/碳布增强酚醛树脂复合材料的摩擦磨损性能，具体结论如下：（1）采用水浴法成功制备出ZnO微米棒/碳布多尺度增强体，ZnO微米棒的直径为0.5μm，长度为6μm，通过红外光谱、拉曼光谱和X射线光电子能谱的表征得到在ZnO微米棒与碳布之间存在C-O-Zn化学作用力。所制备的复合材料拉伸和剪切强度值分别为18

5、2.4和147.1MPa，相比提升了27%和134%，具有高的回弹性和低的压缩性，并且具有高而稳定的摩擦系-133数，磨损率为0.68×10m/(N·m)，相比于原始碳布复合材料下降38%。（2）水浴反应中生长液的浓度变化对ZnO微米棒的形貌具有显著影响。当六水硝酸锌的浓度分别为12mM、36mM和60mM时，可控制备出不同形态的ZnO微米棒/碳布结构。当生长液的浓度为36mM时，ZnO微米棒的直径为0.4μm，长度为2μm且疏密度适中，六棱柱完整性较好。以其为增强体制备的复合材料具有优异的拉伸和弯曲强度，其值分别为170

6、.9MPa和62.5MPa，相比增加了40.2%和59.1%。同时也具有稳定的摩擦系数，磨-133损率为0.24×10m/(N·m)，是因为ZnO微米棒/碳布增强体在复合材料界面的机械咬合和化学粘附协同作用的结果。（3）通过水热法调节生长液的pH，在碳布表面制备出氧化锌。当pH为9时，在碳布表面成功制备出均匀生长的ZnO纳米棒，ZnO纳米棒的直径为50nm，长度为250nm，实现了氧化锌的纳米化。同时得到在碳布表面2+水热生长ZnO纳米棒的生长机理，即溶胶中的Zn将直接与碳纤维表面的C=O官能团作用，形成C-O-Zn的化学

7、结合形式，在水热条件下以此为晶核继续成核生长，最终形成均匀的ZnO纳米棒/碳布多尺度增强体。（4）对比分析了预处理碳布、机械添加和水热生长氧化锌纳米棒的碳布增强的复合材料力学和摩擦学性能。结果表明：机械添加和水热生长氧化锌的碳布增强的复合材料拉伸和弯曲强度均有提升，其中水热生长氧化锌的I碳布增强复合材料拉伸和弯曲强度分别为195.7MPa和73.2MPa。同时，机-16械添加和水热生长氧化锌的碳布增强的复合材料磨损率分别为1.33×103-163m/(N·m)和0.81×10m/(N·m)，相比于ZnO微米棒/碳布增强的复

8、合材料具有显著下降。关键词：ZnO微-纳米棒/碳布，树脂基复合材料，力学性能，摩擦学性能IIStudyonfabricationandperformanceofZnOmicro-nanorods/carbonfabricmulti-scalereinforcedresincompositesABSTRA