CeO_(2)/PTFE涂层微粗糙结构的构筑及其超疏水性能

采用熔盐法制备呈八面体状、粒径尺寸分布在300~500 nm的CeO_(2)颗粒,借助喷涂法制备CeO_(2)/PTFE涂层,目的是通过CeO_(2)颗粒的加入填充或者嵌入在PTFE的网络结构上,以此构筑CeO_(2)/PTFE涂层微粗糙结构提高其疏水性能.探讨不同的CeO_(2)颗粒含量在不同硬度铝基底上(Al 3003和Al 3004)对CeO_(2)/PTFE涂层疏水性能的影响,进而从“CeO_(2)颗粒的显微结构”和“微粗糙结构的构筑”两个方面阐明CeO_(2)/PTFE涂层的超疏水机理.结果表明:当CeO_(2)颗粒含量为0.5 wt%时,从SEM图中看出CeO_(2)/PTFE涂层的表面出现大量突起且呈现密集均匀排布即构筑出“单层连续网络结构”;CeO_(2)颗粒嵌入PTFE涂层的网络结构中CeO_(2)/PTFE涂层疏水性能最佳,从润湿性分析得到在Al 3003和Al 3004接触角分别为154.7°和153.3°.当CeO_(2)颗粒含量小于0.5 wt%时,构筑涂层表面呈现“孤岛状结构”;大于0.5 wt%时,构筑涂层表面呈现“多层不连续网络结构”.

超疏水表面粗糙结构的构造及其应用研究进展

超疏水表面具有自清洁、减阻、防尘等多种特性,在生产生活及科研领域备受瞩目。本文综述了超疏水表面制备方法的研究进展及其在不同领域的应用进展。最后简要讨论了超疏水表面存在的不足,并对其发展方向进行了展望。

基于结构面粗糙度随机场表征的抗剪强度变异性

岩体结构面抗剪强度参数具有变异性是客观事实,而受限于室内外直剪试验成本而导致抗剪强度变异性指标获取困难是目前制约岩质边坡可靠度评价发展的主要原因之一。鉴于此,提出了一种利用少量实测结构面粗糙度曲线样本和岩块物理力学参数,结合JRC-JCS(joint roughness coefficient-joint compressive strength)剪切强度模型、随机场理论和非侵入式离散元数值试验,获取结构面抗剪强度参数变异性指标的方法。将此方法应用于某隧道进口段岩质边坡可靠度评价中,研究发现:(1)该岩质边坡主控结构面粗糙度纵坐标方差为0.012 5 cm2,相关距离为0.75 cm,生成的随机粗糙度曲线与实测样本相似;(2)结构面黏聚力和内摩擦角均值分别为0.427 MPa和54.9°,标准差分别为0.229 MPa和4.47°,变异系数分别为53.63%和8.14%;(3)此边坡稳定性系数服从正态分布,失稳概率为2.8%,可靠度为1.52。

黄药体系中气泡与不同粗糙度黄铜矿表面碰撞黏附机理研究

在黄铜矿浮选过程中,矿物表面的粗糙度及黄药浓度的变化会直接影响气泡与矿物表面的黏附和铺展,从而影响浮选效果。为了探究黄铜矿表面的粗糙度和黄药浓度对气泡与黄铜矿碰撞黏附行为的影响,使用砂纸对黄铜矿进行打磨,得到不同粗糙度的样品,然后进行气泡在矿物表面的碰撞黏附试验,并对气泡局部速度、气泡碰撞黏附时间、三相接触线长度随时间的变化、气泡接触角进行了测试分析。结果表明:粗糙度较大的黄铜矿表面有尺寸较大、数量较多的粗糙结构,会促进气泡与矿物表面之间水化膜的薄化和破裂,有利于黏附的形成,但黏附产生后黄铜矿表面的粗糙结构阻碍了气泡在矿物表面的进一步铺展;黄药浓度的增加使得黄铜矿表面生成的疏水性薄膜厚度增加,增强了对样品表面粗糙结构的覆盖作用和黄铜矿表面的负电性,提高了黄铜矿的疏水性,不利于气泡与黄铜矿形成黏附,但有利于气泡在黄铜矿表面形成黏附后的进一步铺展。该成果可用于黄铜矿的高效浮选回收利用研究。

