纳米氧化铝改性地面井固井水泥水化机制研究

随着地面井固井技术发展加快,工程现场对于地面井固井水泥浆的早期流动性及凝结性能有了更高的要求。为了提高固井工程注水泥作业的顶替效率,改善固井工程现场作业应用情况,提出了纳米氧化铝颗粒改性固井水泥的方法,利用核磁共振技术对质量分数为0、0.05%、0.10%、0.15%及0.20%的纳米氧化铝改性水泥浆(水灰比为0.44)在不同水化龄期的水化反应变化特征进行了研究,探究了纳米氧化铝改性水泥的水相分布、物理结合水总信号量变化、峰形指数及迁移速率。结果表明:纳米氧化铝改性水泥浆在水化阶段的T2图谱会出现3个弛豫峰,分别对应絮凝结构填充水(0.1~10 ms)、毛细水(10 ms)、自由水(800~1000 ms);其物理结合水总信号随纳米氧化铝质量分数增加而逐步减少,其中质量分数为0.20%的纳米氧化铝改性水泥浆信号量减少速率最快;峰形指数呈现先上升后下降的趋势,当水化反应进行至600 min时,质量分数为0.20%的改性水泥浆变化速率最快,弛豫峰向短弛豫方向移动速率加快;结合迁移速率将纳米氧化铝改性固井水泥水化反应阶段划分,其水化机制分别作用在4个水化时期:①初始水化期(5~60 min),水化速率未发生明显改变;②加速水化期(60~600 min),纳米氧化铝使水泥浆中物理结合水转化为化学结合水所经历时间变短,水化进程加快,达到促进水泥水化的效果;③稳定水化期(600~1200 min),水泥体系趋于稳定;④延缓水化期(1200~1800 min),物理结合水转化为化学结合水速率变慢,水泥水化进程减慢。研究结论得到,纳米氧化铝改性水泥浆水化时期可以划分为4个阶段,分别起到物理填充、加速、稳定、延缓的作用。在加速期,纳米氧化铝促进水泥的早期流动,有利于水泥浆的泵送及流动,在延缓期,纳米氧化铝延缓水泥的进一步水化进程,利于发展早期强度。其中,质量分数为0.20%的纳米氧化铝改性水泥浆对于水泥水化进程影响最大,促进填充水向结合水的转化,在加速水化期间对于水泥浆水化反应加速程度最大,以此作为依据对现场固井水泥的制备及应用提供指导。

纳米氧化铝颗粒强化泡沫压裂液稳定性研究

通过向表面活性剂SDS中添加纳米氧化铝颗粒(AlNPs)起泡形成泡沫,考察了纳米氧化铝对泡沫压裂液稳定性的影响,研究了纳米氧化铝泡沫携沙能力。结果表明:AlNPs明显增强了泡沫稳定性与强度,适宜质量分数为0.25%。添加AlNPs的泡沫在高温高压条件下比较稳定,其中在常温、不同压力范围内,与不含AlNPs的泡沫相比,其半衰期提高约1倍,同时AlNPs明显增强了泡沫压裂液的携沙能力。

纳米氧化铝提升海洋环境高速铁路桥梁混凝土结构服役寿命研究

氯离子传输并诱导内部钢筋锈蚀是海洋环境高速铁路桥梁混凝土结构耐久性失效的主要原因之一,增大混凝土氯离子传输阻力是提升混凝土结构服役寿命的根本途径。纳米技术与纳米材料的发展为混凝土材料高性能化提供了新的可能。本工作研究了纳米氧化铝(NA)对砂浆氯离子电迁移系数(D_(RCM))与自然扩散系数的影响,基于氯离子等温吸附曲线,建立了考虑氯离子结合参数的氯盐传输模型,分析了NA对氯盐侵蚀环境下混凝土结构服役寿命的影响。结果表明:适宜掺量的NA可降低砂浆氯离子传输性能;承台桩基础混凝土钢筋保护层厚度为60 mm时,在C45混凝土中掺入2%(质量分数)NA后,仅考虑氯离子侵蚀时混凝土预期服役寿命由68年提升至107年。NA为提升海洋环境下高速铁路混凝土结构服役寿命提供了新的技术途径。

