球形纳米颗粒在镍基合金纳米流体微量润滑磨削界面摩擦学机制的分子动力学研究

以1-丁基-3-甲基咪唑四氟硼酸盐([BMIM]BF 4离子液)作为纳米流体基液,以氧化铝和铜纳米颗粒分别作为高硬度类和低硬度类球形纳米颗粒的代表,用分子动力学模拟方法研究了球形纳米颗粒在镍基合金纳米流体微量润滑磨削界面减摩抗磨的摩擦学机理,并进一步揭示了纳米流体在砂轮磨粒/工件磨削界面润滑成膜的摩擦学机制。研究结果表明,在镍基合金纳米流体微量润滑磨削加工中,砂轮磨粒/工件磨削界面形成了边界润滑膜。由于铜纳米颗粒硬度远低于砂轮磨粒及镍基合金工件,会在磨粒/工件界面出现压缩、剪切、铺展和分离等一系列摩擦学行为,并形成一层固体润滑膜,这层固体膜通过减小磨粒工件之间的直接接触面积来减小切向磨削力,相较于微量润滑工况可使切向磨削力减小4.6%。由于氧化铝纳米颗粒硬度高于镍基合金工件,故在磨削过程中仍能保持原本的球形纳米结构,会在磨粒/工件界面出现滑移、滚动和抛光三种摩擦学行为,抛光划痕可增大离子液体的浸润面积,并减小磨粒工件之间的直接接触面积,“类滚珠”的滚动行为可将磨粒工件之间的滑动摩擦转变为滚动摩擦,从而使切向磨削力较微量润滑工况减小6.6%。

中空SiC球形纳米颗粒的合成及吸波性能

特殊结构和组成是决定电磁波吸收性能的关键因素。采用自组装技术合成碳包覆二氧化硅(SiO_(2)@C)的球形纳米颗粒,经高温热处理后制备出中空SiC球形纳米颗粒。通过扫描电镜(SEM)和X射线衍射仪(XRD)对样品进行微观形貌分析和物相分析,采用矢量网络分析仪对样品的电磁参数进行测试,借助SiC的介电损耗以及其特殊的微观结构对其吸波性能进行调控,并模拟计算不同涂层厚度下样品的反射损耗(RL)。结果表明,随着SiO_(2)@C中碳含量的增加,经高温热处理后生成的SiC纳米颗粒由不规则的形状转变为中空球形纳米颗粒结构。在频率为14.06 GHz时,样品的最小反射损耗(RLmin)为-18.23 dB,有效吸收频带(RL≤-10 dB)达到了5.34 GHz,对应的涂层厚度为1.9 mm,体现出厚度薄、吸收频带宽的特点。

纳米颗粒球形度对平板通道中Al_(2)O_(3)-水纳米流体强制对流换热的影响

数值研究了水中添加立方体形、球形或柱状Al_(2)O_(3)纳米颗粒的纳米流体在平板通道中的层流强制对流换热,分析了纳米颗粒球形度、纳米颗粒体积分数和雷诺数对平板通道中Al_(2)O_(3)-水纳米流体强制对流换热的影响.结果表明:当纳米颗粒体积分数和雷诺数一定时,随着纳米颗粒球形度减小,通道壁面平均努赛尔数增大,对流换热增强;当纳米颗粒球形度一定时,随着纳米颗粒体积分数和雷诺数的增大,通道壁面平均努赛尔数增大,对流换热增强.

球形金属纳米颗粒熔化温度、熔化熵及熔化焓的尺寸效应

根据结合能的键能模型,研究了球形金属纳米颗粒熔化相关热力学量的尺寸效应.在该模型中引入3个因子:晶体致密度k因子(晶胞中原子总体积与晶胞体积的比值);β因子(晶体中表面原子与内部原子结合能的比值)和qs因子(晶面被表面原子占据的比值).在考虑上述因子后,通过模型预测具有自由表面球形金属纳米颗粒的熔化温度、熔解熵、熔解焓等热力学量的尺寸依赖性,并将所得结果与相关实验数据、分子动力学模拟结果、液滴模型以及前人提出的模型进行了比较.结果显示,对于Au和Al纳米粒子熔化温度的尺寸效应,该模型相比之前的模型更接近实验结果,与Ag和Cu纳米粒子熔化熵与熔化焓的分子动力学结果吻合较好.

