碳纤维增强SiOC陶瓷气凝胶界面构筑及高温稳定性与机理的研究

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基本信息

  • 批准号：
    51902107
  • 项目类别：
    青年科学基金项目
  • 资助金额：
    26.0万
  • 负责人：
    杜斌
  • 依托单位：
    华南理工大学
  • 学科分类：
    E0204.结构陶瓷
  • 结题年份：
    2022
  • 批准年份：
    2019
  • 项目状态：
    已结题
  • 起止时间：
    2020-01-01 至2022-12-31

项目摘要

Lightweight thermal insulation material is the trend of thermal protection technique. This project intends to construct the interface between carbon fiber and aerogel through the preparation of multi-scale SiC-SiOC ceramic layer on carbon fiber, and reveals the formation process of the interface and the formation mechanism of the coatings. Based on thermodynamic calculation, the introduction of heterogeneous metallic elements (Al and Zr) was used to improve the thermal stability of aerogel under high temperature environment via a solvothermal method. The stability mechanism and the evolution of high-temperature structure were investigated. The fine control of carbon fiber reinforced SiOC ceramic aerogel components and microstructure can be realized through the optimization of combined processes using negative pressure/high pressure and ultrasonic/vibration technique. The thermal insulation mechanism and evolution of carbon fiber reinforced SiOC aerogel at high temperature were revealed. Besides, the relationship between components, microstructure and thermal insulation performance of the composites were also investigated. Thus，a thermal insulation with lightweight, excellent insulation and thermal stability properties of carbon fiber reinforced SiOC aerogel thermal insulation material which can apply in more than 1500°C can be obtained.
轻质防/隔热一体化复合材料是新型热防护技术发展的重点之一。本研究针对碳纤维增强SiOC陶瓷气凝胶界面结合及高温稳定性不足的技术难题，拟通过碳纤维表面多尺度SiC-SiOC复合陶瓷涂层的制备，实现碳纤维与气凝胶界面的构筑，揭示界面形成过程及涂层形成机理；基于热力学计算，采用液相合成法引入异质金属元素（Al、Zr）提高气凝胶在高温环境下的热稳定性，阐明异质元素的稳定机制及高温结构演变规律；通过负压/高压-超声/振动等组合工艺的优化，实现碳纤维增强SiOC陶瓷气凝胶组分、微结构的精细调控；揭示碳纤维增强SiOC气凝胶高温结构演变规律及隔热机理，阐明组分、微结构与复合材料隔热性能之间的关系。为获得适用于1500°C及以上具有轻质、优异隔热及热稳定性能的碳纤维增强SiOC陶瓷气凝胶防/隔热一体化材料提供新思路及理论支撑。

结项摘要

轻质防/隔热一体化复合材料是新型热防护技术发展的重点之一。本研究针对碳纤维增强SiOC陶瓷气凝胶界面结合及高温稳定性不足的技术难题，通过碳纤维表面多尺度SiC-SiOC复合陶瓷涂层的制备，实现碳纤维与气凝胶界面的构筑，揭示了界面形成过程及涂层形成机理；基于热力学计算，采用液相合成法引入异质金属元素（Al、Zr）提高气凝胶在高温环境下的热稳定性，阐明了异质元素的稳定机制及高温结构演变规律；与纯SiOC陶瓷相比，SiAlOC陶瓷中没有SiC相的生成。形成的莫来石相提高了SiOC陶瓷的热稳定性及其碳热还原反应发生的温度，并且随着Al/Si比的增加，陶瓷产率降低，莫来石相增加，SiO2相减少。Zr元素的引入会抑制体系中SiC的形成，促进Si-C键的断裂，从而降低体系中SP3自由碳的含量，导致大量的ZrO2纳米颗粒分散在SiOC网络结构中，同时Zr元素的引入，会减少体系中SiO2的形成。与纯SiOC陶瓷相比，SiZrOC陶瓷在高温空气气氛下表现出优异的热稳定性。.通过负压/高压-超声/振动等组合工艺的优化，实现了碳纤维增强SiOC陶瓷气凝胶组分、微结构的精细调控；揭示碳纤维增强SiOC气凝胶高温结构演变规律及隔热机理，阐明组分、微结构与复合材料隔热性能之间的关系。本中以甲基三甲氧基硅烷和二甲基二甲氧基硅烷为前驱体制备SiOC前驱体陶瓷，通过热重分析和物相分析得知SiOC陶瓷在800℃左右完成无机化，且在裂解温度高于1300℃时有SiC晶体生成。本文研究了SiC的生长机理和硝酸铁催化剂浓度对涂层形貌的影响，以及裂解温度对裂解产物的影响。当裂解温度为1300℃时，碳纤维表面形成不同形貌的SiC涂层；当硝酸铁催化剂浓度为1%时，碳纤维表面原位生长SiC纳米线。Cf/SiC/SiOC复合材料的压缩强度结果表明，碳纤维表面的SiC颗粒涂层使复合材料在x/y方向和z方向的压缩强度分别增加了49%和158%，SiC纳米线涂层使压缩强度分别增加了116%和179%。为获得适用于1500°C及以上具有轻质、优异隔热及热稳定性能的碳纤维增强SiOC陶瓷气凝胶防/隔热一体化材料提供新思路及理论支撑。

