研究者们对复合材料抱有很高的期望，比如：火箭材料需要承受起飞时的高温，风力涡轮机必须能够承受强阵风，运动鞋需要具有长跑所需的耐用性和支撑性。那么如何开发适合此类特定用途的复合材料并验证其性能呢？

复合材料由两种或多种材料组成，这些材料粘合在一起，但在成品结构的宏观或微观尺度上仍然是截然不同的材料。由此产生的复合材料具有不同于任何单一材料的特性。因此，材料科学家需要能够针对特定应用优化复合材料配方，但首先必须进行充分的测试，以验证材料特性。

复合材料开发商利用尖端分析技术满足当今对轻质、可靠产品的高要求。他们首先对材料和产品原型进行表征，以解决客户期望的关键性能属性，包括强度、耐热性、附着力和耐用性。

各地实验室的复合材料科学家如何利用材料分析来提高其产品性能？以下是材料科学家在不同应用和行业中利用这些技术来测试复合材料的真实研究示例：

木塑露台施工 — 安装木塑复合地板的工人

1、差示扫描量热仪（DSC）

差示扫描量热仪（DSC）测量与材料的热转变相关的温度和热流。DSC 可量化复合材料的玻璃化转变温度（Tg）、凝胶时间和固化时间等关键指标。

Mohamed Rady 教授在波尔多大学使用 DSC 来支持他对颗粒复合材料相变的研究。他专门研究了熔化和凝固，设计了一个简单的程序来从 DSC 中获得准确的结果。

保罗萨巴蒂尔大学 CIRIMAT 实验室的研究人员 Rivière、Caussé、Lonjon、Dantras 和 Lacabanne 使用调制 DSC 来研究了在聚合物（聚醚醚酮）基体中添加银纳米粒子的效果。准确的热导率和比热测量使他们能够了解材料的热传导机制。他们的数据可用于优化材料的混合，以形成适合特定应用的复合材料。

TA Instruments 的 Discovery DSC 系列配备了 Tzero™ DSC 技术，在基线平坦度、过渡分辨率和灵敏度方面均有所改进，可进行更精确的热流测量。TA DSC 可更快、更准确地运行Modulated® DSC（MDSC®）实验。X3 DSC 可同时测量多达三个样品的热流，从而提高生产率。

2、流变学

流变学是研究材料流动和变形的学科。变形和流动分别称为应变和应变率，表示物体在外力或应力的影响下移动的距离。

埃博尼州立大学的 Ogah 教授使用流变仪测量填料和添加剂对木塑复合材料加工的影响。3 Ogah 以热塑性聚合物为基体材料对天然纤维进行加工，创造出天然纤维复合材料。然后，他在 TA Instruments Discovery 混合流变仪上分析了不同的纤维类型、含量、颗粒尺寸和形状对最终复合材料的流变特性的影响。

流变仪具有测量黏度和黏弹性的独特功能。TA Instruments 的 Discovery 混合流变仪还可帮助用户轻松识别粘度计或毛细管流变仪无法研究的微观结构的差异。在研究复合材料如何在微观层面上相互作用时，这些测量尤其有用。

3、力学分析

力学测试可帮助研究人员表征材料的机械性能，或确定结构对某种特定力量的反应。复合材料开发人员对材料的失效、疲劳、剪切或蠕变进行量化，并利用这些信息为特定应用设计出更好的产品。

来自阿尔伯塔大学的 Garces 和 Ayranci 开发了一种新方法，他们利用基于挤压的增材制造技术，通过电阻加热来制造和激活形状记忆聚合物复合材料（SMPC）。他们使用 TA Instruments 的 ElectroForce 热调节拉伸测试仪评估特定加工条件下的变形对 SMPC 的影响。他们的研究使其他人能够利用该技术成功制造 SMPC，并将其广泛应用于 “生物医学支架、运动器材和无人驾驶飞行器（UAV）”等领域。

无论是开发坚固的建筑材料还是生物相容性骨替代物，各地的实验室都依靠 ElectroForce 机械测试仪器来验证复合材料的机械性能。ElectroForce 负载框架涵盖了广泛的作用力范围，而多样本疲劳仪器可同时测试多达 16 个样本，可加速疲劳研究。