近日，哈尔滨工业大学宋晓国教授团队提出一种界面微-纳双尺度定向调控技术，即在金属表面预制多孔结构以强化在热连接过程中熔化的树脂基体在金属表面的嵌合作用，并优化金属表面化学状态以吸附更多的极性官能团；依据待连接热塑复合材料的树脂基体官能团组成提出设计纳米级硅烷偶联薄膜定向诱导氢键理念，实现对金属/热塑复材大差异材料热连接界面微-纳双尺度调控。

相关研究成果以题为Enhanced interfacial bonding strength of laser bonded titanium alloy/CFRTP joint via hydrogen bonds interaction发表在Composites Part B：Engineering上。该研究以TC4钛合金与碳纤维增强聚醚醚酮(CFRTP)为研究对象，研究微弧氧化复合KH550硅烷偶联薄膜双尺度调控结构在激光连接TC4/CFRTP过程中界面的强化机理。微弧氧化多孔结构的引入显著提高了金属表面的物理粗糙状态，促进界面的机械嵌合行为。同时优化了金属表面的化学状态，羟基（-OH）的吸附含量显著提高，这为硅烷偶联薄膜的定向引入提供了优异的条件。纳米级硅烷偶联薄膜的引入并未改变金属表面的物理结构，表明对机械嵌合无影响，而典型-Si-O及-N-H等官能团出现在金属表面，表明纳米级硅烷偶联薄膜的成功引入，金属表面化学状态满足预期设计需求。对连接界面处典型官能团进行傅里叶红外光谱分析发现，引入的氨基及CFRTP内部的羰基及醚键等典型官能团均发生不同程度的红移及蓝移。这表明引入的纳米级硅烷偶联薄膜在激光连接过程中实现了对界面氢键作用的诱导并被精确捕捉与鉴定。这使得微-纳双尺度调控下的接头性能较未处理状态下提升近一倍。

这项研究创新地提出微-纳双尺度调控结构，进一步提高了金属/热塑复合材料轻量化结构热连接的可靠性，该设计理念也将为界面定向改性强化提供新思路，为金属/热塑复合材料界面氢键的诱导与鉴定奠定了理论 基础。