离子注入改性表面研究方法进展

概述了研究离子注入改性表面腐蚀性能的电化学、化学浸泡以及物理测试等方法的进展。介绍了各种方法的应用情况。

复合改性表面抑制颗粒污垢积聚特性分析

换热设备颗粒污垢一般指悬浮在流体中的固体颗粒在换热面上的积聚。开发了一种Ni-P-TiO_(2)防垢型复合改性表面,并将之用于板式换热器抑制纳米MgO颗粒污垢在换热表面的积聚。基于搭建的板式换热器颗粒污垢热阻动态监测实验系统,研究了不同冷却水流速(0.1~0.3 m/s)、入口温度(30~40℃)及纳米MgO浓度(100~400 mg/L)对Ni-P-TiO_(2)复合改性换热表面抑垢特性的影响。结果表明,随着流速的增加,污垢热阻渐近值减小了27.85%~34.41%;随着冷却水入口温度的升高,污垢热阻渐近值减小了25.15%~39.14%;随着MgO颗粒浓度的增加,热阻渐近值减小了26.15%~45.36%。结合Ni-P-TiO_(2)复合改性表面的表面能分析了其表面的抑垢性能,发现制备的Ni-P-TiO_(2)复合改性表面的表面能与纳米MgO颗粒污垢层的表面能相接近,符合Zhao提出的“最优表面能”抑垢理论。与常规板式换热器不锈钢表面相比,Ni-P-TiO_(2)复合改性表面不仅抑制了颗粒污垢的积聚,还降低了颗粒污垢的固着强度,使得积聚其上的颗粒污垢更容易被剥离换热表面,实现了换热表面持久高效抑垢。

改性表面在微生物介质中耐蚀性研究

利用化学镀Ni-P的方法对换热设备常见的碳钢进行表面改性。通过调整镀液工艺制备出不同的改性表面并计算了试样的表面能,然后对普通碳钢表面和改性表面试样进行了微生物腐蚀静置实验。结果表明:所制备改性表面耐蚀性明显,微生物污垢附着及引发的垢下腐蚀程度均较碳钢表面小;镀液工艺对改性表面的耐腐蚀性能有直接影响,进一步分析发现改性表面的表面能和试样的腐蚀失重量有明显关联,试样的表面能和表面腐蚀失重量均随着氨基乙酸和主盐浓度的增加而增大,但表面腐蚀失重量变化较小。

驱油用脂肪醇醚改性表面活性剂研究进展

针对脂肪醇醚表面活性剂在三次采油的局限性,综述了脂肪醇醚改性表面活性剂的研究现状和所开发的种类,重点介绍了硫酸酯盐型、磺酸盐型、磷酸酯盐型和羧酸盐型等改性常规表面活性剂的基本合成方法及产物性能,同时对含有醚为联结基Gemini阴离子表面活性剂进行了介绍。

基于改性表面活性剂的煤储层表面物理改性增产机理分析

以五里堠煤矿煤样为研究对象,采用表面活性剂压裂液(1.5%KCl+0.05%AN),通过表面张力和接触角测试实验,揭示了煤储层表面物理改性增产机理。研究结果表明:表面活性剂压裂液中的表面活性剂成分能够在煤储层表面进行物理吸附,使得煤储层表面的润湿性、接触角等物理性质发生改变;表面活性剂压裂液能够降低煤层气产出的临界孔径,促进煤层气解吸,实现增解增产;能够降低煤储层孔喉毛细管压力,促进压裂液的排出,有效减少水锁对煤储层渗透率的伤害,实现防水锁增透增产;能够增强煤粉的水润湿性,促进煤粉沉降,有效减少速敏对煤储层渗透率的伤害,实现防速敏增透增产。

增强体表面改性在高导热金属基复合材料中的应用

随着电子技术的高速发展和电子器件的更新换代,电子封装材料的性能需求越来越高。金属基复合材料,尤其是铝基和铜基复合材料具有高导热、低膨胀、高稳定性等特点,是具有广阔应用前景的电子封装材料。然而,金刚石、石墨烯、硅等增强体与基体的润湿性差,或者在高温下与基体发生有害的界面反应,限制了此类高导热金属基复合材料的开发和应用。本文简述了金属基复合材料的界面研究进展,结合影响金属基复合材料界面结合的因素,提出了几种改善界面结合的方法。增强体表面改性是改善金属基复合材料界面的重要途径之一,常用工艺有磁控溅射法、化学气相沉积法、溶胶凝胶法、化学镀法等;最后,对增强体表面改性在高热导金属基复合材料中的应用进行分析和展望。

