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所谓耐候板材料,指能吸收或者大幅减弱投射到它表面的电磁波能量,从而减少电磁波干扰的一类材料。人们越来越认识到电磁波辐射对环境的影响,飞机航班因电磁波干扰无法起飞而误点;医院的电子诊疗仪器因电磁波干扰而无法正常工作;电磁辐射也可能对人体造成直接或间接的伤害。耐候板材料在国防上的重要作用也日益显现,在各种武器装备和军事设施上面涂复吸收材料,是反雷达侦察的一种有力手段,美国在伊拉克战争中使用的涂复了吸收材料的隐形飞机,有效避开了伊拉克的雷达监测。因此,发展耐候板材料已成为材料科学的一大课题。
作为耐候板材料,必须在较宽频带内对电磁波具有高的吸收率,目前研究为成熟的耐候板材料是铁氧体。铁氧体材料在高频电磁场作用下会造成比较大的磁损耗来吸收电磁波,具有价格低廉、耐候板性能好、涂覆层薄、吸收频带宽等优点。
的研究发现,碳纳米管有可能在耐候板材料研发中扮演重要角色。碳纳米管粒子尺度在1~100nm,远小于红外线及雷达波波长(1~1000μm),因此碳纳米管微粒材料对红外及微波的吸收性能比普通耐候板材料要好得多。碳纳米管材料具有比普通粗粉体耐候板材料大3~4个数量级的高比表面积,随着表面原子比例的升高,悬挂键增多,大量悬挂键的存在容易造成界面极化,而高的比表面积和高比例表面原子又会导致多重散射,这些因素使得碳纳米管具有很好的耐候板特性。宏观量子隧道效应和量子尺寸效应的存在使得碳纳米管粒子的电子能级分裂,通过分裂而产生的能级间隔正好位于微波所对应的能量范围内,从而产生新的耐候板通道。在微波场的辐射下,原子和电子相对运动加剧,促使其磁化,从而通过使电子能转化为热能来加大对电磁波的吸收效果。碳纳米管还可以通过磁滞损耗、畴壁共振和后效损耗等磁极化衰减来吸收电磁波。碳纳米管独特的螺旋结构也影响其耐候板性能。
目前的研究工作表明,将碳纳米管这种具有形态结构可控制、质量轻、导电性可调变、吸收电磁波频带宽、高温抗氧化性能强等优点的新型耐候板材料与研究为成熟、具有价格低廉、耐候板性能好、涂覆层薄、吸收频带宽等优点的铁氧体耐候板材料相结合,必定能实现耐候板材料的跨越性进步。例如,将多壁碳纳米管分散于BaFe10Mg0.5Co0.5ZrO19的前驱体溶液中,通过溶胶凝胶工艺制备Mg-Co-Zr取代的钡铁氧体负载的多壁碳纳米管复合纳米粒子,具有比单一钡铁氧体和多壁碳纳米管更为优异的耐候板性能,当碳纳米管体积分数在8%时具有 耐候板效果,反射率在8~12GHz波段内优于-20dB。又如,通过柠檬酸络合物形成的溶胶凝胶制得钴铁氧体,将其与碳纳米管混合均匀制备涂层。当碳纳米管的质量分数为20%时,厚度仅为1mm的涂层, 峰值就能达到-19.2dB,优于-10dB的有效带宽达3.1GHz。
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钢铁生锈在汽车工业上是一个很大的问题,虽然有油漆覆盖,但是容易刮花,另外保险杠上涂有铬,该过程又涉及到要添加有毒的化学物质。
欧标耐候板:S235J2W S355J0W S355J2W S355K2W S355J0WP S355J2WP
美标耐候板:ASTMA588 ASTMA242 ASTMA871 COR-TENA COR-TENB
耐酸板:Q315NS Q345NS 09CRCUSB B440NS TNSBNS440 等
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为了解决这个问题,SUNY布法罗化学教授SarbajitBanerjee和博士生罗伯特丹尼斯研发成功了一种含有石墨烯的聚合物复合材料。
