空间燃料电池金属钛表面复合涂层制备与性能研究

金属Ti因其密度小(仅为不锈钢的0.6倍)和比强度高等特点,是轻量化空间燃料电池金属板材料的首要选择,但其在弱酸性环境中长时间工作容易被腐蚀。为了改善金属Ti双极板耐蚀性,采用多弧离子镀技术在金属Ti表面制备了由Ti过渡层及TiN表层构成的Ti/TiN复合涂层,研究制备工艺参数对Ti/TiN复合涂层微观结构及力学、电化学性能的影响规律。利用场发射扫描电子显微镜(SEM)分析涂层的微观形貌,利用X射线衍射仪分析涂层的相组成,利用纳米压痕仪评价涂层的力学性能,利用电化学工作站评价涂层在模拟质子交换膜燃料电池(PEMFC)阴极工作环境下的耐蚀性。结果表明:制备工艺参数优化后的Ti/TiN复合涂层具有优异的表面质量和良好的耐蚀性,腐蚀电流密度为6.383μA/cm^(2),是金属Ti腐蚀电流密度的0.6倍,Ti/TiN复合涂层显著提高了金属Ti的耐蚀性,可为空间燃料电池金属双极板表面改性提供技术支持。

同步脉冲偏压对低温制备的CrSiN薄膜结构及性能的影响研究

利用高功率脉冲磁控溅射技术,研究了同步脉冲偏压对低温沉积的CrSiN薄膜的组织结构、力学、摩擦学及耐腐蚀性能的影响。研究表明,随着同步脉冲偏压升高,荷能离子轰击对薄膜表面的溅射作用增强,薄膜中的轻质元素含量略有下降,同时c-CrN(111)晶面衍射峰消失,薄膜呈明显的(200)晶面择优取向,晶粒细化,致密度提高。在−500 V偏压下沉积的薄膜硬度最大,达到16.5 GPa,腐蚀电流密度可达2.09×10^(−10)A/cm^(2);磨粒磨损及黏着磨损为CrSiN薄膜的主要磨损机制。调控同步脉冲偏压实现了低温下具有优良力学性能和耐蚀性能的CrSiN薄膜的可控制备,为拓宽CrSiN薄膜在温度敏感基体上的适用性提供了新的研究思路与解决途径。

微生物结合碳纤维加固钙质砂的高强度试验研究

为了研究微生物诱导碳酸钙沉淀(MICP)结合碳纤维固化钙质砂的效果及机理,先通过低轮次注浆试验探究碳纤维对MICP加固钙质砂效果的影响,并确定碳纤维的最佳掺量及长度,然后开展高轮次注浆试验,研究MICP胶结液无法再注入时的砂柱强度,通过试验结果对比和扫描电镜等分析,分析了微生物、碳纤维及钙质砂之间的作用机理。试验结果表明,掺加碳纤维能显著提高微生物加固钙质砂的强度。在低轮次注浆试验中,掺加碳纤维能有效提高碳酸钙的生成量及试样强度,纤维组的碳酸钙生成量比无纤维对照组提高了15%~34%,试样强度提高了135%~217%;高轮次注浆试验中,在MICP胶结液无法再注入砂柱的情况下,由于两组试样注浆轮次的差异,纤维组最终的碳酸钙生成量对比无纤维对照组减少了4%,试样强度提高了11%。

双亲性噻吩羧酸衍生物的制备及潜指纹检测应用

以5-溴噻吩-2-羧酸和4-(二苯基胺基)苯硼酸为原料,通过Suzuki偶联反应,合成了双亲性噻吩羧酸衍生物5-[4-(二苯基氨基)苯基]噻吩-2-羧酸(TTC-H)及其钾盐(TTC-K)。采用1HNMR和13CNMR对两个化合物进行了结构表征;利用UV-Vis吸收光谱、荧光发射光谱讨论了TTC-H和TTC-K及其聚集态的光物理性质,对其进行密度泛函理论计算和溶剂化显色测试;并对其晶体结构进行解析及Hirshfeld表面分析;将TTC-K水溶液通过化学浸渍法和雾化法应用于潜指纹成像。结果表明,TTC-H分子间存在C…H、H…H和O…H相互作用力,占比分别为31.6%、44.6%和14.6%(占总作用力的百分数,下同)。TTC-H与TTC-K均具有聚集诱导发光性质。将TTC-K水溶液通过化学浸渍法和雾化法应用于潜指纹成像,两种方法均可精确、高效地得到指纹的三级结构。浸渍法能在低浓度(5×10^(–5)mol/L)下实现对潜指纹的快速(≤5 s)识别,陈化稳定性好;而雾化法更容易操作,对于陈旧指纹(≤14 d)、水中浸泡指纹(≤7 d)均具有良好的成像效果。