十二烷基硫酸钠表面改性水滑石对PVC热稳定性能的影响

采用十二烷基硫酸钠(SDS)对镁铝镧碳酸根型水滑石(LDHs)表面进行湿法改性,讨论了不同改性条件对聚氯乙烯(PVC)静态热稳定性能的影响,通过X射线衍射仪(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)和红外光谱仪(FTIR)进行表征。采用刚果红试纸法、烘箱变色法、转矩流变法、热重分析法等测定了SDS改性前后PVC/LDHs样品的热稳定性能。结果表明,恒定pH=7,SDS为LDHs质量的10%,水浴80℃下搅拌3 h,改性效果最佳;SDS并未破坏LDHs的晶体结构,仅吸附在表面,增强了与PVC的相容性;改性后的PVC/LDHs样品静态及动态热稳定时间达65、28.5 min,改善了后期着色,更易塑化成型;最大质量损失速率对应温度为346℃,较未添加前增加55℃,能较好地抑制PVC的热降解。

高能束表面改性技术在航空领域的应用

高能束表面改性适用于各种金属和合金,能够显著提升材料表面硬度、耐磨、耐蚀等性能指标,是航空部件实现性能提升的有效手段之一。本文总结了6种高能束表面改性技术的基本原理、设备构成和改性应用,其中激光相变硬化通过马氏体相变强化金属材料表面;激光熔覆通过选择不同粉末实现表面修复和表面性能提升,重点在于控制裂纹缺陷;激光冲击强化可有效解决航空发动机部件高周疲劳断裂问题;强流脉冲电子束和强流脉冲离子束一方面需要提高设备的性能和运行稳定性,另一方面要针对航空部件应用开展深入研究;而离子束辅助沉积则可以通过制备固体润滑涂层实现对微动磨损的有效防护。最后,提出对高能束表面改性机理深入研究、发展专业化智能化装备和实现多种束源复合与集成的发展方向。

锂离子电池高镍三元正极材料表面改性研究进展

高镍三元材料存在表面结构不稳定、锂镍混排、晶间裂纹等问题,导致材料的循环性能降低以及高比容量无法充分发挥,表面包覆是解决上述问题的主要手段。目前的包覆材料主要有电化学惰性材料、离子/电子电导性材料和复合包覆材料,从这三个方面综述了高镍三元材料的表面改性研究。介绍了不同类型包覆材料的界面改善稳定机制、离子在固液界面的迁移率提升机理、界面副反应抑制机制以及对材料电化学性能的影响,并对高镍三元正极材料包覆改性的发展方向进行了展望。

“能场复合激光表面改性”专题序言

激光表面改性技术具有高柔性、高质量、环境友好、选择性高等优点,已广泛应用于航空、航天、轨道交通、能源动力、冶金石化等领域。但由于激光表面改性具有高温快速冶金的特点,易产生气孔、夹杂、裂纹等缺陷及较高残余应力。改变激光工艺参数等调控手段仅能改变熔池的外部传热边界,无法调控熔池内部流体的运动,难以对微观组织及其缺陷进行灵活而有效的控制。能场复合激光表面改性综合了激光及其他能场的优势,已成为激光表面改性技术的重要发展趋势之一。

高端装备激光表面改性与再制造专栏 序言

高端装备制造业是现代工业体系的核心支撑,表面性能是保障高端装备长周期、高可靠服役的关键。激光辐照能够在金属表面引发多种物理或化学反应,如固态相变、熔凝和气化等,为激光表面工程的发展提供了基础,催生了一系列激光表面改性与再制造技术,实现了对于新件的表面性能提升与失效件的快速形性恢复,达到高端装备延寿的目标,已成为全球竞相发展的热点技术。此外,通过融合不同的能量场和工艺,能场/工艺复合表面改性与再制造技术亦不断涌现,拓宽了应用范围,取得了一系列重要成果。

碳纤维表面改性及其对热塑性复合材料界面性能影响的研究进展

基于复合材料界面作用机制,系统总结了碳纤维表面改性方法,分别讨论了不同碳纤维改性处理方法对热塑性复合材料界面性能的影响及相关研究进展。碳纤维表面进行改性处理是增强热塑性复合材料界面结合强度的有效途径。最后对碳纤维表面改性方法的未来发展方向进行了展望。