采用纳米氧化铝制备高弹性模量超高性能混凝土的可行性研究

纳米材料具有粒径小、比表面积大、化学活性高等独特性能,能够提升水泥基材料的力学性能和在恶劣环境下的耐久性,在水泥基材料领域具有广阔的应用前景。弹性模量是超高性能混凝土(UHPC)的重要力学参数之一。虽然目前UHPC的抗压强度得到了大幅提升,但是其弹性模量并未随抗压强度同幅度增长。为了探究采用纳米氧化铝(NA)制备高弹性模量UHPC的可行性,本工作利用MAA (Modified Andreasen and Andersen)模型设计UHPC初始配合比,研究不同掺量的NA对UHPC工作性能、力学性能和耐久性能的影响。此外,本工作还探究了NA对UHPC微观孔结构和微观力学性能的影响。研究表明:(1)NA能使UHPC的28 d抗折强度、抗压强度、弹性模量分别提高8.23%~16.31%、8.04%~26.39%、9.44%~16.55%;(2)NA能使UHPC的干缩、氯离子迁移系数分别降低2.54%~13.01%、8.21%~17.28%;(3)NA能够优化UHPC的孔结构,提高其浆体弹性模量;(4)综合考虑NA对UHPC工作性能、力学性能和耐久性能的影响,NA在UHPC中的优选掺量为1.0%。本工作的研究结果对利用NA制备高弹性模量的UHPC具有指导意义。

金刚石/纳米氧化铝陶瓷复合材料高温高压合成物相结构分析

以正硅酸乙酯(TEOS)为反应前驱体,采用溶胶-凝胶法在金刚石微粉(粒度0.1~4μm)表面包覆一层非晶纳米氧化硅膜层,同时在覆膜层中加入纳米Si粉和纳米Al_(2)O_(3)粉,制备出金刚石/纳米SiO_(2)/纳米Al_(2)O_(3)复合包覆体。采用高温高压(HTHP)技术,将复合包覆材料置于六面顶压机中,以压力5 GPa、温度1100℃~1700℃、保温20 min的条件制备了金刚石-氧化铝陶瓷烧结体。在高温高压合成过程中,纳米SiO_(2)从非晶态转变为晶态,原料纳米Al_(2)O_(3)中的γ-相、θ-相转变为稳定的α-相,同时,SiO_(2)和Al_(2)O_(3)之间形成了Al_(2)SiO_(5)(莫来石)相,由此,通过高温高压下反应原料的结构转变与复合,可以获得致密度良好的金刚石-氧化铝复合材料。

六方氮化硼负载纳米氧化铝复合填料的制备及改性环氧涂层的防腐性能研究

将γ-氨基丙基三乙氧基硅烷(KH550)改性的Al_(2)O_(3)纳米颗粒负载在覆盖有聚多巴胺(PDA)的六方氮化硼(h-BN)片层表面,合成了一种新型的PDA-BN@f-Al_(2)O_(3)复合材料,然后将其作为填料分散在环氧树脂中制备复合环氧涂层。结果表明,PDA-BN@f-Al_(2)O_(3)复合材料在环氧树脂中具有良好的分散性,并且表现出主动缓蚀的效果。添加质量分数为1%的PDA-BN@f-Al_(2)O_(3)复合材料的环氧涂层表现出良好的阻隔性能以及长效防腐的效果,其低频区的阻抗模量(|Z|_(0.01 Hz))比纯环氧涂层高三个数量级,同时复合涂层的柔韧性也得到提升。

有机硅-纳米氧化铝溶胶复合绝缘高温导线的研究

通过有机-无机复配技术,采用有机硅-纳米氧化铝溶胶涂覆石英纤维绕包层制备耐高温绝缘层。通过SEM、FTIR、XRD等表征技术对有机硅-纳米氧化铝溶胶涂层的微观形貌与结构进行分析,采用TG-DSC分析有机硅-纳米氧化铝溶胶复合绝缘漆的热稳定性能,并对高温导线进行常温与高温绝缘性能和击穿电压性能测试。结果表明:有机硅-纳米氧化铝溶胶复合绝缘漆具有良好的热稳定性,能够显著提升石英纤维绕包层的耐温等级,并且高温导线表现出良好的高温绝缘性和高耐电压性,在800℃时的电阻率大于1 MΩ·m,常温击穿电压超过2000 V,适用于航空、航天领域中的高温和高压等特殊环境。