网络短视频影响下青少年犯罪风险分析

青少年使用网络短视频的比例逐年上升,网络短视频对青少年的负面影响不容小觑。因其界面交互性强、内容丰富、娱乐性强、圈层认同度高等原因,使得其非常受青少年欢迎。无意识的隐私泄露、价值观扭曲、不良信息侵蚀、短视频沉迷等网络短视频对青少年的不良影响逐渐显现,伴随而来的青少年在使用网络短视频时所面临的犯罪风险值得社会各界重视,可从青少年自身、家庭、学校、网络短视频平台等角度采取措施,联合预防青少年犯罪的发生。

空间用9Cr18钢PⅢ复合离子注入表面改性工艺研究

采用等离子体浸没离子注人(PⅢ)技术对9Cr18轴承钢表面进行了双注入及共注入Ti+N工艺处理。测试了处理前后试样的显微硬度及真空摩擦因数,并表征分析了表面磨损形貌。结果表明:处理后试样的显微硬度都有大幅提高,最大增幅达68.7%;表面真空摩擦因数由0.15下降到0.08;磨斑尺寸及粗糙度分别减少了54.4%和37.4%。双注入与共注入方式在相同参数下,双注入处理后的试样表面综合性能更加优异。

离子注入空间齿轮传动副用30CrMnSi材料真空摩擦学性能研究

通过多种表面测试手段对几种单一及双离子注入空间齿轮传动副用30CrMnSi材料的真空摩擦学性能进行了研究,同时对不同注入条件进行了计算机模拟计算。结果表明,Ti++N+双注入后表面真空摩擦磨损性能相对最好。这主要是由于离子注入引起的注入层微观结构变化改变了摩擦磨损机理,从而改善了材料的摩擦学性能。

薄膜的应力控制技术研究现状

薄膜应力普遍存在于薄膜元器件中,从而影响薄膜器件性能,限制了其良好的应用前景。所以控制薄膜的应力,消除其不良影响,是薄膜生产工艺中不可或缺的技术手段。本文对此详细阐述了几种常用的薄膜应力控制方法,并对以后研究工作的开展提出几点要求。

原子层沉积技术改性CrN硬质涂层性能的第一性原理研究

目的基于密度泛函理论的第一性原理,对原子层改性氮化铬(CrN)涂层的关键性能进行仿真计算,以充分了解涂层微观组织结构演变和微观界面结构本质,为后续原子层沉积CrN工艺研究提供理论指导。方法通过建立CrN(011)-CrN(011)复合体系模型,分析计算了涂层的界面性能、弹性性能及热力学性能。结果模型结构经过优化后,各原子层间间距均发生不同程度的减小,且各层间距趋于一致。态密度分析表明:其优良的结构稳定性主要来自6.4~4.8 eV范围内Cr原子3d轨道和N原子2p轨道间的相互作用;基于应力应变的弹性常数满足波恩准则判定依据,力学性能稳定,计算结果为硬度30.29 GPa,体积模量409.83 GPa,剪切模量270.86 GPa。采用NVT系综模拟,当温度T≤1023 K时,温度波动振荡收敛;当温度T>1023 K时,温度在某个时间点瞬时激增而不收敛,可以得出CrN涂层的极限使用温度为1023 K。结论原子层沉积改性的CrN硬质涂层具有优良的界面相容性,成键强度高,界面能低,结构性能稳定。

空间齿轮传动副用材料离子注入改性工艺研究

对空间机械的齿轮传动副用材料进行Ti+N离子注入表面改性研究,考察不同注入能量和剂量条件下的改性材料的硬度和真空摩擦磨损性能,获得表面改性效果优异的离子注入工艺参数。结果表明,在注入能量为Ti+/45keV+N+/65 keV,注入剂量为7×1017cm-2的工艺参数条件下,改性材料的真空摩擦学性能相对最好,表面改性效果最佳。