纳米颗粒球形度对倾斜通道中纳米流体反向混合对流传热的影响

本文研究了纳米颗粒球形度对倾斜通道中纳米流体反向混合对流传热的影响,以及不同纳米颗粒球形度和纳米颗粒体积分数对流体流动和传热的基本参数的影响。本文将控制常微分方程无量纲化,解析求解,得到了速度、温度和压力的显式分布。纳米流体的流动反转、壁面平均摩擦系数和平均努赛尔数对纳米流体的影响取决于纳米颗粒球形度,纳米颗粒体积分数和压力参数等。结果表明,纳米颗粒的体积分数在延迟逆流发生方面起着关键作用。纳米流体比基础流体具有更大的延迟范围,约为基础流体的2.2倍。同时,随着纳米颗粒球形度增大,其值也相应增大。纳米颗粒体积分数对速度和温度分布的影响是显著的,随着其值增大,与基液相比纳米流体延迟了上下壁面附近的速度降低。同时,随着纳米颗粒球形度的增大,壁面温度也降低。随着纳米颗粒的体积分数增大,纳米流体的壁面平均摩擦系数也增大,而且与纳米颗粒球形度和无量纲压力参数P_(2)均无关,随着P_(1)的增大而单调减小。平均努塞尔数与纳米颗粒球形度,纳米颗粒的体积分数和无量纲压力参数P_(2)均有关。随着纳米颗粒球形度的增大,平均努塞尔数值也增大。本文对纳米微球在石油工程提高采收率中的应用进行了梳理和分析,深入研究纳米颗粒在倾斜通道中反向混合对流的传输机理,研究不同纳米颗粒球形度和纳米颗粒体积分数对流体流动和传热的物理参数的影响,可以为后续提高采收率纳米微球的参数选择提供理论支撑。

球形微纳米颗粒的制备及其作为润滑油添加剂的抗磨减摩性能研究进展

综述水热法、化学沉淀法、溶胶凝胶法、激光辐照法等球形微纳米颗粒添加剂的制备方法,分析金属单质、金属氧化物、硫化物、碳化硅及其复合物等不同球形微纳米颗粒作为润滑油添加剂的减摩抗磨性能及其润滑机理。提出球形微纳米颗粒的有效润滑机制主要是“微轴承效应”“抛光效应”“自修复效应”以及在基体上形成润滑的摩擦层;微纳米球形颗粒作为润滑油添加剂存在球形率低、易团聚及复合颗粒在摩擦过程中的协同作用机理不清楚等问题。认为发展绿色无污染,可工业化的润滑油添加剂的制备方法,探索微纳米球形颗粒的分散性及复合润滑油添加剂在微观尺度上的摩擦机理是该领域研究的重点。

不同工艺条件对球形纳米硫酸钙制备的影响

制备纳米硫酸钙(CaSO4)颗粒的关键在于采用适宜的制备工艺条件配制反相微乳液,使CaSO4晶体在理想的环境中生长。采用AOT、OP-10复合表面活性剂/环己烷/正戊醇/水溶液反相微乳液反应体系,在水与表面活性剂的摩尔比(水表比)ω=20、反应物浓度n([Ca2+])/n([SO24-])=0.125mol/L、陈化时间t=10min的条件下,制备出了形貌均一,平均粒径为70nm的球形CaSO4颗粒。用扫描电子显微镜(SEM)对产物形貌和大小进行了表征。实验分析了水表比ω、反应物浓度n([Ca2+])/n([SO24-])值、陈化时间t等因素对纳米CaSO4颗粒粒径的影响。

球形ZnO/TiO_2颗粒的制备及其光催化研究

以ZnSO4·7H2O和Ti(SO4)2·9H2O为原料,PVP(聚乙烯吡咯烷酮)为表面活性剂,采用液相沉淀法制备了球形ZnO/TiO2复合颗粒.研究结果表明:在制备球形ZnO/TiO2复合颗粒过程中,若ZnO/TiO2的摩尔比为1︰6,在50%(v/v)的乙醇水溶剂中加入6 g/L PVP时,所得复合颗粒为圆球形,且光催化活性较强.在800℃下煅烧ZnO/TiO2复合颗粒30 min,得锐钛矿型TiO2,结晶相当完善,具有稳定且较高的光催化活性.

