【海外纵览】橡树岭国家实验室(OAK RIDGE National Laboratory)

前沿材料 2018-11-07 14:07:25

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橡树岭国家实验室




 




基本概况

英文名: OAK RIDGE National Laboratory

中文名: 橡树岭国家实验室

地址:田纳西东部临近诺克斯维尔,1 Bethel Valley Rd, Oak Ridge, TN 37831美国;

电话:+1 865-576-7658

主页:https://www.ornl.gov/

研究领域先进材料的研究、清洁能源的研究、国家安全的研究、中子科学、核科学、计算与超级计算、美国ITER项目。


技术优势及行业地位:

先进材料领域

橡树岭实验室拥有国家最大的综合材料研究项目;在能源生产、储能与应用方面世界领先。在材料合成、表征和理论方面是橡树岭的材料研究的核心领域。

清洁能源领域

橡树岭实验室在清洁能源领域在美国能源的未来扮演着重要角色,其目的是降低化石燃料的污染和使用。涉及到生物能源、先进材料技术、生物环境科学、中子科学、核科学、高性能计算、等。

国家安全领域

橡树岭国家实验室在国家和全球安全的领域扮演着重要角色,其专长包括先进材料、核科学,超级计算等。这些领域的发现和创新,是保护美国公民和推进国家和全球安全的关键。

核科学领域

因曼哈顿计划,橡树岭实验室在使用核技术与系统处于领先地位。医用同位素领域、高通量同位素堆和放射性化学、清水反应堆、ITER项目等是其核心领域。

中子科学领域

该实验室拥有国内最大的两个中子科学设施裂变中子源和高通量反应堆。

计算与计算科学领域

在计算科学领域拥有最早的计算资源,是橡树岭先进计算设施的门户,用来解决国家的能源问题、核安全问题、先进材料问题、可持续运输问题、气候变化问题以及原子级结构与材料动力学问题。



历史沿革

成立时间:1943年

历史事件:

1939年发现核裂变。

1942年橡树岭被选为二战曼哈顿计划的场地;在芝加哥第一次维持并控制了原子能连锁反应。

1943年世界上第一台连续运转造价1200万美元的石墨反应堆经过9个月的建造达到临界。

1944年石墨反应堆生产出钚,为生产结束二战的原子弹所需钚的Hanford反应堆做好准备。

1945年在石墨反应堆上发现元素61(钷);在反应堆上首次开展中子散射研究(实验者为Ernie Wollan和Cliff Shull; 后者因在石墨反应堆上所做的开拓性工作荣获1994年诺贝尔物理奖)。

1946年首次将反应堆生产的放射性同位素送到癌症医院;提出压水反应堆的设想 (后用于核电和潜水推力);设计出放射探测器和剂量仪。

1947年老鼠用来研究辐射对哺乳动物的遗传影响;原子委员会成立。

1948年设计用于研究反应堆的燃料成分;材料实验反应堆在ORNL设计,建在爱达荷州。

1949年在ORNL开发出普雷克斯过程,后来在世界范围内成为从用过的反应堆燃料中回收铀和钚的方法。

1950年橡树岭反应堆技术学校成立;低流强测试反应堆首次运行。

1951年整体屏蔽反应堆开始运行;测量中子半寿命;安装5 MW静电加速器。

1952年建造ORNL第一台重离子回旋加速器;根据对被辐照老鼠胚胎的研究,ORNL告戒不要对可能怀孕的妇女进行X光检查;均匀反应堆实验首次运行。

1953年在ORNL安装当时世界上功率最大的橡树岭自动计算机和逻辑机;ORNL为军队在遥远场地使用所设计的可移动反应堆。

1954年ORNL生态计划开始;测试ORNL实验飞机反应堆;塔式屏蔽设施首次运行,为倒运的核飞机计划提供数据;利用两种不同反应物对撞分子束流首次详细研究化学反应。