石墨烯是一层碳原子,它具有疏水性和强的导电性。这些性质使钢铁在接触水的同时也减少了使铁生锈的氧化铁的电化学反应。
这两名研究人员把这层复合涂料添加到一种清漆中,将其涂抹在钢上,然后再将其浸没在盐水中。在典型的冬季气候中,盐水与盐和雪的混合物是不同的并且一辆车会遇到一辆车,所以作为一个非常恶劣的环境替身,它是非常有效的。
起初,涂上清漆的钢片只能在盐水中持续几天。但是,通过调整添加的石墨烯的浓度和分散度,Banerjee和丹尼斯可以让清漆在这种环境中保持一个月的时间。
Banerjee谈到,他想要在涂层中加入一些东西,该涂层在出现刮痕的附近能够检测到水的pH值变化,并以一种能密封裂缝的方式与水发生反应。
尽管这一技术距离商业化还有很长的路要走,但在钢铁行业的一些大公司也有兴趣参与这一研究,尤其是塔塔钢铁,已经为Banerjee的实验提供了资金。这两位科学家还从纽约州污染研究所获得了5万美元的资助。
在一份新闻稿中,Banerjee曾表示,该涂料可以用当地钢铁厂的现有设备进行生产。
不同于被用来给保险杠和一些引擎涂上涂层的六价铬,石墨烯则是的,因为它只是碳原子并且也不需要使用强酸,在整个加工过程都是的。这些原因都使得石墨烯成为未来电子元件的神奇材料。
经过自然锈成的锈红色看上去与大自然融为一体,比普通的锈红色油漆更加自然、漂亮、原生态,而且永远不会脱落。这使它成为一种有吸引力的建筑外墙材料,同时也是新一代幕墙装饰的革命性材料。
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耐候钢 2.0*1250*C 09CuPCrNi-A、Q235NH,Q295NH,Q355NH,Q345NH, 梅钢耐候钢 2.5*1250*C 09CuPCrNi-A、Q235NH,Q295NH,Q355NH,Q345NH, 宝钢
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在材料可持续性方面,粉末冶金的终成形能力是其主要优势。例如成形一个齿状零件,传统切削工艺会有高达40%的材料变成切屑,而在粉末冶金用的全部粉末中,85%是由再循环回收的材料生产的。在粉末冶金零件生产过程中,各道工序的废料损失一般为3%或更少,其材料利用率可达95%。
在能源可持续性方面,一般的传统制造工艺需要经过几次加热与再加热工序才能终成形;而用雾化法生产钢粉或铁粉时,只需要将废钢料进行一次熔炼,所有其它热加工作业都是在低于熔点的温度下进行的,这样不但节能,而且可制成终形状和形成所需要的材料性能、机械使用性能。通过金属成型工艺材料利用率的对比发现,制造粉末冶金零件所需之能量是锻造-切削加工零件的44%。
在环境可持续性方面,由于粉末冶金的终成形能力特性,在一般情况下是在烧结后就制成了零件成品,即可进行包装、交货。大多数情况下,加工粉末冶金产品所使用的切削油是微不足道的,其冷却水等污染源释放的有毒污染物质也是很少的。和其它制造工艺相比较,粉末冶金零件产业对环境几乎没有危害。
目前,粉末冶金零件已经是汽车产业不可缺少的一类重要基础零件。韩教授介绍,据不完全统计,日本至少有住友电工、日立、三菱、保来得等12家以上主要粉末冶金零件生产企业在国内建立了独资或合资企业;台湾的主要粉末冶金零件生产厂,如青志、三林等12家以上企业也都在东莞、无锡、苏州一带建立了生产基地。此外,许多世界知名的欧美粉末冶金企业也相继在国内建立了独资企业。韩教授认为,不久的将来,中国大陆将会逐步成为全球粉末冶金汽车零件 的集散地之一。
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