原位纳米(TiB_(2)+ZrB_(2))颗粒与Sb协同增强A356铝合金微观组织与力学性能

在A356铝合金中同时引入原位纳米颗粒(TiB_(2)+ZrB_(2))和元素Sb,通过纳米颗粒对基体的强化和Sb提高颗粒分散性所产生的协同作用来提高材料的力学性能。结果表明,单独引入(TiB_(2)+ZrB_(2))颗粒会细化α-Al基体,减小二次枝晶臂间距,但复合材料内部存在严重团聚现象,不利于性能的提高。在此基础上引入Sb,降低纳米颗粒与Al基体间的界面能,纳米颗粒的团聚现象得到显著改善。原位纳米(TiB_(2)+ZrB_(2))颗粒和Sb的协同引入使复合材料的强度和塑性较A356基体大幅提高,当(TiB_(2)+ZrB_(2))和Sb的引入量分别为3%和0.6%(质量分数)时,铸态复合材料的抗拉强度、屈服强度和伸长率分别达到216.4 MPa、119.7 MPa和7.2%,相较A356基体的性能分别提高29.7%、23.5%、84.6%。

原位纳米ZrB_(2)颗粒增强7085铝合金的微观组织与力学性能研究

本文通过原位合成技术,成功制备了纳米ZrB_(2)颗粒增强7085铝合金基复合材料。采用金相显微镜、扫描电子显微镜、透射电子显微镜、X射线衍射仪进行表征,并进行力学性能测试,研究了ZrB_(2)纳米增强体对7085铝合金的显微组织和力学性能的影响。结果表明,ZrB_(2)纳米增强体可以显著提高7085铝合金的强度。但是随着增强体体积分数增大,ZrB_(2)颗粒团聚现象加剧,不利于复合材料的塑韧性提高。同时,在复合材料中引入微量稀土元素Sc可使纳米ZrB_(2)颗粒团聚现象得到改善,并进一步细化基体晶粒,使复合材料的强度和延长率都得到提高。当ZrB_(2)含量为2%(体积分数)、Sc含量为0.4%(质量分数)时,复合材料的抗拉强度为534 MPa、伸长率为10.2%,相较于7085铝合金基体分别提高了17.4%、14.6%。

原位纳米测试技术研究灵芝孢子孢壁弹性模量和硬度

采用原位纳米测试技术研究灵芝孢子孢壁的力学性能。进行了试样制备方法的探索,利用原位纳米力学测试与分析系统,分别测试未破壁和机械法破壁的灵芝孢子孢壁的弹性模量和硬度。结果显示:未破壁灵芝孢子的平均弹性模量为2.0 GPa,硬度为0.13 GPa;机械法破壁灵芝孢子的平均弹性模量为4.36 GPa,硬度为0.26 GPa。研究结果为分析孢子的破壁机理提供了必要的参数。

基于SEM-SPM原位纳米压痕超薄铜薄膜弹性模量研究

本文利用自主研发的扫描电子显微镜-扫描探针显微镜联合测试系统(SEM-SPM),研究了直流磁控溅射(DCMS)和原子层沉积(ALD)两种成膜方式对40、60和80 nm超薄铜薄膜弹性模量的影响。基于赫兹理论和King模型的计算结果表明,利用DCMS得到不同厚度铜薄膜的弹性模量值在(95±2)Gpa^(125±4)GPa之间,而通过ALD得到的铜薄膜弹性模量值在(99±2)Gpa^(154±6)GPa之间。对比分析可知,不同厚度的铜薄膜弹性模量比块体铜材料的弹性模量(90 GPa)大6%~71%,且通过两种不同方式沉积得到的铜薄膜弹性模量值都随着薄膜厚度的增加而减小,表现出明显的尺寸效应。而且对于同一厚度的铜薄膜,利用ALD沉积的弹性模量比DCMS的大4.2%~23.2%,由透射电子显微图像对比分析可知,前者的平均晶粒尺寸是后者的60%,纳米晶粒小尺寸效应可能是薄膜弹性模量增大的原因。