1955年在联合国和平利用原子大会上ORNL小的“游泳池”式反应堆展示给艾森豪威尔总统;Alvin Weinberg 被任命为ORNL所长,在此职位历时18年。

1956年核糖核酸(RNA)被发现;展示首例骨髓移植。国家科学院委员会根据ORNL老鼠数据就辐射对人类遗传效应进行预测。

1957年在ORNL领导的影响下,对可允许的医用辐射水平和工作地点的放射性核素作出决定;ORNL第一台聚变研究装置建成。

1958年橡树岭研究反应堆开始运行;美国首次寻找高水平核废料储存地的努力由ORNL开始

1959年发现老鼠的雄性取决于Y染色体的存在;ORNL研究人员对用于美国第一台核动力民用船只的掩映队屏蔽进行了鉴定

1960年制作出用作个人辐射监视器的袖珍啸声器;测量化学制品对老鼠的遗传影响的实验计划启动。

1961年开始开发放射性同位素加热源,为空间卫星提供动力;在ORNL反应堆上开发出嬗变搀杂法;后用于制造电子学部件。

1962年开展辐射防护物理研究;研究反应堆竣工;借助计算机模拟发现离子沟道效应;军民研究计划启动;木实验台用放射性同位素铯-137作标记;分析表明核武器实验产生的放射性微粒具有危害性。

1963年辐射屏蔽信息中心成立;橡树岭等时性回旋加速器首次运行。

1964年成为第一个雇佣社会科学家(开始时进行军民研究)的国家实验室;在联合国大会上介绍ORNL核脱盐概念。

1965年高通亮同位素反应堆(HFIR)和熔盐反应堆运行(MSR)。

1966年石墨反应堆被命名为国家历史性里程碑;开发出评价核临界安全的KENO蒙特卡洛代码。

1967年Walker Branch Watershed研究设施对生态系统研究开放;ORNL被选为领导国际生物计划下美国的生态系统研究;在ORNL高速离心机中分离出病毒;开发出评估辐射屏蔽保护能力的模拟代码。

1968年使用铀233,第二个熔盐反应堆运行(这是第一台使用这种燃料的反应堆);发明医疗诊断用的快速离心分析仪;用ORNL开发的区域离心机产生出超纯疫苗;设计出能更好抗中子诱导膨胀的不锈钢合金。

1969年利用新的橡树岭电子直线加速器首次进行了中子截面测量;ORNL成为与遥感结合在一起的地理信息系统的领导者;设计出Apollo 11月亮岩石收集器。

1970年提出SCALE标准,帮助确保用过核燃料的安全储存和运输;ORNL第一台用于等离子体物理实验的托卡马克聚变研究装置运行。

1971年水生态实验室成立;获得环境影响说明所需的鱼最喜欢水温的数据;在加速器研究中确定了变形的铀234原子核的可能形状。

1972年能量守恒研究计划启动;老鼠胚胎冷冻、解冻和移植到母性老鼠中,生出健康的幼鼠;在生物反应堆中,发现花园土壤的细菌去掉来自工业废水的硝酸盐和稀有金属;发现四极磁铁大共振;广泛研究出现这些原子核大振荡的模式。

1973年对月球岩石的组成进行分析;制作出超声波鱼标记,用来测量和传送鱼最喜欢的水温。

1974年Herman Postma被任命为ORNL所长,历时14年;开发出铬钼钢;在世界范围内,用于电力事业锅炉和炼油锅炉。

1975年开发出生态系统的计算机模型,使ORNL成为系统生态学方面的领先者;开发出将核燃料密封在空间探测器用的结实铱合金。

1976年 试验性的ANFLOW生物反应堆安装在橡树岭市污水处理厂;改进从煤生产液态和气体燃料并确定它们生物效应的计划启动。

1978年吉米.卡特总统访问ORNL;开发出为裂变能源研究设备添加燃料的芯块注入法,在世界范围内被广泛采用。

1979年ORNL的中性注入器帮助普林斯顿等离子体物理实验室使聚变等离子体温度创造记录;ORNL帮助核控制委员会确定三里岛核电厂事故的起因和后果;发现乙亚硝基脲是诱发老鼠变异最有效的化学制品;在研究老鼠中,发现食品防腐剂中的亚硝酸盐与食品和药物胺发生反应,形成引起癌症的硝基胺。

1980年 Holifield重离子研究装置(HHIRF)作为核物理用户装置对外开放;国家小角度散射研究中心开放后,HHIRF成为用户设施;国家环境研究园(12400英亩) 开放;发现新的离子注入技术能改进物质表面的性能;ORNL用氮离子注入钛合金后,制造出寿命更长的人造关节;建立计算机模型,预测电站对哈得孙河鱼的影响;ORNL研究人员启动遥控技术研究,成为世界上制造承担危险任务机器人的领先者。

1981年 开发出晶须韧化、抗断裂陶瓷,用于工厂的切削工具。

1982年 为提高冷冻机和加热泵的效率,制定了标准,拟订了设计;制定了绝缘标准,后被联邦政府部门采用;开发出改进的镍铝化物合金,用于钢材和汽车部件的商业化生产;在大线圈测试设备上由聚变能研究人员对超导磁铁成功地进行了测试;二氧化碳信息分析中心成立,该中心是世界上有名的全球变化数据存储中心。