微纳结构对混凝土PTFE超疏水涂层性能影响研究

为了探究微纳米粗糙结构对水泥混凝土基聚四氟乙烯(PTFE)超疏水涂层性能的影响。研究考虑了混凝土表面的粗糙结构及微米级金刚石、碳化硅、刚玉粉末与纳米级疏水二氧化硅粉末构筑的微纳米粗糙结构。利用接触角测量仪和扫描电子电镜(SEM)对各种粗糙结构下PTFE涂层的湿润性和微观形貌进行了表征。同时,还评价了涂层抗滑性和耐磨耗性。结果表明:两步法制备工艺,先构筑微纳米粗糙结构再修饰PTFE涂层,能获得最强超疏水性能。微米级与纳米级粉末复配使用效果最佳,且随用量增加而增强,推荐比例1∶1,粒径比控制在60~120倍间为宜。不同粗糙结构中,金刚石效果最佳,其次是碳化硅和刚玉,混凝土凿毛处理后其抗滑性均满足规范要求,采用湿轮磨耗仪在试件表面往复摩擦1 000次后也均可保持85%以上的疏水性。该研究深入揭示了微纳米粗糙结构对涂层性能的影响机制,可指导实用型高性能PTFE超疏水涂层的制备。

基于无人机点云与改进R_(S)表征法的结构面粗糙度定量分析

为研究采样尺寸、采样间距对高陡斜坡岩体结构面粗糙度评价结果的影响,选取藏东南某铁路察达车站工点左岸高陡岩质斜坡为研究区,提出采用无人机多角度贴近摄影测量技术获取毫米级点云数据以建立研究区斜坡岩体高精度三维模型,并从中选取典型区域裁剪出带有点云信息的27条面状结构面,使用Delaunay三角化原理对结构面进行网格化重建。基于此,提出一种采用点云拟合平面代替R_(S)表征法中垂直投影平面的新方法,并研究结构面粗糙度在不同采样尺寸、采样间距下的变化规律,结果表明:不同三角剖分方式对R_(S)表征值影响较小;结构面粗糙度具有尺寸效应与间距效应,其粗糙度表征值随结构面尺寸的增加逐渐趋于稳定,随结构面采样间距增大逐渐减小;部分存在尺寸效应的结构面存在“假有效采样尺寸”与“真有效采样尺寸”。在进行粗糙度评价时应确保所得有效采样尺寸为“真有效采样尺寸”。

随机粗糙与沟槽面复合结构减阻特性研究

采用旋转锥板式剪切力的测试系统,测试了不同试样对甘油和水混合液的减阻性能.制备得到的优化复合结构在剪切率为200s-1～2000s-1时,可实现减阻约从13%～19%,且减阻率随剪切率的增加呈递增趋势;在剪切率2000s-1时,最大减阻可达18.9%.分析表明,粗糙结构、沟槽结构及沟槽的排列方式共同作用,实现了试样减阻效果大幅度提高和减阻范围的扩展.

超疏水涂层表面粗糙结构对防覆冰性能的影响

结冰给交通、电力输送和航空等领域带来极大的安全隐患,研究防覆冰技术具有重要的应用价值。目前最具前景的防冰方法是涂层防冰,本文介绍了疏水涂层的构建方法,阐述了涂层疏水性和疏冰性之间的关系;重点论证了涂层表面粗糙结构对其防覆冰性能的影响,指出防覆冰涂层研发中存在的问题,并对该领域的发展趋势进行了分析和展望。

天然岩体结构面粗糙度各向异性、尺寸效应、间距效应研究

为了研究天然岩体结构面粗糙度评价结果影响因素,以重庆武隆地区大尺寸岩体结构面为例,运用三维激光扫描技术,基于Grasselli改进法描述粗糙度在不同采样方向、尺度与精度下的变化规律。结果显示:所选用的天然岩体结构面具有明显的各向异性、正尺寸效应和间距效应,因此在进行粗糙度评价时,采样方向务必与剪切方向保持一致,采样尺寸与采样间距应大于等于和小于等于有效采样尺寸与间距;为便于不同评价方法间结果对比,应保证在相同的采样参数下开展研究。

岩体地质结构面粗糙系数的分形估测

介绍了确定岩体地质结构面粗糙系数 JRC的分形估测方法 ,讨论了岩体地质结构面轮廓曲线与 VolKoch曲线的自相似性。分析表明 ,将 Barton标准轮廓曲线通过分形维定量化是确定 JRC值的有效方法 ,能避免目视产生的误差。

