煤-油共炼微纳米复合催化剂的工业应用

煤-油共炼微纳米复合催化剂于2021年4月在延长石油集团油煤新技术开发公司450 kt/a煤油共炼工业装置上成功应用。标定结果表明,以减压渣油和榆林魏墙煤为原料,在煤浆含量(w)为26.87%、压力为20 MPa、温度为466℃、氢油煤浆比为1500 m^(3)/t、催化剂加入量(w)为0.66%的工况下,装置运行平稳,煤转化率为90.16%,轻油收率为68.51%,总油(小于360℃馏分)收率为76.86%,石脑油、柴油产品的硫、氮质量分数远低于10μg/g,各项指标均达预期目标,表明该催化剂性能优异。

生物医学中含银微纳米复合材料的应用研究进展

进入21世纪以来,随着科学技术的进步,微纳米复合材料也得到了飞速发展。该材料通常由两种或两种以上纳米材料遵循特定结构组合而成,不仅拥有单一纳米材料极其特殊的表面特性、体积效应、量子尺寸效应,而且拥有多种纳米材料的协同效应,因此在很多行业中的应用频率非常高。含银微纳米材料是微纳米复合材料中不可或缺的材料之一,拥有非常出色的抗菌作用,在生物医学行业中的使用频率非常高。本文主要针对含银纳米复合材料的制备方法以及其在生物医学中的应用进行了综述。

含银微纳米复合材料在生物医学应用的研究进展

近些年来,微纳米复合材料发展十分迅速。微纳米复合材料通常由两种或以上的不同材料组成在一个单元结构里,藉此具有多功能的、功能增强或协同增强的特性。含银微纳米复合材料是其中重要的研究分支,在当前生物医学应用中取得了众多的功能集成或功能增强等研究成果。主要综述了银/聚合物和银/氧化铁两类微纳复合材料,首先总结了银/聚合物和银/氧化铁微纳复合材料的制备方法,包括乳液聚合法、原位生成/还原法、空穴法、离子交换法、一锅法、种子法、静电作用法以及胶束法等;其次,总结了银/聚合物和银/氧化铁复合材料在表面增强拉曼散射、光学成像、抗菌抗癌、免疫检测、电化学检测、催化降解等生物医学领域的应用,以及对未来发展趋势的展望。

核壳结构Ni(Cu,Co)/Al微纳米复合粒子的制备及其与Fe_2O_3的热反应性能表征

采用置换法通过对溶液中各种参数的控制,实现了在弱酸性条件下Ni(Cu,Co)3种纳米金属粒子在微米Al粉表面定量、快速地化学沉积,分别制备出核壳结构的Ni(Cu,Co)/Al3种微纳米复合粒子,并用SEM和XRD方法进行了相应表征。在此基础上,利用DSC分析研究了不同包覆物和升温速率对热反应性能的影响,用Kissinger法求解了热反应的表观活化能Ea,对比了传统微米级Al-Fe2O3混合物与Ni(Cu,Co)/Al-Fe2O3复合材料的热反应性能,同时分别提出了其相应的热反应机制。结果表明,通过对Al粉进行表面改性,其热反应性能明显增强,不同试样与Fe2O3的热反应活性依次为Ni/Al>Cu/Al>Co/Al>Al。同时,降低升温速率不利于热反应的进行。

蒙脱土/碳化硅微纳米复合体系防电晕漆的研究

针对研制的碳化硅-蒙脱土/环氧树脂微纳米复合非线性防电晕材料,探讨了碳化硅含量和有机化蒙脱土含量对防晕材料介电性能的影响,试验研究了不同电场下所研制防晕材料表面电阻率的变化规律,计算了防晕材料的非线性系数和初始电阻率。研究结果表明:随着碳化硅粒径和碳化硅含量的增加,防电晕漆的表面电阻率降低而非线性系数升高,当碳化硅与胶粘剂重量比超过3:1时,防电晕漆表面电阻率和非线性系数的变化趋于平缓;纳米有机化蒙脱土的添加能有效提高Si C防电晕材料的非线性特性,降低高电场强下材料的损耗和表面温度。