1984年 利用菠菜和藻类中的光和作用,开始进行从水产生含有巨大能量氢的实验。

1985年 开发出用碘123示踪的脂肪酸,用于医疗扫描诊断心脏病;田那西大学和橡树岭国家实验室建立科学联盟;开发出胶铸,现商业上用于形成微涡论的陶瓷部件。

1986年 ORNL确定切诺尔贝力核电站事故何时发生和为什么释放出那么多的放射。

1987年 高温材料实验室作为用户装置对谋求制造能效高发动机的工业界研究人员开放;激光器用来制造高温超导材料;鉴于能源部对实验室反应堆安全管理的担忧,ORNL所有反应堆关闭。

1988年 为开展聚变能源研究,利用仿星器,启动先进环形装置;Alvin Trivelpiece被任命为ORNL所长,历时12年。

1989年 为核控制委员会重新颁发核电厂运行许可证,提供了“一般环境影响报告”第一草案。

1990年 ORNL的酸雨研究导致控制工业上的硫和氧化氮的排放 ;原子序数对比电子显微镜看到一列一列的原子;计算机代码帮助部队更好地在战场部署兵力和装备;确认中子内存在夸克。

1991年 在HHFIR上进行的中子活化分析否定了美国一位总统死于砷中毒的说法;写出软件,通过将到处分散的PC机连起来的办法解决问题。

1992年 乔治.布什总统参观ORNL;发明铼188同位素产生器,在世界范围内治疗癌症和心脏病患者;发明薄膜微型锂电池;发现和克隆老鼠刺豚鼠基因;发现变异基因引起肥胖症、糖尿病和癌症;开发出图形输入语言(GRAIL),用于在计算机上识别DNA序列中的基因。

1993年 发明光学活组织切片检查技术,不动手术就能发现食道中的癌症肿瘤;UT-ORNL名列前500台超级计算机。

1994年 发明“芯片实验室”,现商业上用于蛋白质分析和毒品发现实验;发明质谱测定技术,用于探测污染物、爆炸物和蛋白质;开发出ALLIANCE软件,使一组一组的机器人配合工作;为在新的并行超级计算机上运行未来气候模型准备了代码。

1995年 启动当时世界上最快的超级计算机Intel Paragon XP/S 150;发明了制造高温超导线的RABiTSTM方法;开发出超级计算机数据存储和检索超高速系统;ORNL的DNA蛋白质晶体搭载哥伦比亚号宇宙航天飞机在宇宙中生长;为海军开发出探测过往潜水艇的信号分析系统。

1996年 修改了大众冷冻机模型,将能耗降低一半;发现石墨泡沫导热异乎寻常的好;设计出心跳探测器,发现藏在车内的恐怖分子和罪犯;可查找的电子簿式视窗帮助合作者通过国际网络运行实验。

1997年 开发出检验俄罗斯武器等级的铀转换为反应堆等级燃料的设备;初步设计质谱仪,帮助海军发现生化威胁;第一次被批准公布在遗传上设计的微生物制造出增强受损录象带信号的VITALE,帮助警察解决犯罪问题;世界上最大的集水区实验说明干旱和大雨对森林的影响;首次被批准公布经过遗传工程处理得到的微生物。

1998年 发明MicroCAT扫描仪;绘制出变异老鼠内部变化图;户外FACE实验表明胶皮糖香树在浓化CO2大气中长得更快;ORNL的技术帮助半导体公司发现引起计算机芯片中缺陷的问题。

1999年 副总统戈尔在散裂中子源破土动工仪式上讲话;发明迅速探测人体疾病的多功能生物芯片;开展合金研究导致造纸厂的锅炉更新改进或新的锅炉,使其更加安全。

2000年 Bill Madia 被任命为ORNL所长;两台新的超级计算机投入运行;ORNL在国际蛋白质结构预测竞争中,位于前100名的第四名;田那西大学-橡树岭国家实验室开放国家运输研究中心;开发出节能加热泵水加热器;ORNL帮助将3个人类染色体排序;聚变能理论学家开始设计准-磁场极向仿星器。

2001年 HHFIR在更换锫反射器和增加研究建筑后重新运行;为半导体公司设计出检查三维缺陷直接到数字的全息照相术;GRAIL用于《科学》和《自然》关于人类基因组排序方面具有里程碑性的论文;能源部部长 Spencer Abraham访问ORNL,将DOE的土地转给ORNL用于新的建设;与工业伙伴开发出超导变压器和高温超导电缆。

