考虑PWM波形特征的纳米晶磁心损耗模型的研究及验证

磁心损耗精确预测对于电力电子变压器的优化设计至关重要。然而,传统的磁心损耗模型在复杂激励下适用性较差,尤其对于占空比可调、高次谐波含量丰富的PWM波磁心损耗预测,计算精度显著下降。基于Jordan损耗分离模型,建立了一种考虑PWM波形特征的磁心损耗计算方法。首先,该方法根据激励波形特征,推导出相应的波形系数及等效频率来计算PWM波激励下的动态涡流损耗,将Jordan模型的适用范围从正弦拓展到PWM波激励下的磁心损耗计算;然后,分析了不同占空比激励下激励波形有效频率及高次谐波含量变化对损耗系数的影响,并对其进行数学表征,实现了整个占空比范围内磁心损耗的精确预测;最后,搭建了高频非正弦激励下软磁材料磁特性测量平台,针对1K107B纳米晶材料,测量了两种典型PWM波激励下的损耗数据。实验结果表明,所建立的磁心损耗模型具有较高的计算精度,相比于传统的Steinmetz改进公式,整体精度提高了25%。

基于纤维素纳米晶乳化陈皮精油的淀粉基抗菌膜的制备与性能

以玉米淀粉(corn starch,CS)为基质、柠檬酸为交联剂、纤维素纳米晶(cellulose nanocrystals,CNC)乳化陈皮精油(orangepeelessentialoil,OPO)制备的Pickering乳液为抗菌剂,采用流延法成功制备了CS/CNC-OPO抗菌复合膜;探讨了CNC和OPO的添加量对CS/CNC-OPO抗菌复合膜的机械强度、水蒸气透过率、水接触角、抗菌性能等的影响,并采用傅里叶变换光谱、X射线衍射光谱和扫描电子显微镜对CS/CNC-OPO抗菌复合膜进行表征。结果表明,当OPO添加量为11%,CNC和OPO比例为1∶11(g/mL)时,CS/CNC-OPO膜的性能最好,水蒸气透过率为1.03×10^(-3)g/(m·h·kPa),水接触角为74.53°,拉伸强度达6.01 MPa,对大肠杆菌和金黄色葡萄球菌的抑菌面积高达88.4 mm2和96.45 mm^(2)。该淀粉基膜强度好,且具有较好的疏水和抗菌性,在食品包装领域具有广阔的应用前景。

甲脒铅溴钙钛矿纳米晶的瞬态吸收与温度依赖光致发光

甲脒铅溴钙钛矿纳米晶(FAPbBr_(3) NCs)因其在光电应用中的卓越性能而受到广泛关注。使用铵作为配体对钙钛矿纳米晶进行有效表面钝化被证明是提高器件性能的有效方法。本文使用配体辅助再沉淀技术制备了两种不同胺配体(长链油胺和短链己胺)的FAPbBr_(3) NCs,通过瞬态吸收光谱和时间分辨光致发光研究它们的激发态载流子动力学。结果显示,油胺配体的NCs具有更长的载流子寿命与较慢的载流子弛豫动力学,表明长链油胺能有效钝化表面缺陷,促进辐射复合。通过稳态光致发光光谱实验研究了FAPbBr_(3) NCs的温度依赖性,结果表明随着温度升高,激子-声子耦合增强,线宽和发射峰的光子能量增加,确定了长链油胺配体FAPbBr_(3) NCs中的激子结合能约为62.9 meV及纵向光学声子能量约为30.5 meV。研究结果证实了胺配体在调控FAPbBr_(3) NCs光学性能方面的作用,为高性能光电器件的设计提供了重要的指导意义。

组成对钠铝硅玻璃中钇锆酸盐纳米晶析晶性能的影响

基于含Y2O_(3)和ZrO_(2)的钠铝硅玻璃体系,研究了玻璃组分中Al_(2)O_(3)/Na2O摩尔比值(MAN)与SiO_(2)/Al_(2)O_(3)摩尔比值(MSA)对玻璃析晶性能的影响。研究结果表明,当MAN<1时,玻璃经热处理后表面析出钠霞石晶体;当MAN≥1时,玻璃热处理后析出钇锆酸盐纳米晶体,且此时微晶玻璃仍然具有不小于90%的高可见光透过率。对于固定MAN的玻璃,调整其MSA也能实现钇锆酸盐纳米晶的析出,且析出晶体尺寸随MSA增加而减小。随着热处理温度升高微晶玻璃样品中纳米晶体尺寸增大,维氏硬度也增大。

