研究者們對復合材料抱有很高的期望，比如：火箭材料需要承受起飛時的高溫，風力渦輪機必須能夠承受強陣風，運動鞋需要具有長跑所需的耐用性和支撐性。那么如何開發(fā)適合此類特定用途的復合材料并驗證其性能呢？

復合材料由兩種或多種材料組成，這些材料粘合在一起，但在成品結構的宏觀或微觀尺度上仍然是截然不同的材料。由此產(chǎn)生的復合材料具有不同于任何單一材料的特性。因此，材料科學家需要能夠針對特定應用優(yōu)化復合材料配方，但首先必須進行充分的測試，以驗證材料特性。

復合材料開發(fā)商利用分析技術滿足當今對輕質(zhì)、可靠產(chǎn)品的高要求。他們首先對材料和產(chǎn)品原型進行表征，以解決客戶期望的關鍵性能屬性，包括強度、耐熱性、附著力和耐用性。

各地實驗室的復合材料科學家如何利用材料分析來提高其產(chǎn)品性能？以下是材料科學家在不同應用和行業(yè)中利用這些技術來測試復合材料的真實研究示例：

1、差示掃描量熱儀（DSC）

差示掃描量熱儀（DSC）測量與材料的熱轉變相關的溫度和熱流。DSC 可量化復合材料的玻璃化轉變溫度（Tg）、凝膠時間和固化時間等關鍵指標。

Mohamed Rady 教授在波爾多大學使用 DSC 來支持他對顆粒復合材料相變的研究。他專門研究了熔化和凝固，設計了一個簡單的程序來從 DSC 中獲得準確的結果。

保羅薩巴蒂爾大學 CIRIMAT 實驗室的研究人員 Rivière、Caussé、Lonjon、Dantras 和 Lacabanne 使用調(diào)制 DSC 來研究了在聚合物（聚醚醚酮）基體中添加銀納米粒子的效果。準確的熱導率和比熱測量使他們能夠了解材料的熱傳導機制。他們的數(shù)據(jù)可用于優(yōu)化材料的混合，以形成適合特定應用的復合材料。

TA Instruments 的 Discovery DSC 系列配備了 Tzero™ DSC 技術，在基線平坦度、過渡分辨率和靈敏度方面均有所改進，可進行更精確的熱流測量。TA DSC 可更快、更準確地運行Modulated® DSC（MDSC®）實驗。X3 DSC 可同時測量多達三個樣品的熱流，從而提高生產(chǎn)率。

2、流變學

流變學是研究材料流動和變形的學科。變形和流動分別稱為應變和應變率，表示物體在外力或應力的影響下移動的距離。

埃博尼州立大學的 Ogah 教授使用流變儀測量填料和添加劑對木塑復合材料加工的影響。3 Ogah 以熱塑性聚合物為基體材料對天然纖維進行加工，創(chuàng)造出天然纖維復合材料。然后，他在 TA Instruments Discovery 混合流變儀上分析了不同的纖維類型、含量、顆粒尺寸和形狀對最終復合材料的流變特性的影響。

流變儀具有測量黏度和黏彈性的功能。TA Instruments 的 Discovery 混合流變儀還可幫助用戶輕松識別粘度計或毛細管流變儀無法研究的微觀結構的差異。在研究復合材料如何在微觀層面上相互作用時，這些測量尤其有用。

3、力學分析

力學測試可幫助研究人員表征材料的機械性能，或確定結構對某種特定力量的反應。復合材料開發(fā)人員對材料的失效、疲勞、剪切或蠕變進行量化，并利用這些信息為特定應用設計出更好的產(chǎn)品。

來自阿爾伯塔大學的 Garces 和 Ayranci 開發(fā)了一種新方法，他們利用基于擠壓的增材制造技術，通過電阻加熱來制造和激活形狀記憶聚合物復合材料（SMPC）。他們使用 TA Instruments 的 ElectroForce 熱調(diào)節(jié)拉伸測試儀評估特定加工條件下的變形對 SMPC 的影響。他們的研究使其他人能夠利用該技術成功制造 SMPC，并將其廣泛應用于 “生物醫(yī)學支架、運動器材和無人駕駛飛行器（UAV）”等領域。

無論是開發(fā)堅固的建筑材料還是生物相容性骨替代物，各地的實驗室都依靠 ElectroForce 機械測試儀器來驗證復合材料的機械性能。ElectroForce 負載框架涵蓋了廣泛的作用力范圍，而多樣本疲勞儀器可同時測試多達 16 個樣本，可加速疲勞研究。