2002年 ORNL-Cray伙伴最快的超级计算机目标;UT-ORNL计算机科学联合研究所破土动工;3亿美元现代化计划开始动工兴建;能源部批准在ORNL建立那米阶段材料科学中心;人类生活家园橱窗中展示的ORNL能源技术;锕-225从ORNL运到医院治疗白血病。

2003年8月1日起,Jeff Wadsworth担任橡树岭国家实验室所长。

2003年私人资助的设施:在能源部立契约转让的土地上建造300,000平方英尺的设施中,将有最先进的能源和计算科学实验室。



组织架构




在研项目


1

复合材料中在空间范围解决光致激光的共存问题(2016年3月25日)

Spatially Resolving the Coexistence of Photoexcitations in Complex Materials

作者:M. J. Simpson, B. Doughty, B. Yang, K. Xiao, Y.-Z. Ma

项目分析

通过使用超快的瞬态吸收显微镜基于捕获光线的钙钛矿材料对不同的激发态物质的空间定位的确认。

金属卤化物钙钛矿型太阳能电池取得了重大突破,研究报告称,功率转换效率超过20%。然而,这种性能卓越的材料研究较少,争论较为激烈。杂化钙钛矿材料吸收光后立即产生电子-空穴对(即激子),它可以转化为自由载流子也可以是束缚的电子-空穴对(即激子)。这种转化方式的不同导致了太阳能电池内部能量流动的不同。

项目研究亮点

本项研究中,在微观层面下分辨自由电荷载流子和激子的空间分布。利用飞秒瞬态吸收显微镜(TAM),我们能够获得电子激发的超快照片。然而,对具有高空间异质性和复杂的电子激发态的系统来说研究比较困难。

本研究中,我们使用了一个综合的方法,在微观层面观察钙钛矿薄膜,分辨激子和载流子各自对转换率的相对贡献。对瞬态吸收光谱响应曲线进行定量分析,进一步使研究人员预估在薄膜样品中不同的空间位置的载流子和激子的相对贡献率。对光的吸收与转化可能被证明是一个重要的工具来改善材料的合成与制备技工艺,并获得更高的转换效率。

个人项目总结

该项目的创新点在于采用了一种新的表征手段对材料进行测试分析-- TAM利用飞秒瞬态吸收显微镜。以往的研究中因为无法分辨激子和载流子导致无法定向的对材料进行改性。该项目通过TAM分辨了激子和载流子对最终光电转换效率的相对贡献率,为日后的定向改性研究提供了理论依据。




2

铁基晶体中强磁材料的掺杂研究

(2016年3月8日)

 Doping strengthens magnetism in an iron-based crystal 

作者:A. S. Sefat,  L. Li, H. B. Cao,  M. A. McGuire,  B. Sales, R. Custelcean, and D. S. Parker

▲材料图片


项目分析

运用磁弹耦合理论,铊(5%)掺杂BaFe2As2单晶引起反铁磁性转变温度(TN)的惊人的提升。这是BaFe2As2掺杂改性中反铁磁性转变温度增加的第一个例子。了解化学掺杂对改变磁性或引起超导电性是十分重要的,可为在目标温度下制备磁体和超导体提供设计原则。

在空穴型Ba1-xTlxFe2As2中发现,BaFe2As2掺杂铊元素,为类似的高温超导体的制备提供了可能性(TC = 38 K)。然而,出乎意料的是,晶体的铁磁转变温度增加了5%,通常情况下Ba1-xTlxFe2As2应该下降9%。由于掺杂带来的结构不同使得Ba1-xTlxFe2As2性质与传统的研究方式截然不同。

本研究涉及到晶体合成X-射线衍射、高通量反应堆中子衍射设备、第一性原理计算,以及表征电阻、磁化率和热容量。

 

注:

在原子自旋(磁矩)受交换作用而呈现有序排列的磁性材料中,如果相邻原子自旋间是受负的交换作用,自旋为反平行排列,则磁矩虽处于有序状态(称为序磁性),但总的净磁矩在不受外场作用时仍为零。