医用可降解镁合金应用及表面改性研究进展

镁及其合金作为新一代生物医用可降解材料,具有良好的经济性、力学性能、生物相容性、可降解性能,在骨科、心血管科、消化科等领域具有广阔的应用前景。镁合金具有较高的化学活性,因此其降解速率较快,力学性能的维持受限,植入时可能发生的细菌感染会引发炎症和腐蚀加速等问题,因此需要通过表面改性来制备多功能一体化的涂层。综述了医用可降解镁合金作为接骨板、螺钉、血管支架、胃肠吻合器、胆管支架等植入材料的应用现状及最新研究成果。讨论了医用可降解镁合金在植入生物体时面临的析氢、pH升高、腐蚀加速、力学性能衰减、稀土元素毒性及内膜增生等具体问题,在此基础上,考察了化学转化、等离子喷涂、微弧氧化、聚合物涂层等4种镁合金表面改性技术的最新研究动态。结合体内试验和体外试验,概述了表面改性对镁合金安全性、耐蚀性、抗菌性、生物相容性等方面的影响,并简要对比了几种表面改性技术的优缺点。最后展望了医用可降解镁合金表面改性技术的发展方向。

Fe/g-C_(3)N_(4)表面改性及其对CO加氢产物分布的影响

采用尿素热缩合法制备了氮化碳(g-C_(3)N_(4)),经H_(2)O_(2)、NH_(3)·H_(2)O处理、浸渍法负载Fe制得改性Fe/g-C_(3)N_(4),对比研究了改性前后催化剂的CO加氢性能。结合XRD、SEM、FT-IR、CO_(2)-TPD、CO-TPD、H_(2)-TPR、接触角测试和N_(2)物理吸附-脱附等系列表征,探究了表面预处理对Fe/g-C3N4催化剂织构性质以及CO加氢产物分布的影响。结果表明,不同改性方法对催化剂的织构性质和CO加氢性能影响显著。尿素热缩合法制备的g-C_(3)N_(4)具有典型蜂窝状结构,Fe与g-C_(3)N_(4)相互作用较强,且高度分散;改性前后样品均呈亲水性,且H_(2)O_(2)、 NH_(3)·H_(2)O处理后亲水性增强,H_(2)O_(2)处理增强了表面羟基,NH_(3)·H_(2)O处理增加了表面氨基,促进了CO吸附,促使Fe(NCN)物相生成;预处理后的催化剂表面碱性增强。在CO加氢反应中,两步改性后的Fe/AM-g-C3N4催化剂,CO_(2)选择性降至11.61%;Fe/AM-g-C_(3)N_(4)表面碱性增强,抑制了烯烃二次加氢,烯烃选择性较高,C_(2)^(=)-C_(4)^(=)达32.37%,O/P值3.23。

PBO纤维表面改性处理的研究进展

聚对苯撑苯并二噁唑(PBO)纤维因其比强度高、比模量高、耐热性好、阻燃性好以及优异的介电性能,现已在安全防护、建筑汽车等领域得到广泛应用。由于PBO纤维表面光滑、化学惰性,导致其与基体树脂界面结合差,进一步影响复合材料的整体性能,这大大限制了PBO纤维优异综合性能的发挥,所以对PBO纤维表面进行改性处理显得尤为重要。介绍了近年来国内外针对PBO纤维不同表面改性方法及对应复合材料性能改善程度的研究进展,从PBO纤维改性方法的分类入手,阐述了各种方法的基本原理。通过对这些处理方法的比较,阐述了国内PBO纤维表面改性的研究进展,指出了国内外在PBO纤维表面改性处理上的差距,为未来的发展方向提供了参考。PBO纤维表面改性方法包括化学刻蚀法、等离子体处理、表面涂层法、化学接枝法、紫外刻蚀法、上浆剂处理等。各种改性技术各有利弊,在选择改性方法时,理应考虑达到工艺快捷有效、经济环保和无损纤维性能等指标。未来,在PBO纤维表面改性的处理方法领域,将逐步向绿色环保的上浆剂处理方向发展。

可降解锌基骨植入材料及其表面改性研究进展

医用锌及锌合金有望成为新一代可降解骨植入物材料来促进骨缺损的修复。概述了可降解医用锌基材料的优势,包括较好的生物安全性和抗菌效果、能促进植入部位周围血管和新骨的生成以及骨相关基因的表达能力。在此基础上,从基底材料、细胞种类及实验结果等方面系统总结了近年来关于可降解医用锌基材料生物相容性和降解行为的研究。同时,归纳了可降解医用锌在临床修复骨缺损方面所面临的主要问题和挑战,包括较差的力学性能和较强的细胞毒性。可降解医用锌较差的力学性能可以通过合金化进行改善,概述了多种新型医用锌合金的力学性能及其生物相容性。表面改性是提高可降解医用锌基表面生物相容性和调控降解的有效手段。从基底样品、表面改性手段、使用的细胞或动物模型以及细胞相容性和降解行为等方面,综述了近年来可降解锌基骨植入材料表面改性的研究现状,提出了可降解锌基骨植入材料表面改性目前所面临的难点问题,包括传统表面改性手段加剧了锌离子的释放或在表面改性后可降解医用锌的生物相容性改善功效不足,以及未来的发展方向。