原位纳米高强韧贝氏体钢轨的组织

采用真空熔炼+离心铸造和真空熔炼+普通铸造的方法制备了两组贝氏体钢,随后对两组钢进行了相同的轧制和热处理工艺,采用光学显微镜、扫描电镜和透射电镜等观察分析了两组试验钢的显微组织。结果表明:相比于普通铸造方法,通过离心铸造方法获得的试验钢的组织中有均匀细小的原位纳米析出相且基本消除了钢在铸造过程中的偏析现象;经不同的退火工艺处理后,试验钢获得了粒状贝氏体和板条状无碳化物贝氏体。

测试原位纳米压痕的微小型加载装置

提出一种用于原位纳米压痕测试的微小型精密加载装置。结合纳米压痕测试的基本要求,对精密加载装置进行了结构设计分析,建立了以压电叠堆推动柔性铰链推进单晶金刚石工具头实现压痕测试的方案,依据胡克定律利用柔性铰链敏感单元实现对压入力信号的检测。对压入柔性铰链单元进行了力学分析和模态研究,在此基础上,对研制测试平台样机的压入特性、载荷力检测等进行了试验测试,并利用研制的样机对单晶硅晶片进行了压痕试验。加载装置在100V驱动电压下压头有效行程可达11.96μm,基本满足压痕测试的功能要求。

高性能纳米涂料的表面原位纳米改性制备方法

本发明公开于一种高性能纳米涂料的表面原位纳米改性制备方法，它是利用湿化学制备纳米粉体的技术，在常规涂料制备的过程中加入纳米粉体的先驱物，反应控制剂和稀释剂等，直接在颜料填料微粒的表面原位合成相应的纳米粉体，并通过这些纳米粉体定向亲和性的匹配控制使它们附聚在颜填料颗粒的表面上并形成相应的定向排列状态。其步骤分为纳米粉体先驱液的制备和纳米涂料的制备两步，本发明可以制备具有显著纳米改性效果的高性能纳米涂料。

基于原位纳米力学测试系统的单晶硅微观机械性能实验

在纳米硬度计上对单晶硅进行了微压痕测试实验,以对单晶硅的微观力学性能有所认识。微压痕测试表明:单晶硅的弹性模量在压入载荷小于2400μN的范围内随载荷变化而波动变化;而在压入载荷大于2400μN后保持相对的稳定值(约为214GPa);单晶硅的表面硬度在压入载荷小于1000μN的范围内随载荷变化而线性增大,而后突然降低并保持相对的稳定值(13.5GPa^15GPa);单晶硅在纳米压入过程中,材料的破坏形式为脆性破裂,并且随压入载荷的增大而在压痕边沿产生堆积,堆积程度亦逐渐增大。

原位纳米SiO2防护剂防水效果试验

我国北方地区冬季路面养护时大量使用融雪剂,由于路面表层抗渗透性能不足,路面结构耐久性会被破坏。按不同成分比例将正硅酸乙酯(TEOS)、乙醇和水配制成防护液,将其涂刷于试件表面,分析吸水率与防护液配合比的关系,并研究喷涂量、喷涂遍数对试件吸水率的影响,同时结合微观结构进行分析讨论,进一步揭示防护剂的作用机理。研究结果表明:各配合比防护液均能降低试件吸水率,降低率最高可达70%;相比于喷涂量,喷涂遍数对试件吸水率的影响更明显;喷涂完成后密封试件表面6h,试件吸水率降低比例最高。通过电子显微镜扫描以及能谱分析发现,防护剂可以在一定厚度范围内生成硅酸钙胶凝,加强表层结构密实度,有效提高混凝土结构的抗渗性能。

原位复合纳米SiO_2改性脲醛木塑复合材料制备

以原位复合纳米SiO2改性脲醛树脂为填充体,人工速生杨木为基体,通过真空加压浸渍法制得木塑复合材料。各种木塑复合材料的主要性能——增重率、抗吸水性、顺纹和恒纹压缩强度分别提高49％、38％、68％和83％。扫描电镜照片显示纳米SiO2改性脲醛完整地填充在杨木基体导管以及孔状结构中。傅立叶红外光谱(FTIR)分析纳米SiO2改性脲醛与杨木基体的固化反应表明,木塑复合材料中木质素C=O吸收峰1 750 cm-1完全消失,木质素COO-吸收峰1 645 cm-1增强而且发生偏移,充分证明纳米SiO2改性脲醛树脂填充体与木材基体之间发生了化学键合作用而使木塑复合材料各项力学性能得以增强。