Cu_2ZnSnS_4纳米晶的溶剂热法制备和表征

利用溶剂热制备了Cu2ZnSnS4（CZTS）球形纳米晶。采用x射线衍射（XRD）、拉曼光谱、扫描电子显微镜（SEM）、高分辨透射电子显微镜（HRTEM）、能量色散谱（EDS）和紫外一可见分光光度计对产物的物相结构、形貌、化学组分及光学性能进行表征。结果表明：所制备的CZTS球形纳米晶具有锌黄锡矿结构，球形颗粒的直径为190～300nm，每个球形颗粒是由很多平均尺寸大约24nm的纳米晶构成。纳米晶具有锌黄锡矿结构，其禁带宽度约为1．55eV。同时研究了反应前驱溶液中不同量的硫脲和氯化锌对所制备的CZTS纳米颗粒的结构、原子组分比和形貌的影响规律，并对其形成机理进行了初步探讨。

反相微乳液法制备形貌可控的铁基纳米粒子

在反相微乳液体系中，用NaBH4还原FeCl2，合成Fe基纳米颗粒。采用TEM、FFIR、XRD和VSM分别对产物的粒径、形貌、物相和磁性能进行了表征。结果表明，改变表面活性剂AOT的浓度（no）可以得到不同形貌的纳米粒子。同时，合成颗粒的表面被均匀地包覆了表面活性剂AOT，粒子的比饱和磁化强度为3．41×10^3emu／kg，几乎无剩磁，具有顺磁性，可作为磁性能稳定的顺磁性材料。

多种形态Au／Pd核-壳纳米粒子的制备与表征

在反相微乳液十六烷基三甲基溴化铵(CTAB)中用单步法合成Au纳米棒和Au纳米球形颗粒作种子,再通过抗坏血酸还原Pd盐的方法制备了多种形态的Au/Pd核-壳结构纳米粒子.通过透射电子显微镜(TEM)、紫外-可见-近红外(UV-vis-NIR)分光光度计对Au/Pd复合粒子的形貌和光学吸收特性进行了表征.结果表明,通过调控Au核的形态,以Au纳米棒和Au纳米球形颗粒作种子,可分别得到棒状和类球状的核-壳Au/Pd纳米粒子.棒状粒子中,Au核(纳米棒)的平均长度为31 nm,宽为7 nm,Pd壳的平均厚度为8 nm;类球状粒子中,Au核(纳米球形颗粒)的平均粒径为35 nm,Pd壳的平均厚度为9 nm.该反相微乳液法简单易行,对于制备其他核-壳纳米粒子具有借鉴意义.

纳米二氧化硅/聚醚共聚乙酰胺防水透气涂层织物的研制及其性能

为改善聚醚共聚乙酰胺涂层的防水透气及力学性能,将采用Stber方法制备的无机颗粒与强疏水性的聚醚共聚乙酰胺高分子材料有效复合,制备出高性能的有机/无机复合防水透气织物涂层。分别对制备的无机颗粒成分及其形貌结构,以及涂层和涂层织物的形貌结构进行表征分析,并讨论无机颗粒添加量对涂层和涂层织物防水透气及力学性能的影响。结果表明:制备的无机颗粒为纳米球形二氧化硅颗粒,适当添加该颗粒可有效改善涂层织物的综合性能,使其达到服用要求;当其添加量为1.5%时,涂层织物综合性能最优,涂层的断裂强力、断裂伸长率分别增加52.4%和11.0%,涂层织物表面接触角增大20.0%,透气率增幅达242.6%。

颗粒球形度对平行斜板混合纳米流体对流影响

以均匀热流引起的混合纳米流体在两平行斜板间的混合对流为研究对象,可以解析求解其速度场和温度场。纳米颗粒球形度和体积分数,以及摩擦系数和努塞尔数是影响混合纳米流体流动问题的重要因素,深入研究很有必要。计算表明,混合纳米流体可以显著提高传热性能,纳米颗粒球形度对混合纳米流体的流动影响显著,球形接触面积最大而具有最佳的传热性能。纳米颗粒的数量对改变传热特性至关重要,但当纳米流体达到饱和时,影响就可以忽略不计。

纳米氩颗粒导热性能的非平衡分子动力学模拟

为了研究尺寸变化对纳米颗粒导热的影响，采用非平衡分子动力学模拟方法研究了固定原子壁面边界条件下，平均温度在45K、边长为3．186～12．744nm的立方形和半径为4．248～10．62nm的球形2种纳米Ar颗粒的热导率，并与其他研究者的结果及薄膜的模拟值进行了对比。模拟结果表明，在固壁边界条件下，2种颗粒的热导率均随着尺寸的增加而趋向块体值，但均小于相同厚度、相同边界条件的Ar薄膜的热导率；球形颗粒的热导率小于边长与其半径相等的立方形颗粒的热导率。