利用纤维素工业废丝/胶高效制备再生纤维素纳米晶

为解决再生纤维素工业丝的废丝以及生产过程中的废丝/胶的再利用问题,设计了以再生纤维素工业废丝或废丝/胶为原料高效制备再生纤维素纳米晶(RCNC)的方法,并通过傅里叶变换红外光谱、马尔文激光粒度仪、扫描电子显微镜、X射线衍射和原子力显微镜等方法,对比了利用新溶剂法再生纤维素工业废丝/胶、粘胶再生纤维素工业废丝和浆粕制得的RCNC、CNC的结构性能上的区别。结果表明:新溶剂法再生纤维素工业丝废丝/胶高取向度、高结晶度和结构简单的特性使其可以在更温和的条件下酸解,制备的RCNC得率高达到65.09%,远大于以浆粕为原料制备CNC的得率,且具有更高的结晶度。与粘胶纤维素工业废丝制得的RCNC相比,两者具有相似的尺寸与形貌,都为纳米级的棒状结构,长度和长径比分别为93 nm±26 nm和35±20,表明此方法对于不同来源的纤维素工业丝废丝具有一定的普适性。

三种蛋白包覆纤维素纳米晶稳定皮克林乳液的构建及体外消化特性

纤维素纳米晶(CNCs)由于其表面固有的强亲水性,往往需要修饰改性才能应用,如乳液稳定。该文研究了三种蛋白(牛血清蛋白BSA、酪蛋白酸钠CAS和大豆分离蛋白SPI)通过静电修饰CNCs表面性质的可行性,并研究了其对CNCs乳液体外消化特性的影响。首先研究了pH值3.0时蛋白与CNCs的作用模式、吸附比例、颗粒结构特征,结果发现二者可以通过静电作用结合(Zeta电位由-35 mV至+20 mV),CNCs表面蛋白吸附比例由100%(蛋白浓度0~0.1%,m/V)逐渐降低至40%~60%(蛋白浓度0.5%,m/V)。静电修饰引起CNCs絮凝,显著改善其两亲性(接触角由35°增加至75°~80°)。然后研究了蛋白包覆CNCs的乳化性质,结果发现蛋白包覆CNCs形成了粒径为3~9μm的絮凝乳液,且凝聚稳定性更好,不同蛋白之间无显著差异。体外消化结果表明,与吐温20乳液(~90%)相比,蛋白包覆CNCs稳定乳液具有更低的游离脂肪释放率(~80%),蛋白种类影响不显著。可见,三种常见蛋白能够通过静电吸附方式修饰CNCs并将其转化为良好的Pickering稳定剂。该文研究结果能够极大丰富食品级皮克林稳定剂的来源,并促进相关功能乳液食品的开发。

纳米晶Al-xMg铝合金的元素再分布及其对强度的影响

目的针对Al-Mg合金在变形加工过程中容易出现的溶质元素再分布现象,通过微观表征和定量计算深入研究元素再分布的相关机制及其强度贡献。方法利用扫描透射电镜高角环形暗场技术结合几何相位分析,详细研究了溶质元素再分布机理,对经过高压扭转后不同Mg含量的Al-Mg合金中的元素分布进行了表征,并通过原子探针层析技术对原子的三维空间分布情况进行了团簇分析。结果随着Mg的原子数分数从1.0%增加至8.0%,合金硬度从129.0HV显著上升至223.6HV。合金内部的溶质分布状态可以分为溶质原子贫化、溶质原子富集和溶质原子不均匀分布3种,剧烈塑性变形引入的不均匀微观应变诱导了Mg原子的再分布。结论合金中形成的大量原子团簇为Al-8Mg合金贡献了47.7HV的硬度值,占总硬度的21.3%,溶质团簇对合金强度的强化效果十分显著,表明团簇强化是材料强化手段中不可或缺的新型强化机制。

超细晶/纳米晶钨材料制备技术的研究进展

晶粒细化可显著提高超细晶/纳米晶钨材料的性能,介绍了超细晶/纳米晶钨材料制备技术的最新研究进展,包括粉末冶金法和深度塑性变形法,粉末冶金法的烧结工艺主要包括热等静压烧结、超高压通电烧结、放电等离子体烧结、微波烧结等;深度塑性变形法包括高压扭转、等通道挤压、表面机械研磨处理和累积轧制等。由于超细晶/纳米晶钨材料存在大量的晶界可有效提高材料的力学性能和抗辐照性能,因此有望解决纯钨材料作为核聚变堆面向等离子体材料存在的问题,对超细晶/纳米晶钨材料的发展提出了建议。