感应熔敷微纳米复合材料涂层组织及抗磨性能

以Ni60A、微米和纳米碳化钨粉末为原料,利用感应熔敷技术在Q235钢表面制得以微纳米碳化钨颗粒为增强相的镍基复合材料耐磨涂层,利用SEM、XRD和EDS分析了该涂层的显微组织,涂层与基体之间为完全冶金结合;在干滑动磨损试验条件下具有较好的耐磨性。涂层具有优异耐磨性的主要原因是作为耐磨增强相的微纳米碳化钨具有高硬度高耐磨特性,在涂层中起到了抗磨骨干作用。

EP/SiO_2/MMT微纳米复合材料耐电树枝性能

为了研究聚合物/无机微纳米复合物的耐电树枝性能,采用熔融共混法制备了环氧树脂/二氧化硅/蒙脱土(EP/SiO_2/MMT)微纳米复合材料,利用针–板电极系统同时配合数字摄像系统对纯EP及其复合材料试样进行电树枝引发并记录树枝的生长过程以及形貌特征,对比研究了4种试样的起树率、电树枝发展过程、电树枝长度、扩展系数和形态特征。实验结果表明:与纯环氧树脂相比,微米复合材料和微纳米复合材料起树率较低,而纳米复合材料和微纳米复合材料电树枝长度较短,在所研究的4种试样中,微纳米复合材料具有最大的扩展系数。利用景深合成技术,获得了环氧树脂及其复合材料中电树枝的叠层立体图像和电树枝通道细节,据此建立了EP/SiO_2/MMT微纳米复合材料电树枝发展的模型。

核-壳结构Cu/Al微纳米复合材料与WO_3的热反应性能

采用置换法通过对溶液浓度的控制实现了纳米Cu颗粒在微米Al粉表面定量、快速地化学沉积,制备出核一壳结构的Cu/Al微纳米复合粒子,并用SEM、EDS和XRD技术进行表征.在此基础上,利用DSC分析了Cu/ Al-WO_3的热反应性能,对比了Al-WO_3与Cu/Al-WO_3在不同化学配比下的热反应历程,同时分别提出了其相应的反应机理.实验结果表明,Cu/Al微纳米复合材料与WO_3的热反应活性明显高于传统微米级Al粉,并且在还原剂Cu/Al轻微过量时该热反应达到最佳效果.通过对Al粉表面改性,热反应的活化能降低了68.185 kJ·mol^(-1).

微纳米复合结构强化微通道内沸腾换热的研究进展

针对具有微纳米复合结构的微通道,对流动沸腾换热的沸腾起始点、换热系数、临界热流密度、流动不稳定性等问题的最新研究进展进行了综述,总结出近些年实验研究中所采用的实验方法,包括在微通道表面制作多孔型涂层、制作不同润湿性表面的微通道以及改变微通道的形状尺寸,指出了相关研究中有待解决的问题:保证微通道表面的涂层结构在实验前后保持稳定,避免微通道表面润湿性实验前后发生改变,设计制作出强化沸腾换热效果更好的具有新型结构的微通道。并对今后的发展趋势进行了展望。

聚合物基微纳米复合材料的制备及微型注塑加工研究

微型高分子功能器件具有独特优点,发展迅速,应用广泛,是当今科学技术的重要前沿,迫切需要发展高性能多功能聚合物基微纳米复合材料,实现其微型注塑加工。介绍了近年来作者课题组在聚合物基微纳米复合材料制备及其微型注塑加工方面的研究进展:通过有机/无机杂化、固相剪切碾磨、纳米复合、分子复合及熔融共混技术等制备适合于微成型加工的高性能多功能聚合物基微纳米复合材料,如尼龙11/钛酸钡压电复合材料、聚乙烯醇/羟基磷灰石生物医用纳米复合材料、聚氨酯/碳纳米管导电复合材料等。解决了微纳米填料难分散、复合体系难加工的难题,实现了聚合物基微纳米功能复合材料的微型注塑加工,研究了其流变行为和充填行为,调控和优化了微型制品的结构与性能,为制备高性能多功能的聚合物微型器件提供了新材料、新技术和新理论。

微纳米复合导热材料的制备及导热性能

采用超声处理方法将膨胀石墨剥离成微纳米石墨片,并以制备的微纳米石墨片为导热填料采用溶液共混法对聚偏氟乙烯(PVDF)进行改性,制备出微纳复合导热材料。通过扫描电子显微镜对其微观结构进行了表征,结果表明通过超声处理可以使膨胀石墨发生部分剥离得到微纳米石墨片。导热性能测试结果表明,复合材料的导热性能随着超声处理时间的增加而增加;当超声处理时间为150min时,复合导热材料的导热系数是膨胀石墨填充PVDF的1.8倍。

