学术之路，唯深耕方致远；成才之途，唯善育方兴邦。为深入落实人才强国战略，发掘培育学科拔尖青年人才，激励广大学子笃学精研、锐意创新，中国复合材料学会设立卓越论文工程，旨在激励博士/硕士研究生在复合材料领域开展原创性、前沿性探索，为我国复合材料事业储备更多具有创新能力和实践精神的青年力量。

回顾2024年度卓越论文工程涌现出一批兼具学术深度与应用价值的优秀成果，充分展现了当代青年学子的科研实力与风采。

2024年度中国复合材料学会卓越论文工程入选者

（博士学位论文）

朱慧鑫，男，中共党员，博士毕业于同济大学，现任同济大学航空航天与力学学院助理教授，研究方向为航空复合材料结构雷击损伤预测和雷电防护技术开发。在Compos. Part B-Eng.、Comps. Sci. Technol.等期刊发表论文26余篇，参编英文专著1部，授权发明专利13项。主持国家自然科学基金青年基金、上海市自然科学基金面上项目和国家资助博士后研究人员项目。入选中国复合材料学会青年人才托举工程、上海市“超级博士后”激励人才，曾获第四届“航空强国中国心”教育基金创新奖、国家公派留学奖学金、博士研究生国家奖学金等奖励。

碳纤维复合材料雷击防护设计与新方法研究

碳纤维增强树脂基（CFRP）复合材料因其轻质、力学性能优异及可设计性强等优势，已逐步取代金属合金材料被广泛应用于飞机结构中，复合材料用量已经成为评价飞机先进性的重要指标之一。在飞机中大量应用CFRP复合材料有效提升了飞机的燃油效率和载客量。然而，由于CFRP复合材料导电性能差，其在雷击下易发生热烧蚀等直接损伤，且CFRP复合材料与空气间的低阻抗不匹配也将导致雷电等产生的电磁波对机载精密电子仪器造成干扰，威胁飞机的安全和机组人员的健康。基于此，本文采用有限元分析和雷击模拟试验，探究了CFRP复合材料损伤机理和表面防护机制，提出了表面双层雷击防护系统的轻量化设计策略，研制了表面导电型和内部分散型轻质雷击防护系统，阐明了吸水环境对带表面导电防护系统的CFRP复合材料雷击损伤影响。本文的主要研究内容和创新成果如下：

(1) 建立了考虑材料介电击穿效应的双层防护CFRP复合材料雷击电-热耦合损伤有限元模型，采用模拟雷击试验验证其有效性。通过该有限元模型系统研究了双层雷击防护系统几何参数和电学性能对雷电防护能力的影响，提出了以雷击防护能力和轻量化为优化目标的雷电防护系统多目标优化设计策略，获得了双层雷击防护系统的最优几何参数和电学性能，通过有限元方法验证，实现了兼顾雷击防护和轻量化的双层雷电防护系统设计。

(2) 研制了轻质、低成本的表面导电镀镍尼龙（NFNi）三明治结构雷电防护薄膜，电导率高达3.17×104S/m，将其采用绝缘胶膜成型至CFRP复合材料表面。雷击模拟试验和电磁屏蔽试验结果表明，NFNi三明治薄膜具有较好的雷电防护性能，在电流强度高达100kA的雷击模拟试验后，其剩余压缩强度保持在95.80%，与商用铜网效果相当，但重量减少了11.30%。此外，高导电NFNi薄膜还使复合材料在8.20-12.40GHz内的电磁屏蔽效能达到了63.10dB，远大于铜网和巴基纸防护的的电磁屏蔽效能，这主要归因于电磁波在高导电NFNi薄膜的反射损耗和三明治结构内部的多重反射损耗。

(3) 研制了具有双导电网络结构的轻质镀镍碳纤维织物（Ni-CFWF）薄膜，通过绝缘胶膜成型至CFRP复合材料表面。微观形貌和元素分析表明，Ni-CFWF是分别以金属镍和导电碳纤维织物为导电通路的双导电网络。得益于镍导电网络的反射损耗、碳纤维织物导电网络的电阻损耗以及镀镍碳纤维织物的涡流损耗，CFRP复合材料的电磁屏蔽效能高达92.87dB，比未加防护的CFRP复合材料提高了189.22%。此外，Ni-CFWF薄膜也使CFRP复合材料的雷击损伤深度和面积分别降低了21.59%和6.11%，雷击后复合材料的剩余压缩强度维持在92.65%。

(4) 采用化学沉积方法制备了具有三维结构的镀银/四针状氧化锌（Ag/T-ZnO）导电粒子，利用刮涂方法将这些导电粒子在碳纤维层间构建了三维导电网络，通过热压成型制备了具有内部分散型雷击防护系统的Ag/T-ZnO/CFRP复合材料，大幅提高了CFRP复合材料沿深度方向和面内的电学性能。通过雷击模拟试验、电磁屏蔽测试和I型层间断裂韧性试验测试，发现此全导电Ag/T-ZnO/CFRP复合材料兼具轻质、优异的雷击防护效果、电磁屏蔽效能和增韧效果，且准各向同性铺层的全导电Ag/T-ZnO/CFRP复合材料的雷击防护效果更优。

(5) 对CFRP复合材料、铜网防护复合材料（CFRP-Cu）和喷涂铝涂层复合材料（CFRP-Al）进行了吸水试验，获得了不同含水量的复合材料样品，采用雷击模拟试验探究了吸水对带表面防护复合材料雷击损伤影响的机理。结果表明，随着含水率的增加，因基体玻璃化转变温度降低、纵向电导率增加以及瞬时升温产生的气化反冲等原因，CFRP复合材料雷击损伤程度增加。对于CFRP-Cu，吸水引起铜网与绝缘胶膜层间界面性能下降，导致了铜网雷击损伤面积增大；而吸水导致CFRP-Al雷击损伤程度的加剧的主要原因是水分子在雷击高温下的气化反冲。

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