莫来石晶须和纳米氧化铝对搪瓷釉性能及显微结构的影响

以基础钛釉、悬浮剂和K_(2)CO_(3)助剂为主要原料制备了搪瓷釉,并研究了莫来石晶须和纳米氧化铝对搪瓷釉性能及显微结构的影响。在测试其维氏硬度和光泽度等性能的同时,也通过XRD、XRF、SEM-EDS等检测手段对搪瓷釉面显微结构进行了表征。结果表明:在820℃下保温30 min,莫来石晶须和纳米氧化铝的含量各为16 wt.%时,试样的维氏硬度分别为6.12 GPa和5.64 GPa,且随着其含量的增加,试样的光泽度均呈现逐渐降低的趋势。

纳米氧化铝掺杂酚醛/环氧聚合物基复合材料的制备及耐磨性能

目的 提高环氧树脂的耐磨性并改善其力学性能,探究纳米氧化铝掺杂酚醛/环氧复合材料的摩擦磨损行为并揭示其减摩耐磨机制。方法 以酚醛树脂(PF)改性环氧树脂(EP)为聚合物基体,将改性的纳米氧化铝(Nano-Al_(2)O_(3))掺杂其中,制备不同配比的Nano-Al_(2)O_(3)掺杂PF/EP聚合物基复合材料。利用红外光谱仪(FTIR)对复合材料进行化学结构表征。通过泰伯磨损试验和硬度分析,对比不同含量Nano-Al_(2)O_(3)掺杂对PF/EP基复合材料耐磨性能的影响。借助扫描电镜(SEM)分析复合材料的断面形貌和磨损表面,探究复合材料的磨损机理和减摩耐磨机制。结果 FTIR测定证实了硅烷成功改性Nano-Al_(2)O_(3),并参与到PF与EP的固化反应中。硬度分析及磨损试验表明,硅烷改性Nano-Al_(2)O_(3)和PF的加入都提高了复合材料的硬度和耐磨性。与纯EP相比,酚醛质量分数为30%,掺杂3%Nano-Al_(2)O_(3)的复合材料的泰伯磨损指数最低,硬度提高了86%,磨损量降低了38.7%。SEM显示Nano-Al_(2)O_(3)与PF/EP聚合物基体结合良好,断裂面产生的银条纹和分散均匀的Nano-Al_(2)O_(3)提高了复合材料的韧性和致密性。掺杂Nano-Al_(2)O_(3)后的复合材料,其磨损面更平整,磨损机理主要为黏着磨损。复合材料基体中的Nano-Al_(2)O_(3)和PF通过提高刚度和承载能力改善了磨损性能。另一方面,Nano-Al_(2)O_(3)形成的润滑膜和聚合物自润滑特性提高了复合材料的耐磨性能。结论 优异的摩擦学性能归因于较强的显微硬度和润滑膜的协同作用。

纳米氧化铝修饰及其增强水性丙烯酸涂料物理性能的研究

为了增强水性丙烯酸树脂涂料的物理性能,在超声波作用下,通过调控抗沉型分散剂的质量分数,成功制备出一种绿色改性的水性纳米氧化铝分散体,对水性纳米氧化铝分散体进行了表征,并对分散体复合市售水性丙烯酸树脂涂料进行了物理性能测试。结果表明:在分散剂质量分数为0.50%,超声波分散时间为0.5 h的条件下,制备的水性纳米氧化铝分散体的储存稳定时间大于90 d;在市售水性丙烯酸树脂涂料中添加质量分数为4%的水性纳米氧化铝分散体后,涂层的耐磨转数从小于5 r增大到15 r以上,抗刮载荷从1.10 kg增大到2.00 kg。

纳米氧化铝改性间位芳纶绝缘纸的制备及性能研究

文章通过采用喷涂、真空抽吸、高温热轧制备工艺,制得纳米氧化铝掺杂改性间位芳纶绝缘纸,对其抗张强度、断裂伸长率、击穿电压、局部放电起始电压和局部放电量进行了测试对比研究。结果表明,绝缘纸的机械力学性能表现出随纳米氧化铝掺杂含量的增加而逐渐下降的趋势,介电性能则表现出随纳米氧化铝掺杂含量的增加先升后降的趋势。当纳米氧化铝掺杂含量达到3.0%时,介电性能达表现最佳,击穿电压提高了17.2%,局部放电起始电压提高了20.0%,局部放电量下降了42.7%。同时,纸的纵横向抗张强度分别下降3.28%和3.95%,纵横向断裂伸长率分别下降5.35%和5.31%,力学性能下降幅度很小,仍保持在较高水平,说明在较低含量纳米氧化铝掺杂情况下,间位芳纶绝缘纸的介电性能可得到显著提升,同时仍能维持较好的机械力学性能。