结构面粗糙度系数Barton直边法的简明公式

JRC是反映爬坡角力学效应的岩体结构面表面形态等效描述指标。本文在Barton直边法的研究基础上,利用直边图的几何性质,推导出结构面粗糙度系数Barton直边法的简明公式,并通过实例检验了JRC简明公式的合理性和实用性。

基于知识距离的粗糙粒结构的评价模型

在粒计算理论中,通过不同的粒计算机制可以生成不同的粒结构。在粗糙集中,对于同一个信息表而言,通过不同的属性添加顺序可以得到由不同的序贯层次结构,即粗糙粒结构。在粗糙粒结构中,不同的属性获取顺序导致了对不确定性问题求解的不同程度。因此,如何有效评价粗糙粒结构是一个值得研究的问题。本文将从知识距离的角度研究这个问题。首先,在前期工作所提出的知识距离框架上提出了一种粗糙近似空间距离,用于度量粗糙近似空间之间差异性。基于提出的知识距离,研究了粗糙粒结构的结构特征。在粗糙粒结构中,在对不确定性问题进行求解时,本文希望在约束条件下可以利用尽可能少的知识空间使不确定性降低达到最大化。基于这个思想并利用以上得出的结论,在属性代价约束条件下,引入了一个评价参数λ,并在此基础建立了一种粗糙粒结构的评价模型,该方法实现了在属性代价约束条件下选择粗糙粒结构的功能。最后,通过实例验证了本文提出的模型的有效性。

甘肃北山花岗岩岩体结构面粗糙度系数(JRC)研究

岩体结构面表面形态研究对岩石工程结构体强度及变形特征研究评价具有重要的指导意义。文章评述了现有岩体结构面粗糙度系数(JRC)的各种测定方法及存在的问题,分析了在高放废物处置库预选场址甘肃北山花岗岩地区,用"简易纵剖面仪"进行地表岩体及钻孔岩心裂隙结构面JRC的测量结果。

结构面粗糙度对其剪切过程中变形特征与强度特征的影响

采用相同材料制作不同粗糙度试样进行法向应力下的直剪试验,深入研究结构面在剪切应力下的变形特征和强度特征,并进行数值模拟,得出结构面受到剪切作用时变形特征及强度特征与结构面粗糙度的关系,结果表明:在结构面受到剪切作用时,随着结构面粗糙度的增大,结构面的抗剪强度相应增大,但是在不同的粗糙度下,增大的幅度不同;受到剪切作用后,结构面的表面积出现不同程度的减小,随着粗糙度的增大,减小的程度变大.

结构面粗糙度系数与采样精度的关系研究

结构面粗糙度系数(JRC)的获取过程中存在采样精度问题,为了获取合理的JRC值,本文开展了JRC剖面线采样点精度研究。选取3种岩石,每种取10个具有一定粗糙程度的结构面为研究对象,运用三维激光扫描技术获取结构面几何形貌特征并进行数字化处理。在此基础上,提取结构面选定剖面线的起伏信息,利用分形理论计算不同采样点间隔条件下剖面线的JRC值,分析JRC取值中存在的采样点间隔效应,并研究其影响因素。结果发现:JRC值受剖面线采样点间隔影响,当采样点间隔小于临界间隔值时,JRC值基本保持不变;当间隔大于临界间隔值时JRC值出现波动。采样点临界间隔值与结构面粗糙程度相关,与JRC值呈负指数函数关系,并且其关系受岩石类型影响,岩石颗粒越小两者拟合度越高。综合3种岩石得到JRC值与采样点临界间隔值关系服从y=1.8314e^(-0.067x)的函数分布,可以此为依据进行采样点临界间隔定量取值,来消除间隔效应对JRC值的影响。该项研究成果可为结构面粗糙信息采集提供科学的方法,通过选取合理的采样点数量,保证结构面信息采集工作效率和JRC值计算精度。