项目成果

期刊论文数量（20）
专著数量（0）
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专利数量（0）
Rational design of carbon-rich silicon oxycarbide nanospheres for high-performance microwave absorbers
高性能微波吸收体富碳碳氧化硅纳米球的合理设计
  • DOI：
    10.1016/j.carbon.2022.10.080
  • 发表时间：
    2022
  • 期刊：
    Carbon
  • 影响因子：
    10.9
  • 作者：
    Bin Du;Yiran Liu;Yuan Cheng;Junjie Qian;Tao Zhang;Anze Shui
  • 通讯作者：
    Anze Shui
Synthesis and microwave absorption performance of Fe-containing SiOC ceramics derived from silicon oxycarbide
碳氧化硅含铁SiOC陶瓷的合成及吸波性能
  • DOI：
    10.1016/j.jallcom.2020.156029
  • 发表时间：
    2020
  • 期刊：
    Journal of Alloys and Compounds
  • 影响因子：
    6.2
  • 作者：
    Junjie Qian;Yadi Pu;Xuan Wang;Anze Shui;Mei Cai;Chao He;Ping Hu;Bin Du
  • 通讯作者：
    Bin Du
Multifunctional carbon nanofiber-SiC nanowire aerogel films with superior microwave absorbing performance
具有优异微波吸收性能的多功能碳纳米纤维-SiC纳米线气凝胶薄膜
  • DOI：
    10.1007/s42114-021-00286-1
  • 发表时间：
    2021
  • 期刊：
    ADVANCED COMPOSITES AND HYBRID MATERIALS
  • 影响因子：
    --
  • 作者：
    Du Bin;Zhang Dongyang;Qian Junjie;Cai Mei;He Chao;Zhou Peng;Shui Anze
  • 通讯作者：
    Shui Anze
A facile fabrication and high-performance electromagnetic microwave absorption of ZnO nanoparticles
ZnO纳米颗粒的简易制备和高性能电磁微波吸收
  • DOI：
    10.1016/j.jallcom.2020.155638
  • 发表时间：
    2020
  • 期刊：
    Journal of Alloys and Compounds
  • 影响因子：
    6.2
  • 作者：
    Mei Cai;Anze Shui;Xuan Wang;Chao He;Junjie Qian;Bin Du
  • 通讯作者：
    Bin Du
Fabrication of foamed ceramics with enhanced compressive strength and low thermal conductivity via a simple route
通过简单的路线制造具有增强抗压强度和低导热率的泡沫陶瓷
  • DOI：
    10.1016/j.matchemphys.2021.124699
  • 发表时间：
    2021
  • 期刊：
    Materials Chemistry and Physics
  • 影响因子：
    4.6
  • 作者：
    Hao Xiong;Anze Shui;Qingliang Shan;Shenghui Zeng;Xiuan Xi;Bin Du
  • 通讯作者：
    Bin Du

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    魏琴
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    2022
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  • 发表时间：
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  • 作者：
    索南加乐;张军民;许立强;谈树峰;焦在滨;杜斌;赵选宗
  • 通讯作者：
    赵选宗
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  • 发表时间：
    2012-07-05
  • 期刊：
  • 影响因子：
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  • 作者：
    吴丹;张勇;杜斌;桑欣欣;蔡燕燕;马洪敏;魏琴
  • 通讯作者：
    魏琴
基于模型识别的串补线路方向元件
  • DOI：
    --
  • 发表时间：
    --
  • 期刊：
    电力系统自动化
  • 影响因子：
    --
  • 作者：
    谈树峰;索南加乐;杜斌;何世恩;张军民;孙成
  • 通讯作者：
    孙成

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课题项目：调控A型流感病毒诱导IFN-β表达的机制研究

AI项目摘要：

本研究聚焦于TRIM2蛋白在A型流感病毒诱导的IFN-β表达中的调控机制。A型流感病毒是全球性健康问题，其感染可导致严重的呼吸道疾病。IFN-β作为关键的抗病毒因子，其表达水平对抗病毒防御至关重要。然而，TRIM2如何调控IFN-β的表达尚未明确。本研究假设TRIM2通过与病毒RNA或宿主因子相互作用，影响IFN-β的产生。我们将采用分子生物学、细胞生物学和免疫学方法，探索TRIM2与A型流感病毒诱导IFN-β表达的关系。预期结果将揭示TRIM2在抗病毒免疫反应中的作用，为开发新的抗病毒策略提供理论基础。该研究对理解宿主抗病毒机制具有重要科学意义，并可能对临床治疗流感病毒感染提供新的视角。

AI项目思路：

科学问题：TRIM2如何调控A型流感病毒诱导的IFN-β表达？
前期研究：已有研究表明TRIM2参与抗病毒反应，但其具体机制尚不明确。
研究创新点：本研究将深入探讨TRIM2在IFN-β表达中的直接作用机制。
技术路线：包括病毒学、分子生物学、细胞培养和免疫检测技术。
关键技术：TRIM2与病毒RNA的相互作用分析，IFN-β启动子活性检测。
实验模型：使用A型流感病毒感染的细胞模型进行研究。

AI技术路线图

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          A[研究起始] --> B[文献回顾与假设提出]
          B --> C[实验设计与方法学准备]
          C --> D[A型流感病毒感染模型建立]
          D --> E[TRIM2与病毒RNA相互作用分析]
          E --> F[TRIM2对IFN-β启动子活性的影响]
          F --> G[IFN-β表达水平测定]
          G --> H[TRIM2功能丧失与获得研究]
          H --> I[数据收集与分析]
          I --> J[结果解释与科学验证]
          J --> K[研究结论与未来方向]
          K --> L[研究结束]
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