纳米氧化铝对油井水泥基复合材料力学性能的影响

低温环境会降低油井水泥基复合材料的水化速率,导致水泥石力学强度发展慢,不能满足固井作业的要求。为提高水泥石早期强度,室内评价了纳米氧化铝粉末对油井水泥基复合材料流变性、失水量和稠化时间等常规性能的影响规律,同时研究了不同含量纳米氧化铝水泥石的抗压强度、抗折强度和抗冲击强度力学性能,并对水泥石进行微观分析。结果表明:纳米氧化铝会增大水泥浆流变性,改善水泥浆浆体稳定性,缩短水泥浆稠化时间,降低水泥浆失水量,在油井水泥基复合材料中应用需要掺入合适的分散剂和缓凝剂。同时,纳米氧化铝可以明显提高水泥石抗压强度、抗折强度和抗冲击强度,对水泥石早期力学性能改善效果显著。使用纳米氧化铝制备的油井水泥石微观结构致密。

纳米氧化铝浆料制备及用于改性锂电池正极材料

为了开发更为简单、高效制备氧化铝改性正极材料的方法,提升锂电池正极材料的倍率和循环性能,以聚丙烯酸铵(PAANH_(4))为分散剂制备纳米氧化铝浆料,并在锂离子电池正极材料LiNi_(0.8)Co_(0.1)Mn_(0.1)O_(2)表面包覆纳米氧化铝。通过实验发现,PAANH_(4)添加量为4%(PAANH_(4)占氧化铝的质量分数)、球磨时间为8 h,所得纳米氧化铝粒径较小且均匀。将此纳米氧化铝浆料应用于锂离子电池正极材料改性,氧化铝的加入不改变正极材料的表面形貌、颗粒尺寸和晶体结构。在电化学性能测试中,发现在氧化铝包覆量为0.3%(质量分数,下同)时,获得较优倍率性能,在氧化铝包覆量为0.5%时,获得较优的循环稳定性能。1C倍率下,未包覆和氧化铝包覆量为0.5%的正极材料循环100次,其容量保持率分别为75.61%和84.93%。

纳米氧化铝/二硫化钼协同增强EP复合材料的摩擦磨损性能

将改性处理后的纳米氧化铝(nano-Al_(2)O_(3))和二硫化钼(MoS_(2))作为填料加入到环氧树脂(EP)中,制备不同配比的nano-Al_(2)O_(3)/MoS_(2)/EP复合材料。通过扫描电镜、差示扫描热量计、傅里叶变换红外光谱仪、维氏硬度计、磨耗仪、摩擦磨损试验机对复合材料的微观形貌、固化工艺、硬度及耐磨性进行研究。结果表明,EP体系采用70℃/2 h+90℃/1 h+110℃/2 h的阶梯固化温度。nano-Al_(2)O_(3)成功地被硅烷偶联剂改性并参与到EP的固化反应当中。当nano-Al_(2)O_(3)添加量为3 phr、MoS_(2)添加量为20 phr时,复合材料的维氏硬度为21.5、磨损量为540 mg、摩擦系数为0.14,与纯EP相比,分别提高了58%、57%、74%。nano-Al_(2)O_(3)和MoS_(2)分散在EP基体当中,提高了EP的力学性能。

纳米氧化铝基复合水溶胶的合成及其灭火、阻隔性能研究

以氧化铝水溶胶(Als)、3-氨丙基三乙氧基硅烷改性聚磷酸铵(mAPP)为主要原料,采用水解缩合法合成了改性聚磷酸铵@氧化铝复合水溶胶(mAPP@Als),并研究了其组分结构、灭A类火性能和阻隔性能。研究结果表明,所合成mAPP@Als中的mAPP与Als通过共价键键连,且含有铝、磷、氮阻燃元素;所合成的mAPP@Als水溶胶能够达到GB 17835—2008灭A类火性能要求(1A),浸涂mAPP@Als水溶胶木材的极限氧指数可达31.6%,木板表面的炭层致密均匀,且产烟、产热明显下降。