基于旋转采样法的结构面粗糙度各向异性评价

岩石结构面粗糙度各向异性评价存在不确定性。本文基于高精度激光扫描技术获得的结构面三维点云数据,提出了一种评价岩石结构面粗糙度系数(JRC)各向异性的旋转采样法。通过典型结构面试样的对比分析,探讨了采样方法和尺寸对JRC各向异性的影响。结果表明:(1)已有的单一轮廓线采样法获得的JRC各向异性数据离散,各向异性评价结果偏大,增加结构面尺寸,能提高数据的准确性。(2)采用旋转采样法获得的JRC各向异性数据,在不同尺寸下JRC最值分布更集中,各向异性系数计算结果更稳定,克服了JRC数据离散的问题,可获得准确、可靠的JRC各向异性规律。本文方法和结果可为研究岩石结构面粗糙度各向异性规律提供参考。

结构面粗糙度系数的三维分形表征

结构面粗糙度对结构面的抗剪强度有重要影响,进而影响工程岩体的变形破坏行为。基于高精度三维激光扫描技术,以贵州某水库拱坝基岩结构面为研究对象,现场采取泥质白云岩结构面、白云岩结构面、泥质白云岩与白云岩接触面三类优势结构面并对各岩样结构面表面进行扫描,获取三维形貌数据,建立了数字高程模型。采用MATLAB软件编写立方体覆盖法程序,进而精确求取每个结构面的三维分形维数,同时采用均方根方法估算每个结构面的三维粗糙度系数,然后建立两者之间的关系式。研究结果为将结构面粗糙度系数表征方法从二维拓展到三维提供了一种新思路。

高陡岩质斜坡结构面的无人机贴近采集与粗糙度分析

为了研究采样尺寸、采样间距对结构面粗糙度评价结果的影响,本文以川藏线昌都至林芝段的色曲特大桥左岸高陡斜坡结构面为研究对象。使用无人机贴近摄影测量技术获取斜坡的三维空间坐标和表面纹理数据;室内实现斜坡的三维重建以及点云化处理;从点云模型上人为提取出37个结构面信息,使用MATLAB进行结构面规则网格化重建;基于Z2S法描述结构面粗糙度表征值在不同尺寸、不同间距下的变化规律。结果表明:结构面粗糙度的尺寸效应、间距效应明显,采样间距的增大使有效采样尺寸值减小。因此,在进行粗糙度研究时应选取较小的采样间距,采样尺寸应大于等于"真"有效采样尺寸值。此外,本文是无人机贴近摄影测量技术应用在结构面数据采集领域的一个案例,是进行结构面粗糙度特征研究的有益补充。

高功率激光装置主放大系统结构表面粗糙对自激振荡的影响

对于采用离轴多程放大技术的高功率激光装置,抑制其自激振荡的技术具有重大研究价值。针对工程中发现的主放大系统小孔板附近结构表面比较光亮,当腔内放大器工作时,在增益足够条件下,光亮结构面和腔镜间形成谐振腔而产生自激振荡,烧蚀腔内器件的问题,基于蒙特卡洛方法模拟结构表面,依据几何光学原理推导了激光光束在结构表面反射模型,采用该模型代入工程中光路部分参数计算了主放大系统结构表面粗糙处理工艺和反射进入放大器内份额的关系,并将该表面处理工艺应用于工程中,通过增大结构表面粗糙度,使形成的谐振腔损耗大于增益,为抑制高功率激光装置主放大系统自激振荡提供了依据。

天然岩体结构面三维粗糙度的多尺度取样影响规律研究

基于三维激光扫描技术,在单一大尺度天然岩体结构面点云数据上开展多尺度窗口取样时,取样窗口中心位置的选取对结构面三维粗糙度的准确表征具有显著的控制作用,然而该控制机制与影响规律的研究十分匮乏。为此,以青海祁连县黄藏寺水利枢纽右岸坝址边坡大尺度天然岩体结构面为研究对象,以结构面三维激光扫描点云数据和Grasselli三维粗糙度计算方法为基础,开展了单一大尺度结构面上窗口取样中心位置对三维粗糙度多尺度特征影响与控制规律的深入研究。结果表明:窗口取样中心位置对结构面三维粗糙度的尺寸效应影响显著,取样中心位置的不同导致尺寸效应具有显著差异;同一剪切方向上结构面三维粗糙度的差异性随取样窗口尺寸的增大而减小;窗口取样中心位置对分析含结构面岩质边坡的潜在滑动方向的影响较小,当取样窗口尺寸增大到特征尺寸后,潜在滑动方向将被限定在一定角度范围,天然结构面的角度区间为110°~130°。最后基于上述研究,建立了窗口取样中心位置选取的基本原则,改进了天然大尺度结构面三维粗糙度取样方法。