利用原位压痕技术表征原子层沉积Al2O3超薄纳米薄膜的力学性能

通过原子层沉积技术(ALD)在Si基片上制备厚度为20~60nm的Al2O3薄膜,采用三维光学显微镜和透射电子显微镜分别分析了它们的表面粗糙度和微观形貌;采用自主研发的扫描电子显微镜/扫描探针显微镜(SEM/SPM)联合测试系统对样品薄膜进行了原位纳米压痕实验,基于Hertz弹性接触理论对其弹性模量进行分析,利用Hay模型消除基底对测量结果的影响,并对模型中由于压头形状不同产生的误差进行了修正,最终计算出薄膜的实际弹性模量值。实验结果表明:ALD制备的Al2O3薄膜为非晶态,表面粗糙度不随厚度的增大而增大。薄膜弹性模量值没有表现出明显的小尺寸效应,去基底效应后得到的弹性模量值为(175±10)GPa。同一压入比条件下,薄膜厚度越小基底效应越明显。

原位活化纳米材料提高油基钻井液乳化稳定性研究

根据纳米颗粒材料可以提高乳状液稳定性的基本原理,将提高乳状液稳定性的纳米颗粒材料引入到油基钻井液中。研究了纳米颗粒材料与原位活化纳米颗粒材料的性质,他们提高油基钻井液乳化稳定性的程度,及其他们加入密度为2.1 g/cm3的油基钻井液后的综合性能变化。结果表明,原位活化的纳米颗粒材料小于100 nm并可以在油相中分散,随着原位活化纳米颗粒材料加量的增加,油基钻井液破乳电压稳定性也增加,最大增加幅度可达1倍;添加了0.5%的原位活化纳米颗粒材料的高密度油基钻井液,在120℃条件下老化16 h后与未添加原位活化纳米颗粒材料相比,破乳电压从479 V提高到773 V,高温高压降滤失性能从8.4 mL降低到3.8 mL。

天然纳米矿物原位复合碳纳米管及其吸氢性能

以C2 H2 作为碳源 ,Co作为催化剂 ,在 75 0℃条件下 ,采用化学气相沉积法在坡缕缟石矿物上成功地生长了碳纳米管 ,在同样生长条件下直接以锰结核粉末作为催化剂也成功地在锰结核矿粉上生长了碳管 ,制备出了两种碳管 -矿物复合材料。在室温中压下 ,测试了该复合材料的气态储氢能力 ,发现这些碳管原位复合矿物材料在吸氢方面的能力与矿物的结构和含量相关。提高坡缕缟石中棒状晶体结构矿物的含量和保持锰结核高温结构稳定可以进一步提高这些原位复合材料的吸氢能力。储氢前氦气高温处理可以加速氢气在样品中的吸附速度 。

原位生成纳米SiO_2及其作为填料对聚氨酯硬质泡沫塑料性能的影响

通过选择适当的乳化剂和水解温度以及控制水对于乳化剂的摩尔比,采用油包水微乳液法在聚醚多元醇中原位合成了纳米SiO2,然后该聚醚多元醇进一步与TDI反应制备出聚氨酯硬质泡沫塑料。TEM照片显示原位合成的SiO2微粒呈球状且分散,粒径分布在50nm-70nm。该聚氨酯硬质泡沫塑料的吸水率,随着SiO2填加量的增加,先升高随后又降低。因为原位生成纳米SiO2的加入,聚氨酯硬质泡沫塑料的拉伸强度得到显著提高,冲击强度缓慢增大,而对于压缩强度则先轻微降低,一直到SiO2的含量为0.9wt%时才开始急剧增大。

原位生成纳米SiO_2及其作为填料对聚氨酯硬质泡沫塑料性能的影响

通过选择适当的乳化剂和水解温度以及控制水对于乳化剂的摩尔比,采用油包水微乳液法在聚醚多元醇中原位合成了纳米SiO2,该聚醚多元醇进一步与TDI反应制备出聚氨酯硬质泡沫塑料.TEM显示原位合成的SiO2微粒呈球状且分散,粒径为50～70nm.随着SiO2填加量的增加,该聚氨酯硬质泡沫塑料的吸水率先升后降.因为原位生成纳米SiO2的加入,聚氨酯硬质泡沫塑料的拉伸强度得到显著提高,冲击强度缓慢增大,而压缩强度则先轻微降低,一直到SiO2的含量为0.9wt%时才开始急剧增大.

