學術之路，唯深耕方致遠；成才之途，唯善育方興邦。為深入落實人才強國戰略，發掘培育學科拔尖青年人才，激勵廣大學子篤學精研、銳意創新，中國復合材料學會設立卓越論文工程，旨在激勵博士/碩士研究生在復合材料領域開展原創性、前沿性探索，為我國復合材料事業儲備更多具有創新能力和實踐精神的青年力量。

回顧2024年度卓越論文工程涌現出一批兼具學術深度與應用價值的優秀成果，充分展現了當代青年學子的科研實力與風采。

2024年度中國復合材料學會卓越論文工程入選者

（博士學位論文）

朱慧鑫，男，中共黨員，博士畢業于同濟大學，現任同濟大學航空航天與力學學院助理教授，研究方向為航空復合材料結構雷擊損傷預測和雷電防護技術開發。在Compos. Part B-Eng.、Comps. Sci. Technol.等期刊發表論文26余篇，參編英文專著1部，授權發明專利13項。主持國家自然科學基金青年基金、上海市自然科學基金面上項目和國家資助博士后研究人員項目。入選中國復合材料學會青年人才托舉工程、上海市“超級博士后”激勵人才，曾獲第四屆“航空強國中國心”教育基金創新獎、國家公派留學獎學金、博士研究生國家獎學金等獎勵。

碳纖維復合材料雷擊防護設計與新方法研究

碳纖維增強樹脂基（CFRP）復合材料因其輕質、力學性能優異及可設計性強等優勢，已逐步取代金屬合金材料被廣泛應用于飛機結構中，復合材料用量已經成為評價飛機先進性的重要指標之一。在飛機中大量應用CFRP復合材料有效提升了飛機的燃油效率和載客量。然而，由于CFRP復合材料導電性能差，其在雷擊下易發生熱燒蝕等直接損傷，且CFRP復合材料與空氣間的低阻抗不匹配也將導致雷電等產生的電磁波對機載精密電子儀器造成干擾，威脅飛機的安全和機組人員的健康。基于此，本文采用有限元分析和雷擊模擬試驗，探究了CFRP復合材料損傷機理和表面防護機制，提出了表面雙層雷擊防護系統的輕量化設計策略，研制了表面導電型和內部分散型輕質雷擊防護系統，闡明了吸水環境對帶表面導電防護系統的CFRP復合材料雷擊損傷影響。本文的主要研究內容和創新成果如下：

(1) 建立了考慮材料介電擊穿效應的雙層防護CFRP復合材料雷擊電-熱耦合損傷有限元模型，采用模擬雷擊試驗驗證其有效性。通過該有限元模型系統研究了雙層雷擊防護系統幾何參數和電學性能對雷電防護能力的影響，提出了以雷擊防護能力和輕量化為優化目標的雷電防護系統多目標優化設計策略，獲得了雙層雷擊防護系統的最優幾何參數和電學性能，通過有限元方法驗證，實現了兼顧雷擊防護和輕量化的雙層雷電防護系統設計。

(2) 研制了輕質、低成本的表面導電鍍鎳尼龍（NFNi）三明治結構雷電防護薄膜，電導率高達3.17×104S/m，將其采用絕緣膠膜成型至CFRP復合材料表面。雷擊模擬試驗和電磁屏蔽試驗結果表明，NFNi三明治薄膜具有較好的雷電防護性能，在電流強度高達100kA的雷擊模擬試驗后，其剩余壓縮強度保持在95.80%，與商用銅網效果相當，但重量減少了11.30%。此外，高導電NFNi薄膜還使復合材料在8.20-12.40GHz內的電磁屏蔽效能達到了63.10dB，遠大于銅網和巴基紙防護的的電磁屏蔽效能，這主要歸因于電磁波在高導電NFNi薄膜的反射損耗和三明治結構內部的多重反射損耗。

(3) 研制了具有雙導電網絡結構的輕質鍍鎳碳纖維織物（Ni-CFWF）薄膜，通過絕緣膠膜成型至CFRP復合材料表面。微觀形貌和元素分析表明，Ni-CFWF是分別以金屬鎳和導電碳纖維織物為導電通路的雙導電網絡。得益于鎳導電網絡的反射損耗、碳纖維織物導電網絡的電阻損耗以及鍍鎳碳纖維織物的渦流損耗，CFRP復合材料的電磁屏蔽效能高達92.87dB，比未加防護的CFRP復合材料提高了189.22%。此外，Ni-CFWF薄膜也使CFRP復合材料的雷擊損傷深度和面積分別降低了21.59%和6.11%，雷擊后復合材料的剩余壓縮強度維持在92.65%。

(4) 采用化學沉積方法制備了具有三維結構的鍍銀/四針狀氧化鋅（Ag/T-ZnO）導電粒子，利用刮涂方法將這些導電粒子在碳纖維層間構建了三維導電網絡，通過熱壓成型制備了具有內部分散型雷擊防護系統的Ag/T-ZnO/CFRP復合材料，大幅提高了CFRP復合材料沿深度方向和面內的電學性能。通過雷擊模擬試驗、電磁屏蔽測試和I型層間斷裂韌性試驗測試，發現此全導電Ag/T-ZnO/CFRP復合材料兼具輕質、優異的雷擊防護效果、電磁屏蔽效能和增韌效果，且準各向同性鋪層的全導電Ag/T-ZnO/CFRP復合材料的雷擊防護效果更優。

(5) 對CFRP復合材料、銅網防護復合材料（CFRP-Cu）和噴涂鋁涂層復合材料（CFRP-Al）進行了吸水試驗，獲得了不同含水量的復合材料樣品，采用雷擊模擬試驗探究了吸水對帶表面防護復合材料雷擊損傷影響的機理。結果表明，隨著含水率的增加，因基體玻璃化轉變溫度降低、縱向電導率增加以及瞬時升溫產生的氣化反沖等原因，CFRP復合材料雷擊損傷程度增加。對于CFRP-Cu，吸水引起銅網與絕緣膠膜層間界面性能下降，導致了銅網雷擊損傷面積增大；而吸水導致CFRP-Al雷擊損傷程度的加劇的主要原因是水分子在雷擊高溫下的氣化反沖。

選題有價值

研究有創新

論證有深度

成果有實效

以嚴謹治學之態探研學科前沿

以守正創新之心打磨優質成果

讓學位論文成為彰顯青年科研力量的鮮亮名片

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