刺激响应型DNA水凝胶的设计合成及其在食品安全领域的研究进展

具有三维网络结构的DNA水凝胶,因其既具备DNA的生物学特性又兼具水凝胶的骨架功能而备受关注,又由于其具有良好的稳定性和特异性识别能力,可以对多种信号响应,并在凝胶和溶胶之间转换,在生物传感方面得到了广泛的应用。该文围绕DNA水凝胶的合成、刺激信号类型以及在食品安全领域的应用进行综述。根据合成方法的不同分为物理和化学合成方法,按照刺激信号的类型又可以分为温度响应型、pH响应型、光子响应型、生物分子响应型和多重响应型刺激信号的DNA水凝胶,总结了DNA水凝胶在食品安全领域应用于真菌毒素、重金属离子、食源性致病菌、抗生素残留、非法添加剂检测的研究进展,并对其发展前景进行了阐述。

N_2流量比对复合磁控溅射Zr-B-N薄膜结构和性能的影响

目的在反应沉积时补充金属离子,增加薄膜中金属氮化物硬质相的数量,优化复合磁控溅射Zr-B-N薄膜的制备工艺,揭示N_2流量比(N_2/(N_2+Ar))对Zr-B-N薄膜结构和性能的影响规律,进一步强化Zr-B-N纳米复合薄膜。方法采用高功率脉冲磁控溅射和脉冲直流磁控溅射复合镀膜技术沉积Zr-B-N薄膜,借助X射线衍射仪、能谱仪、扫描电镜、纳米压痕仪、划痕测试仪和摩擦试验机,研究N_2流量比对Zr-B-N薄膜成分、微观结构、力学性能和摩擦性能的影响。结果Zr-B-N薄膜具有典型的纳米复合结构,即BN非晶层包裹着ZrB_2、Zr_3N_4、Zr_2N、Zr N等纳米晶,所有Zr-B-N薄膜均沿(100)晶面择优生长。随着N_2流量的增加,(100)晶面的衍射峰宽化加剧;薄膜硬度由36.2 GPa下降到21.0 GPa;膜/基结合力逐渐增强,临界载荷从34.8 N增加到55.8 N;摩擦系数逐渐增大。当N_2流量比为42.9%时,摩擦系数相对较低,约为0.48,归因于薄膜内形成了沿(220)晶面生长的ZrN相,从而起到了良好的减摩作用。结论当N_2流量比为42.9%时,Zr-B-N薄膜具有纳米复合结构和良好的各项性能。

氮气流量对直流磁控溅射Zr-B-O-N薄膜摩擦学行为的影响

通过向ZrB_2薄膜中添加N和O元素,利用纳米复合结构和"预氧化"机制有望提高薄膜韧性、耐磨性能和耐热能力,本文系统研究了氮气流量对Zr-B-O-N薄膜摩擦学行为的影响。采用直流反应磁控溅射技术研制了ZrB_2薄膜和不同成分的Zr-B-O-N薄膜,利用扫描电镜观察薄膜的表面形貌,销盘式摩擦试验机测试薄膜的摩擦磨损性能,分析磨损失效机理。研究结果表明:在ZrB_2薄膜中添加N和O元素后,耐磨性能得到明显提高,随着氮气流量的增加,薄膜表面质量越来越好。结合力学性能测试结果,发现硬度不是影响薄膜耐磨性能的唯一要素,H/E*值越大,薄膜抗磨损能力越强。当氮气流量比为5%时,尽管Zr-B-O-N薄膜硬度只有15 GPa,却具有最低的磨损率1. 65μm3/N·mm。该工作为定量探讨薄膜力学参量与抗磨损性能的关系提供了重要实验依据。

热处理对Zr-B-N纳米复合涂层显微结构的影响

利用高功率脉冲和脉冲直流复合磁控溅射技术制备Zr-B-N涂层,研究沉积过程中的氮气流量和热处理温度对涂层显微结构的影响。采用电子探针显微分析仪、扫描电镜和X射线衍射仪对涂层的成分、断面形貌及结构进行观察和分析。结果表明:热处理温度为600℃时,涂层表面开始形成氧化膜,部分锆离子与氧反应生成(116)晶面取向的Zr_3O;在N_2流量为6 m L/min(标准状态)时,经热处理后涂层结构仍以非晶相为主;当氮气流量为10 m L/min时,随着热处理温度升高,涂层结构逐渐变得疏松,氧化反应加剧。氮分压越高制备的涂层结构越致密,抗氧化能力越强;当热处理温度达800℃时,涂层表面开始出现裂纹,部分涂层脱离基体,严重失效。

刀具涂层技术在钛合金加工中的应用

钛合金与常用类金属相比,具有更好的强度、韧性、延展性以及较好的抗氧化性与耐腐蚀性。因此这使得钛合金在航空航天、汽车技术以及医疗技术等领域中得到了广泛的应用。实现钛合金的高速、高效切削加工,切削刀具是关键。刀具涂层技术使得刀具在提高使用寿命、切削效率和加工表面质量等方面发挥着重要作用,可以很好的满足钛合金加工的需求;随着涂层技术的进步,刀具涂层朝着组成元素多元化和微观结构复合化方向发展,促进了现代工业的发展。

Ti-B-N纳米复合涂层的设计、制备及性能

利用脉冲直流磁控溅射技术研制Ti-B-N涂层,通过降低反应气体N2流量,减少涂层中a-BN(a代表非晶)软质相的含量,增大TiB_(2)靶溅射功率,提高硬质相TiB_(2)的含量,形成nc-(Ti_(2)N,TiB_(2))/a-BN(nc代表纳米晶)纳米复合结构,实现涂层增韧和强化。系统研究了TiB_(2)靶溅射功率对Ti-B-N涂层成分、微观结构和性能的影响,利用EDS、HRTEM、SEM、XRD、纳米压痕仪和划痕测试仪对涂层进行表征和测试,利用球-盘式摩擦磨损试验机测试涂层摩擦学性能。结果表明,随着TiB_(2)靶溅射功率增加,Ti-B-N涂层结构逐渐由nc-Ti_(2)N/a-BN演变成hcp-TiB_(2)/a-BN;Ti-B-N涂层的纳米硬度也逐渐增加,当TiB_(2)靶溅射功率为2.4 kW时,涂层硬度最高,约为33.8 GPa;此时Ti-B-N涂层的摩擦系数和磨损率也最低,分别为0.55和2.1×10^(-4)μm^(3)/(N·μm),涂层耐磨性能最佳。