铁基非晶纳米晶合金带材滚剪加工过程分析

在生产现场采用跟踪统计方法,归纳分析铁基非晶纳米晶合金带材滚剪加工过程以及滚剪刀耐用度、刀具刃磨等问题,统计分析不同宽度滚剪刀的加工情况发现,滚剪刀有效工作时间比率为65%~88%,平均有效工作时间比率为76.1%,有效工作时间不稳定;滚剪刀剪切行程处于3700~4200m之间,平均剪切行程为3839.74m,刀具耐用度存在较大差异,剪切宽度越大滚剪刀耐用度越长;滚剪刀刃磨时刀具径向去除量在80~150μm之间,平均刃磨去除量为106μm,刀具刃磨工艺对刀具耐用度有决定性影响。最后针对滚剪刀磨损检测问题,提出采用声发射信号对滚剪刀状态进行在线检测的技术方案。

纤维素纳米晶基复合微球及其在水处理中的应用

纤维素纳米晶(CNC)作为世界上最丰富的生物聚合物,是一种绿色、可再生的环保材料,其较高的比表面积和表面活性基团等良好的吸附剂特性,在废水处理中具有较高的潜在应用价值。当CNC与其它功能性纳米粒子复合时,由于其独特的性质和吸附活性,可以有效地增强各组分的作用,同时以微球作为载体有效解决了纳米材料难以回收利用,对环境造成二次破坏的问题。综述了近年来关于CNC基复合微球在水处理中应用的文献,这将为研究人员提供设计更合适CNC基复合微球的指导方针,从而促进研究。

流动条件下铁基非晶纳米晶涂层钝化行为研究

通过初期腐蚀电流密度监测、电化学阻抗谱、极化曲线和微观形貌分析,研究了静态和动态不同流速下铁基非晶纳米晶涂层的钝化与点蚀行为。结果表明:流动条件下,铁基非晶纳米晶涂层的自腐蚀倾向增加;随着流速的增加,钝化电流密度先增加后减小,流速为5 L/min时,钝化电流密度达到极大值3.09×10-4A/cm2;点蚀电位先降低后增加,滞后环面积先增加后减小,点蚀坑最大深度达50.61μm,可见高流速条件下涂层的点蚀能力降低。

纳米晶NiTi记忆合金应力诱发R→B19′相变的超弹稳定性

通过对Ni_(50.2)Ti_(49.8)(at%)记忆合金丝材进行大变形冷拔和低温退火获得了平均晶粒尺寸为15 nm的纳米晶NiTi记忆合金丝材样品,然后采用应变量为6%的20次拉伸循环实验研究了纳米晶NiTi合金力致R→B19′相变的超弹稳定性。结果表明:纳米晶NiTi合金在经过20次拉伸循环变形后,其超弹应力为734 MPa,超弹应力的减小率为16%,残余应变为0.61%,此综合超弹性能优于以往粗晶NiTi记忆合金。这主要源于纳米晶NiTi记忆合金中细晶强化显著提高了合金屈服强度,因此降低合金马氏体相变过程中塑性变形,可使纳米晶NiTi记忆合金呈现高的超弹稳定性。

裂解炭黑/纤维素纳米晶杂化体粉末的制备及其在天然橡胶中的应用

采用氨基化纤维素纳米晶(CCP)与裂解炭黑(CBp)球磨杂化,CBp/CCP(CBC)杂化体浆料经喷雾干燥后得到CBC杂化体粉末,将其用于天然橡胶(NR)补强。结果表明:CCP与CBp均匀杂化,有效阻止了CCP的团聚,提高了CBp在NR中的分散性;得益于NR/CBC复合材料的交联密度提高和CCP与CBp的协同补强作用以及CBC杂化体粉末在NR基体中的均匀分散,NR/CBC复合材料的物理性能显著提高,CBp/CCP质量比为85/15的CBC杂化体粉末的NR/CBC复合材料的300%定伸应力、拉伸强度和撕裂强度比NR/CBp复合材料分别提高了30.4%,14.9%和75.7%,DIN磨耗量减小了13.7%,压缩温升降低。选用生物基填料CCP作为共杂化材料,以球磨杂化、喷雾干燥方式对CBp进行提质改性,为便捷制备高性能NR/CBp复合材料提供了可能,有利于推动CBp的高附加值利用及解决废旧轮胎的污染问题。