Si_3N_4基微纳米复合陶瓷刀具的高速切削性能与磨损机理

在亚微米Si3N4、TiC颗粒中添加纳米Si3N4、SiC颗粒,采用真空热压烧结工艺制备出STS微纳米复合陶瓷刀具,并对比STS刀具及FD-01刀具在PUMA200MA车削中心干切削淬硬40CrNiMo工件的切削性能。利用扫描电子显微镜(SEM)分析刀具前、后刀面的磨损形态,研究STS陶瓷刀具的磨损机理。结果表明:STS微纳米复合刀具材料具有较高的力学性能,抗弯强度达1000MPa,维氏硬度达19.5GPa。高速干切削40CrNiMo工件时,随着切削速度的增大,刀具后刀面磨损随之增大。切削速度越高,STS刀具优势越明显。两种刀具的磨损形态均主要为月牙洼磨损和后刀面磨损,磨损机制主要为磨粒磨损和粘结磨损。

水泵WC-10Co4Cr微纳米复合涂层技术的研究与应用

泥沙磨蚀是影响水泵工作效率和使用寿命的关键技术问题之一,利用WC-10Co4Cr微纳米复合涂层技术可以较好的解决这一问题。采用超音速火焰热喷涂技术在水泵过流部件常用材料00Cr18Ni5Mo3Si2不锈钢上制备该涂层,并对涂层的硬度、耐磨损、耐磨蚀等性能进行了研究。结果表明:高强度、高硬度以及较好的韧性使得涂层具有远高于基材的耐磨性能,并且涂层与基材之间呈高强度结合使得涂层不易开裂和剥落,能够保证较长的使用周期。将其应用到高泥沙河流水泵过流部件表面,可以大幅提高水泵的抗磨蚀性能,延长其使用寿命。

基于Voronoi法和随机法的微纳米复合陶瓷刀具材料微观结构建模

为了表征微纳米复合陶瓷刀具材料微观结构随机性特征,提出一种基于Voronoi法和随机法构建材料微观结构模型的方法。首先研究了Vononio法和随机法的建模原理;然后使用Voronoi法构建陶瓷刀具材料的基体微观结构,再使用随机法构建陶瓷刀具材料的增强相和纳米颗粒;最后基于Matlab和VC++平台开发微纳米复合陶瓷刀具材料的微观结构建模软件。结果表明:构建的微纳米复合陶瓷刀具材料微观结构模型能够表征晶粒的平均粒径及其分布、晶粒形心位置分布、增强相的体积分数和纳米相的粒径及体积分数等微观结构参数,反映了材料真实的微观结构。

磁性Fe_3O_4/SPS微纳米复合物的制备与表征

以磺化聚苯乙烯微球(SPS)为载体,FeCl3·6H2O和FeSO4·7H2O为铁源,NaOH为沉淀剂,通过反相共沉淀法制备了Fe3O4/SPS微纳米原位复合物。采用SEM、TEM、XRD、FTIR、VSM和氮吸附/脱附等温线,对Fe3O4/SPS的形貌、结构、磁性能、孔径、孔体积和比表面积进行了表征分析。结果表明:纳米级的Fe3O4成功地负载在了微米级的SPS表面。所制备的Fe3O4/SPS微纳米复合物中存在介孔,平均孔径、孔体积和比表面积分别为13.85nm、0.049cm3/g和14.16m2/g。Fe3O4/SPS微纳米复合物具有超顺磁性和较好的磁响应性,在外加磁场条件下能够满足固液相磁分离的要求。

梯度微纳米复合陶瓷刀具材料的力学性能和微观结构

针对高速切削航空难加工材料镍基高温合金时对高性能刀具的迫切需求,采用热压烧结工艺,制备sialon梯度微纳米复合陶瓷刀具材料,研究烧结温度、保温时间、梯度层数对刀具材料力学性能及显微组织的影响。利用X射线衍射仪分析材料的物相组成,通过扫描电子显微镜和透射电子显微镜对微观形貌进行分析。结果表明:在1750℃烧结、压力35 MPa、保温60 min的条件下,成功合成了β-sialon。具有7层梯度结构的刀具材料在此工艺条件下可获得最优的力学性能:抗弯强度σf=840 MPa,表层维氏硬度HV为17.32 GPa,表层断裂韧性K_(IC)=8.96 MPa×m^(1/2),表层残余应力σ_r=-423 MPa,满足刀具材料的使用要求。微纳米颗粒的同时加入和合理的梯度结构是获得较高力学性能的主要原因。