真空阴极电弧离子源磁场分析与设计

真空阴极电弧离子源是多弧离子镀膜设备的核心部件,直接影响镀膜系统的整体性能。真空阴极电弧离子源在工作时,大液滴发射是阻碍电弧离子镀技术广泛深入应用的瓶颈问题。合理设计并利用磁场可以很好地控制弧斑运动,大幅度地减少液滴、减小液滴尺寸、提高膜层质量和使用寿命。对真空阴极电弧离子源的附加磁场进行了理论分析和仿真计算,为附加磁场的优化设计提供了重要的指导依据。

快速退火对溅射沉积Al膜微结构及应力的影响

用直流溅射法在聚酰亚胺(PI)基底上制备了300 nm厚的Al膜,并进行快速退火(RTA)处理。用X射线衍射、扫描电子显微镜和曲率法对Al薄膜的微结构及应力随退火温度和时间的变化进行了研究。结果表明,采用快速退火可以使其压应力松弛,甚至转变成张应力。

一种多波束可旋转的金属波导太赫兹阵列天线

随着移动通信的高速发展和通讯环境的日益复杂,多波束天线在多目标雷达、卫星通信以及多点无线通信等领域有着广泛的应用需求。轨道角动量是电磁波的基本属性之一,它具有螺旋形波前,可独立于振幅、相位、偏振等基本属性,能为电磁波提供新的复用维度。基于亚波长金属波导阵列对电磁波优异的调控能力,我们设计了一种多波束可旋转的太赫兹(THz)阵列天线,通过调控入射波两正交偏振分量的相位分布,可将其分别转化成强度分布一致、阶数相反的涡旋波束。通过改变两分量的相位差,可实现45°偏振方向上波束的干涉图样发生旋转。此外,该阵列天线还展现出了高增益(31 dBi)和宽带宽(61 GHz)的特性。该工作可为基于多波束阵列天线的方位角测量提供新的思路,对丰富THz频段的阵列天线设计具有重要意义。

界面合金化控制柔性Al/PI薄膜应力的研究

针对航天器用MEMS热控百叶窗存在的柔性薄膜应力问题,开展界面合金化控制薄膜应力技术研究.通过给柔性Al/PI薄膜体系添加中间层Sn,使其合金化,使晶格产生膨胀畸变,来引入相反的应力与已经存在的本征压应力相抗衡,可获得低表观应力的薄膜.用SEM和EDS剖面分析验证了Sn原子发生了明显的扩散现象,形成了Al-Sn合金层.这种方法可作为控制薄膜应力的一种新的技术手段.

基底材质对硅酸钠粘结MoS_2润滑涂层摩擦学性能的影响

目的针对空间机械润滑处理的需求,研究硅酸钠粘结MoS2润滑涂层摩擦学性能。方法在几种不同材质基底的表面喷涂硅酸钠粘结MoS2润滑涂层,采用球盘摩擦磨损试验机研究其真空摩擦学性能和高温摩擦学性能,并利用红外光谱和扫描电镜对高温摩擦机理进行分析。结果几种基底表面润滑涂层的真空摩擦系数均低于0.1,且基底硬度越高,涂层的耐磨寿命越长,摩擦系数越低。在室温至300℃范围内,随温度的升高,涂层的摩擦系数先降低后升高,耐磨寿命先升高后降低。300℃时,涂层主要发生磨粒磨损。结论硅酸钠粘结MoS2润滑涂层能够用于经微弧氧化处理的铝合金基底表面,在200℃以下的大气环境和300℃氮气环境中的摩擦学性能优异。

原子荧光法测定艾氏卡试剂熔样中砷的含量

目的通过优化进口无烟煤和烟煤前处理条件,确定最佳前处理方法。方法采用王水法、微波消解法、艾氏卡法对进口无烟煤和烟煤进行前处理,原子荧光法对煤中砷含量进行检测。结果对烟煤来说3种前处理方法的砷含量测定结果无大差异,但对无烟煤来说,王水法、微波消解法的砷含量测定结果较艾氏卡法严重偏低。在艾氏卡法中,升温速度对无烟煤砷含量测定结果几乎没有影响;但会随着升温时间的增加,部分烟煤的砷含量测定结果逐渐升高;1.5 h室温升至500℃、在800℃下保持3 h能满足大多数进口无烟煤、烟煤样品的需要;艾氏卡试剂会带来一定的基质增强效应,使用基质校准曲线可进行准确定量。结论艾氏卡法对进口烟煤和无烟煤前处理效果较王水法、微波消解法有明显优势,适用于进口烟煤和无烟煤的前处理。