石墨烯基薄膜的表面改性与电输运性能研究

文章以天然鳞片石墨为原料,采用改进Hummers方法制备氧化石墨烯(graphene oxide,GO)薄膜,再利用氮离子注入和热处理得到表面改性的氮掺杂还原氧化石墨烯(nitrogen-doped reduced graphene oxide,NrGO)薄膜;利用扫描电子显微镜(scanning electron microscope,SEM)、X射线衍射(X-ray diffraction,XRD)、拉曼(Raman)光谱和X射线光电子能谱(X-ray photoelectron spectroscopy,XPS)表征并系统研究氮离子注入对石墨烯基薄膜表面形貌和微观结构的影响。结果表明:氮离子注入会造成石墨烯基薄膜表面层内碳原子的缺失和氮原子的替代掺杂,从而在NrGO薄膜表面层内实现氮掺杂并产生纳米级孔洞;氮掺杂氧化石墨烯(nitrogen-doped graphene oxide,NGO)薄膜表面层氮掺杂量(质量分数)高达10.86%,热处理后的NrGO薄膜表面层氮掺杂量(质量分数)可达9.90%;I-V测试发现,氮离子注入和热处理对石墨烯基薄膜的电输运性能也产生显著影响。

CrFeCoNi系高熵合金块体/涂层表面改性技术的研究进展

综述了近年来高熵合金(涂层)表面改性技术的研究进展,从原理角度将表面改性技术分为高能量束表面重熔处理和表面冷变形处理2类。这2类表面改性技术都可以改善高熵合金(涂层)的微观组织并减少缺陷,从而达到调控性能的目的。不同之处在于,高能量束表面重熔处理是通过快速熔化及凝固实现的,而表面冷变形处理则是通过使表面发生严重的塑性变形来达成的。高能量束表面重熔处理包括激光重熔和强流脉冲电子束重熔,而表面冷变形处理包括表面机械研磨处理、超声表面滚压处理、超声冲击处理和激光冲击强化。简述了以上几种技术的原理,总结了不同技术之间的优缺点,并对不同改性技术与工艺参数对高熵合金相结构、微观组织的影响进行了概述。基于微观结构的变化,重点探讨和总结了不同改性技术对高熵合金(涂层)力学性能、磨损性能、腐蚀性能的强化机理。最后提出了高熵合金表面改性技术所面临的困难和挑战,并对未来发展方向进行了展望。

表面改性Fe/CS调控CO加氢产物分布研究

CO加氢经费托合成制取高附加值化学品是实现煤炭清洁高效利用的重要途径之一,研发高效催化剂是实现产物分布定向调控、提高目标产物选择性并抑制C1副产物生成的关键。催化剂表面性质对CO的吸附活化、加氢活性和产物分布具有重要影响。以无水葡萄糖为碳源、乙二醇为溶剂,采用溶剂热法制得碳载体,经H_(2)O_(2)、NH_(3)•H_(2)O表面改性和掺氮处理后,采用浸渍法分别制备了5Fe/CS-H_(2)O_(2)、5Fe/CS-NH_(3)•H_(2)O和5Fe/CS-N催化剂,探究了表面改性对费托合成产物分布的影响。采用XRD、SEM、TEM、N_(2)吸/脱附、TG-DTG、FT-IR、Zeta电位、XPS和拉曼光谱等对样品进行了表征。结果表明,不同表面改性方式对催化剂表面物化性质和催化性能影响显著。H_(2)O_(2)改性增加了催化剂表面—OH的数量,增强了表面亲水性,促进了Fe在载体上的分散,催化剂的热稳定性提高。在300℃、1.5MPa、空速为1000h^(-1)和n(H_(2)):n(CO)=2的条件下进行CO加氢反应活性测试结果表明,改性后的催化剂显著抑制了CH4的生成,提高了低碳烯烃选择性,从5Fe/CS的24.39%分别提高到5Fe/CS-NH_(3)•H_(2)O的34.94%、5Fe/CS-N的37.63%以及5Fe/CS-H_(2)O_(2)的43.57%。通过表面改性和掺氮处理调控催化剂表面性质实现了对产物分布的优化。

低温等离子体技术在碳材料表面改性中的应用

叙述了低温等离子体技术的基本原理,其次分别介绍了该技术在表面改性碳纳米管、石墨材料、氧化石墨烯以及新型多孔碳材料中的应用,列举了国内外该领域的部分研究成果,讨论了低温等离子体表面改性碳材料面临的挑战并对其未来发展进行了展望。