高性能微纳米复合陶瓷工模具材料设计与制备

高性能新型工模具材料的设计、制造与应用研究是先进制造技术及相关领域的重大课题之一,也是当前该领域发展最迅速、最活跃的课题之一。本文将工模具材料的设计制造技术与微纳米复合陶瓷结合在一起,采用人工神经网络、遗传算法、免疫算法或几种算法相结合,对陶瓷工模具材料的组分、结构、烧结工艺等进行计算,得到最优的组分和制备参数,并在此基础上,研制Al2O3、ZrO2和Ti(C,N)基高性能新型陶瓷工模具材料。复合陶瓷具有高硬度、高耐磨的优势,可以提高工模具的使用寿命和加工质量。

微纳米复合的各向异性结构表面的液滴驱动

通过聚二甲基硅氧烷和Co粉混合物模板复型、外加磁场控制法和氧化锌纳米线水热生长法,制备了微纳米复合的各向异性结构表面.该结构表面规整分布着间距为400μm的倾斜锥状纤维,其底部和顶部直径分别约为200和80μm,长度约为1 mm.锥状纤维的表面覆有氧化锌纳米线,其直径约为80~100 nm,长度约为1μm.该表面呈疏水性,接触角约为142.5°,且具有浸润性各向异性的特征.实验结果表明,液滴在该表面可以定向弹跳或在垂直振动情况下定向滚动,为设计驱动液滴的功能性材料提供了思路.

化学刻蚀法制备硅微纳米复合结构及其光反射性能影响

提出一种改进的金属辅助化学蚀刻技术(metal-assisted electroless etching, MAEE)来制备硅基微纳米(silicon micropillar/nanowire, MP/NW)复合结构,技术结合了传统MAEE及旋涂法,实验腐蚀液由KMnO4/AgNO3/HF组成,探究了腐蚀温度、旋涂速度及腐蚀时间对复合结构的表面形貌特征的影响,并分析了制备条件对反射率与吸收率的影响规律。结果表明,腐蚀温度改变时,复合结构的高度差、MP的直径和NW的长度都随着温度的增加而减少,而反射率随之增大,吸收率随之减小;当旋涂速度改变时,旋涂速度的增加会导致复合结构的高差、MP直径和NW长度减小,反射率随速度增加而增大,吸收率随之减小;腐蚀时间延长时,复合结构的高度差、MP的直径、吸收率随之减小,而NW高度与其反射率随之增加。

一釜法合成明胶/水溶性PbS生物微纳米复合物及其形成机制

背景:生物纳米复合材料的合成和形成机制的研究,可为无机/有机复合材料的设计及其在生物医学领域的广泛应用提供必要的理论基础。目的:在生理pH值7.40下,合成水溶性明胶/水溶性PbS微纳米复合物,研究PbS颗粒在明胶大分子基体上的结合机制。方法:以明胶、Pb(NO3)2和Na2S9H2O为原料,采用一釜化学反应法,即将Pb2+和S2依次加入明胶水溶液中,原位生成PbS/明胶微纳米复合物。利用扫描电子显微镜、动态光散射、紫外-可见和傅里叶变换红外光谱等技术测定其形貌、粒径及其光谱性质。结果与结论:扫描电镜显示,所合成的PbS颗粒在低Pb2+浓度时为不规则多面体,较高Pb2+浓度时呈橄榄形。动态光散射结果显示,当Pb2+浓度为2.0×105,8.0×105,2.0×104mol/L时,明胶/水溶性PbS复合物的平均粒径分别为75,91,109nm。PbS/明胶复合物的量子尺寸效应明显。形成机制为:Pb2+与明胶大分子肽链上的羰基氧相互作用并引起明胶大分子的构象由α-螺旋到β-折叠的变化以利于PbS成核;明胶大分子包覆于PbS颗粒表面使明胶/水溶性PbS复合物在水中具有较好的稳定性。