化学共沉淀法制备纳米氧化铝粉

以分析纯的硝酸铝和碳酸氢铵为主要原料,采用共沉淀法制备纳米氧化铝粉体,研究反应物的加料顺序和加料速度、表面活性剂种类、溶剂组成、晶种及前驱体的煅烧温度对产物的影响。采用X射线衍射仪分析粉体的物相组成,用谢乐公式计算晶粒尺寸,采用透射电子显微镜观测颗粒形貌。结果表明:原料的加料顺序对产物影响不明显,用PEG6000作表面活性剂,水和乙醇等体积混合液作溶剂,Al(NO_(3))_(3)溶液直接倒入NH_(4)HCO_(3)溶液中制得前驱体,当煅烧温度为1135℃煅烧2 h时,制备了粒径为33 nm的α-Al_(2)O_(3)粉体,加入晶种后,煅烧温度可降低至1075℃。

纳米氧化铝对硅橡胶空间电荷特性的影响

为研究硅橡胶的空间电荷特性,开展了纳米氧化铝对硅橡胶空间电荷行为影响的试验研究。通过制备纳米氧化铝(Al2O3)改性液体硅橡胶,利用电声脉冲法(pulse electro-acoustic method,PEA法)测量了纳米氧化铝质量份数对硅橡胶空间电荷特性的影响规律。根据空间电荷消散过程计算了不同纳米氧化铝质量份数硅橡胶的陷阱深度,并分析了空间电荷对硅橡胶性能的影响机理。试验结果表明随着纳米氧化铝质量份数的提高,相同外加场强下,硅橡胶试品的空间电荷积聚量增加,撤压后消散也更为迅速,迁移率随纳米氧化铝质量份数的提高而增大,陷阱深度则随之逐渐减小。分析认为,空间电荷特性随着纳米氧化铝质量份数的增加而呈现变化归因于纳米界面效应导致的陷阱能级分裂,浅陷阱密度增大,从而使得硅橡胶中空间电荷积聚量减少,消散更为迅速。

溶胶-凝胶法制备高比表面积的纳米氧化铝及其对过渡金属离子吸附行为的研究

溶胶 -凝胶法合成高比表面积纳米氧化铝,以透射电镜(TEM),X射线衍射(XRD),比表面积测定(BET)等手段对所得的纳米氧化铝进行了表征,表明纳米粒子的粒径在 40～ 80nm.以ICP AES为检测手段,考察了纳米氧化铝材料在静态吸附条件下对于过渡金属离子的富集分离性能.结果表明,在pH 8～ 9范围内,过渡金属离子Cu,Mn,Cr,Ni可实现定量分离富集.吸附于纳米氧化铝上的金属离子可用 1.0mol/L盐酸溶液完全解脱.将所合成的纳米氧化铝用于实际标准样品黑麦叶和煤烟灰中Cu,Mn,Cr,Ni的分离富集及ICP AES测定。

分散剂聚合度对纳米氧化铝粉体特性的影响

以不同聚合度的聚乙二醇(PEG)为分散剂,采用沉淀法制备氢氧化铝胶体,胶体经800～1100℃高温煅烧得到纳米氧化铝粉体.对粉体进行了颗粒分布、XRD谱、HRTEM形貌及电子衍射等分析.结果表明分散剂(PEG)的聚合度对纳米氧化铝的粒度分布有着重要的影响.当用PEG2000作分散剂时制备出的粉体颗粒细而均匀,平均粒径为25nm,无明显团聚与颗粒长大现象;经1000℃/2h煅烧已完全转化为α-Al2O3.文章对不同聚合度的分散剂的分散机理进行了讨论.

碳酸铝铵热分解制备纳米氧化铝粉体

Nanosized alumina powders were prepared from Al(NO3)3·9H2O and (NH4)2CO3 through the synthesis of ammonium aluminium carbonate hydroxide (AACH) and followed by calcination. TG DTA, XRD, TEM and BET were employed to study the process of AACH thermal decomposition and to characterize the products obtained. The results show that high purity (99.97%) and nanosized spherical α Al2O3 powders with the diameter of 40～50nm and BET surface area 32.5m2·g-1 can be obtained by calcining AACH at 1150℃for 1.5h, the sequence of phase transformation during calcination was AACH →amorphous Al2O3 →γ Al2O3 →α Al2O3, and the activation energy of AACH decomposition is (115±5)kJ·mol-1.