个人项目总结

传统的金属掺杂BaFe2As2晶体时一般会出现铁磁性转变温度降低的现象,预期为降低9%。但是,该课题组通过对BaFe2As2掺杂金属元素铊时(部分Tl元素取代Ba元素),出现了与预期截然相反的现象---铁磁性转变温度上升了5%。这可能是通过掺杂金属铊引起来晶体内部结构的变化所带来结果,这一发现对研究掺杂对磁性和超导电性的研究带来十分重要的影响。根据电荷守恒定律推算,BaFe2As2中的Fe因改为+2价,这也说明材料在保温过程中需要保护气氛的保护,否则Fe会被氧化。用Tl去取代Ba,Ba2+的半径为135pm,而Tl+为140pm,Tl3+位95pm,均值为117.5pm,故掺杂后半径减小,晶格萎缩,这可能是造成以上结果的原因。



3

单原子催化剂降低绿色技术成本

2015年12月17日

 Single-atom catalysts may cut costs for green technologies 

作者:Lawrence Frederick Allard Jr

项目分析

研究人员发现,孤立的铂原子在铜表面可以有效地对1,3-丁二烯选择性加氢催化,该反应应用于许多重要的工业当中。新一代催化剂,大约每100个Cu原子对应一个Pt原子的形式,可以帮助燃料电池、催化转换器和工业化学品化学反应所需要的效率。

▲催化示意图


利用最为先进的电子显微镜可以直接对单原子催化剂成像。研究表明,铂原子分散在铜的表面,并在纳米粒子的表面促进催化作用。当研究人员使用更多的铂原子时,反应却变得不那么有效了。这是因为铂原子簇比单个原子具有较低的选择性。由于金属铂储量稀缺价格昂贵,这“不多”的特点恰好为我们提供了一个发展战略,为绿色技术设计提供更便宜的催化剂。



4

压缩下的聚苯乙烯玻璃:韧性和脆性

2016年第四期

Polystyrene Glasses under Compression: Ductile and Brittle Responses 

作者:Jianning Liu, Panpan Lin, Shiwang Cheng, Weiyu Wang, Jimmy W. Mays, Shi-Qing Wang

项目分析

本课题对不同分子量的聚苯乙烯和它们的二元混合物在不同温度下进行单轴压缩的多种力学响应进行了研究。聚苯乙烯在摩尔质量为25千克/摩尔时是完全脆的,直到其高于玻璃化转变温度时为止。与之相反,在一个高分子量混合物组合以后,聚苯乙烯混合物可以从几乎毫无韧性的玻璃化转变温度几度以下到超过玻璃化转化温度40度以下。当聚苯乙烯的分子量上线为319千克/摩尔,在零下70度下,甚至可以承受塑性流动所带来的屈服力。所观察到的是,机械响应依赖于分子量,分子量分布可以充分合理化,结论是屈服力和塑性压缩是由连锁网络引起的。


5

橡树岭国家实验室的研究人员已经找到了一个潜在的路径以进一步提高太阳能电池的效率—揭示在吸光晶体合成过程中卤素原子的竞争过程 

 (2016年4月6日)

ORNL tracks how halogen atoms compete to grow ‘winning’ perovskites

作者:Jong Keum, Olga Ovchinnikova, Alex Belianinov, Mao-Hua Du, Ilia Ivanov, Christopher Rouleau, and David Geohegan和华东师范大学的Shiyou Chen。

项目分析

可以将阳光直接转化为电能的光伏电池在全球可再生能源结构中正变得越来越突出。一个有前景的太阳能研究领域所涉及的材料,应该是比传统的硅基半导体材料更便宜更有效率的新能源材料。

在美国化学学会杂志上发表的一项新研究表明,在反应性碘离子的存在下,带负电荷的溴和氯会被排除在最终的钙钛矿结构中。

“要采取的第一步,是最大限度地提高太阳能电池技术与有机金属卤化物的钙钛矿结构,我们需要知道如何得到高质量的光吸收材料和最佳的薄膜生长工艺过程,”该研究的主要作者杨说。“钙钛矿型墨水的简单印刷或喷涂,使得太阳能电池组件的成本更低。”

采用高性能的成像技术,杨和其团队跟踪了有机金属卤化物钙钛矿。

卤素离子,在结构成长中占有一个位置,通过晶体结构影响电荷的运动,最终影响电池的光电转化掉率。

该小组第一次在结晶过程中使用X-射线衍射分析进行实时监测,监测了混合卤化物蒸气与碘化物薄膜的化学反应。

结合成像技术允许ORNL团队跟踪了在太阳能材料中卤素竞争的结果。

研究人员还发现,溴,氯和碘离子具有促进有机金属钙钛矿结构生长的作用,却只有碘会在最终晶体上留下印记。尽管它们被排除在最终的结构中,但它们有助于促进整个晶体的生长。