Cu-纳米TiB_2原位复合材料的摩擦磨损性能

采用销-盘式摩擦磨损试验机考察了Cu-纳米TiB2原位复合材料在滑动干摩擦条件下的磨损行为.结果表明:载荷和滑动速度对纳米TiB2颗粒原位增强Cu基复合材料的摩擦磨损性能有重要影响;随着载荷的增加,Cu-纳米TiB2原位复合材料的磨损率和摩擦系数增大;由于在较高载荷下发生表面开裂,TiB2增强相含量较高的原位复合材料的磨损由轻度磨损向严重磨损转化;在中等载荷下,表面保护性氧化膜和基体中纳米TiB2相使复合材料具有良好的抗软化能力,Cu-纳米TiB2原位复合材料的磨损率和摩擦系数随着滑动速度的增加而降低;在较高滑动速度下,复合材料的主要磨损机制为塑性流变和氧化磨损.

原位生成CaCO_3/聚丙烯酸酯纳米复合材料及其结构与性能的表征

采用原位生成法制备CaCO3/聚丙烯酸酯纳米复合材料,通过XRD、FT-IR、UV-Vis、SEM和TG分析对材料的结构和性能进行表征。结果表明,当无机组分质量分数低于8%时,所得纳米复合材料是透明的,纳米CaCO3对紫外线有一定的屏蔽作用,并使复合材料有更好的热稳定性。

化学气相催化法生长碳纳米管及其器件的原位制备

本文系统地讨论了化学气相催化法制备碳纳米管的工艺过程。讨论了化学气相催化法原位制备碳纳米管器件的技术 ,即先制备电极和催化剂结构 ,然后在电极上原位生长碳纳米管。与目前通常采用的先制备碳纳米管 ,然后超声分离、沉积 ,再光刻、蒸发制备电极的方法相比 ,该方法可以减少后处理工艺对碳纳米管结构带来的损伤 。

原位合成纳米SiOx/溶菌酶/茶多酚/壳聚糖复合保鲜涂膜对海鲈鱼鱼片保鲜性能的影响

为制备出具有良好保鲜性能的复合涂膜,本实验以壳聚糖(chitosan,CS)为成膜基质,在经原位合成的纳米SiOx改性基础上,以溶菌酶(lysozyme,LZM)、茶多酚(tea polyphenols,TP)为添加剂,采用流延法制备了复合保鲜涂膜,并对其进行了傅里叶变换红外光谱、X射线衍射、电子扫描显微镜表征分析,测定了其理化性能。以海鲈鱼鱼片为保鲜对象,研究涂膜的保鲜性能。结果表明:原位合成纳米SiOx、LZM、TP的加入使CS涂膜内分子间作用力增强、结构更加紧密,改善了涂膜的微观结构及理化性能;CS涂膜经原位合成的纳米SiOx改性后,对鱼片的保鲜性能更优,与未处理的鱼片相比,鱼片货架期延长了3~4 d。原位合成纳米SiOx/CS涂膜中分别加入LZM或TP后,涂膜的保鲜性能进一步改善,经该涂膜处理后,鱼片中菌落总数、pH值、硫代巴比妥酸值、K值、总挥发性盐基氮含量的升高速率下降,减慢了鱼片质构的变化,与未处理的鱼片相比,货架期延长了4~7 d。原位合成纳米SiOx/CS涂膜中同时加入LZM、TP两种保鲜剂后,其保鲜性能最优,鱼片的货架期与未处理鱼片相比延长了8~10 d。说明采用LZM和TP共同改性原位合成纳米SiOx/CS涂膜,可有效提高其理化性能和保鲜性能,在食品保鲜领域有一定的应用价值。