湿热对PI/MoS_2涂层性能的影响

对钛合金表面的PI/Mo S2涂层进行了湿热老化试验,在70℃、98%RH条件下存储长达27 d。采用衰减全反射红外光谱和透射红外光谱分别对涂层表面及涂层进行分析测试,利用X射线光电子能谱对涂层表面成分进行分析。通过球盘摩擦试验机考察了湿热老化对润滑涂层的真空及大气摩擦性能的影响。采用拉脱法测试了湿热老化前后涂层附着力。结果表明,湿热会导致PI/Mo S2润滑涂层表面的胶黏剂聚酰亚胺被水解侵蚀,膜层表面深度在50 nm以内的部分Mo S2被氧化。湿热试验前后涂层的真空耐磨寿命降低13%,大气耐磨寿命降低16%;真空摩擦因数略有增加且波动增大,而大气摩擦因数显著增加,涂层附着强度也略显降低。

两种黏结润滑干膜耐γ射线辐照研究

采用钴-60γ射线分别对MoS2基黏结润滑干膜与PTFE基黏结润滑干膜进行不同剂量的辐照作用,最高辐照剂量达5.0×107 rad(Si)。对辐照前后的2种润滑干膜进行红外分析,采用真空球盘摩擦磨损试验机考察辐照因素对润滑膜的真空摩擦学性能的影响,并观测辐照前后润滑膜的表面及磨痕,测试润滑膜的力学性能。结果表明,γ射线导致2种润滑干膜内物质的官能团都发生了变化,膜表面变粗糙。但是润滑干膜摩擦因数略显减小,随辐照剂量的增高,耐磨寿命及力学性能并未受到显著影响。

固体润滑轴承用9Cr18不锈钢离子注入与磁控溅射改性真空摩擦学研究

为了提高空间固体润滑滚动轴承耐磨寿命,采用全方位离子注入和磁控溅射技术对空间固体润滑轴承用9Cr18材料进行耐磨减摩表面改性研究。首先对9Cr18不锈钢试样表面注入N+、Ti+、Ti++N+,对离子注入后试样采用磁控溅射技术沉积MoS2-Ti薄膜。通过测试注入前后试样粗糙度及硬度,评价不同注入离子及无离子注入不同基底材料下溅射MoS2-Ti薄膜的附着力、真空摩擦学、薄膜磨损率等性能。结果表明离子注入通过提高9Cr18不锈钢基底硬度,能够提高复合改性后9Cr18不锈钢材料真空摩擦学性能20%。

掺杂类金刚石薄膜微观结构和摩擦学性能的研究进展

类金刚石(Diamond like carbon,DLC)薄膜具有高硬度、低摩擦系数、低磨损率的特点,已广泛应用于各行各业,但也存在内应力大、热稳定性差以及摩擦学性能对环境敏感等问题,制约了DLC薄膜的应用。在DLC薄膜中,掺入异质元素能够改变薄膜成分、微观结构和sp3杂化键含量,可有效地减小薄膜内应力,提高结合力并改善摩擦学性能。首先介绍了掺杂DLC薄膜的起源和制备方法,简要分析了各种制备方式的优缺点,并从掺杂元素在DLC薄膜中的存在形式和sp3杂化键含量两个方面,讨论了掺杂对DLC薄膜微观结构的影响,并简要介绍了掺杂对DLC薄膜机械性能的影响。金属元素掺入DLC薄膜后,以原子溶解、单质纳米晶或金属碳化物纳米晶的形式,分布于非晶基体中;非金属元素掺入DLC薄膜后,主要以原子溶解形式溶于非晶基体。随后,系统讨论了掺杂对DLC薄膜摩擦学性能的影响。S、Ag元素的掺入能够有效减小真空环境下DLC薄膜的摩擦系数;B、N、F、Si或过渡金属的掺入能够提高DLC薄膜的热稳定性,拓宽DLC薄膜的使用温度范围;Si、F、B以及钛等过渡金属元素的掺入能够降低DLC薄膜摩擦学性能对湿度的敏感性。最后,提出了多元素掺杂和多种方法联合应用是DLC薄膜未来的重点研究方向。