本研究在纳米材料科学研究中心(CNM)进行,并得到了美国能源部科学办公室的支持。



6


橡树岭的专家发明了具有50%可再生部分的硬塑料( 2016年3月22日)

ORNL researchers invent tougher plastic with 50 percent renewable content  

研究人员:Amit naskar和Chau Tran

项目分析

传统的车辆保险杠是由一种叫做ABS的热塑性聚合物塑料做成的,即丙烯腈-丁二烯-苯乙烯聚合物。其优点质轻又坚硬广泛用在通风管道、防护帽、厨房电器、乐高积木和其它消费产品。但是它的缺点之一就是它是一种来自石油化工的化学物质。

现在,橡树岭国家实验室的研究人员开发了一种具有更好热塑性的塑料-木质素,一种质脆却又坚硬的聚合物,木质素与纤维素一起形成了木质植物的细胞壁。为了达到预期目标,他们发明了一种无溶剂生产工艺,将互连纳米木质素均匀分散在合成橡胶基体中,制备了具有可熔融、可塑性以及韧性的材料,其硬度至少是ABS的十倍。由此制备的热塑性塑料称为ABL即丙烯腈-丁二烯-木质素聚合物,ABL是一种可回收的材料,可以融化三次仍具有良好的性质。该研究发表在先进功能材料杂志,它的应用可以带来更清洁,更便宜的原材料。


木质素是一种质地较脆的天然聚合物,因此它需要钢化处理。ORNL碳复合材料组的一个主要目标是生产的工业聚合物具有足够的强度和足够的硬度并且不会压裂变形。因此需要将木质素与软质材料进行化学结合。处理过的结合体将具有可塑性和延展性。而异常坚硬的木质素将提供抵抗形变而需要的硬度。

下一步,研究人员需要将木质素与软质材料复合。由于木质素和合成橡胶均含有丙烯腈和丁二烯,因此称为丁腈橡胶。其共同点是电子分布不均匀,这也使其化学集团互动性更强。研究人员预计不适用溶剂转而将原材料直接熔融进行混合。

研究人员在加热实验室中熔融混合等量的木质素与丁腈橡胶粉末。在混合过程中,木质素颗粒进入层状结构或板片结构中10-200纳米,整个过程分散性良好,并与橡胶相互作用。如果对软质材料没有一个合适的选择和搅拌条件,木质素颗粒粒径将比现在的大10倍。形成即没有木质素性质也没有橡胶性质的产品,而是介于两者之间,与木质素的硬度和丁腈橡胶的弹性的结合体。 

通过改变在软质材料中的丙烯腈用量,研究人员希望进一步提高材料的力学性能。他们试了33%、41%、51%的丙烯腈含量,发现41%的含量在韧性和硬度之间具有最佳平衡点。 

接下来,研究人员想通过控制生产工艺提高其聚合物合金的性能。例如, 33%的丙烯腈含量生产的材料,有弹性而强度不佳,表现得更像橡胶而非塑料。提高丙烯腈的比例后发现,组分之间有效互动加强,强度增加。研究人员也想知道最佳温度范围。结果发现在140到160摄氏度之间的加热形成的部件具有所需的混合相。

研究人员随后对该材料进行了表征,用扫描电镜进行了材料形貌的研究;用透射电镜对软质材料进行了表征;用一种电子束路径对不同物项进行分析;用X射线衍射分析解揭示了层状架构的尺寸。用傅里叶红外光谱分析了官能团的种类与相互作用。

个人项目总结

该项研究属于高分子领域,是一项碳纤维增强高分子材料的研究方向。

传统的热塑性材料ABS使用较为广泛,但是ABS是石油化工产品,且可循环利用性能不佳。该项研究将广泛存在与自然界的木质素复合到丙烯腈-丁二烯中去,制备了一种可循环利用的新材料ABL。

过程工艺主要为将木质素与丁腈橡胶粉体材料按比例混合搅拌,加热至熔融状态,使得木质素颗粒进入到橡胶内部10-200nm之间,制备的复合材料既具有强度又具有韧性,达到了预期目的。

项目组对丙烯腈用量进行了研究,发现在41%的含量时复合材料具有最佳的力学性能。对反应温度进行了研究,发现在140度-160度之间可以获得目标物相。

最后项目组对该材料进行了必要的微观表征分析,包括SEM、TEM、FTIR等。




 
 
 






往期回顾:


【海外纵览】劳伦斯利弗莫尔国家实验室

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