功能化细菌纤维素纳米晶复合聚氨酯医用抗菌涂层的制备及性能研究

植入医疗器械的感染是临床治疗的难题之一,因此研究具有长效稳定抗菌效果的医用涂层对于医疗植入器械领域十分重要。本研究使用细菌纤维素膜片,通过粉碎―氧化法制备氧化改性细菌纤维素纳米晶体,并化学接枝阳离子化合物双胍制备获得新型纳米抗菌材料NBC-BG,最后与聚氨酯(PU)进行复合制备了PU-NBC-BG医用抗菌涂层。通过多种材料表征手段,研究了不同比例添加下涂层的结构性能变化,同时通过抗菌实验证明了PU-NBC-BG涂层具有优良且稳定的抗菌性能以及抗生物膜效果,在医疗器械领域具有很好的前景。

纳米晶NiTi形状记忆合金/Nb纳米线复合材料超弹应力的温度依赖性

NiTi形状记忆合金因其超弹性已经得到广泛应用,然而传统NiTi合金马氏体相变的超弹应力随温度的降低而快速减小(6~7 MPa/K),显著制约了其在宽温域中的应用。本文通过熔炼、锻造及拔丝获得纳米晶NiTi/Nb丝材,然后采用透射电子显微镜、差示扫描量热仪及拉伸试验机分别研究丝材的显微组织、相变行为及超弹性能。结果表明:纳米晶NiTi/Nb丝材中NiTi合金的平均晶粒尺寸为14 nm,丝材在降温和升温过程中分别发生热诱发B2→R相变和R→B2相变。在328~376 K温度范围内,纳米晶NiTi/Nb丝材应力诱发B2→B19′相变超弹应力的平均值为1002 MPa,超弹应力的温度依赖性为4.1 MPa/K。

矩形波激励对纳米晶合金高频磁化过程的微观影响机理

高频变压器工作时会面临占空比变化的激励情况,由于存在磁弛豫现象,矩形波占空比能通过改变铁心用材料纳米晶合金磁化时间,影响高频变压器能否达到饱和工作点。建立纳米晶合金微磁学模型,对该模型分别施加不同占空比D的矩形波激励,并定义了磁化速率v,从磁滞损耗P_(v)、v及磁矩偏转角速度ω三方面分析D对磁化过程的影响。结果表明,D=0.5时P_(v)最小,增大或减小D,都会导致P_(v)的增加,且满足两组不同占空比和为1的矩形波激励下,材料产生的P_(v)相同。若激励磁场处在上升沿,D=0.1时的v与ω最小,D=0.9时的v与ω最大;若处在下降沿,D=0.9时的v与ω最小,D=0.1时的v与ω最大。D会影响材料磁化时间,由于磁弛豫现象,改变磁化时间可决定材料能否达到饱和磁化状态,因此存在一个临界状态,该文将其定义为临界占空比D_(c)。结果表明,当D<0.5时D_(c1)的范围应处在0.2~0.21,D>0.5时D_(c2)的范围应处在0.8~0.81,为不同工况下高频变压器工作点的选取提供了参考依据。

超音速火焰喷涂铁基非晶纳米晶涂层的工艺参数与性能试验

为了进一步深入研究铁基非晶涂层的制备和性能,利用人工神经网络和多因素多水平设计对超音速火焰喷涂技术制备的铁基非晶纳米晶涂层的工艺参数和性能进行了优化,以期对铁基非晶涂层的实际应用提供参考.多因素多水平试验通过设计分析方法和设计实验参数,建立神经网络模型,研究了煤油量、氧气量、送粉率和喷涂距离四项工艺参数对涂层孔隙率、硬度、结合强度和沉积效率的影响规律.采用扫描电镜、透射电镜等手段表征了粉末及涂层的显微结构和内部微观组织形貌;采用X射线衍射仪、同步热分析仪等设备对粉末和涂层成分、相组成和非晶程度进行了观察分析.验证了工艺参数优化过程的计算机模拟结果,确定了最佳喷涂工艺参数范围,进一步提升了涂层的性能.讨论了喷涂过程中孔隙形成的微观过程和非晶纳米晶对涂层性能的影响机理.研究表明各工艺参数对涂层性能是多因素互相影响的,理论上最佳喷涂工艺参数为煤油量23 L·h^(-1)、氧气量51 L·h^(-1)、送粉率72 g·min^(-1)、喷涂距离280 mm,制备出的铁基非晶涂层厚度约为270μm、孔隙率约为1.3%、结合强度约为84 MPa、硬度约为1110 HV_(0.3).涂层非晶程度在80%左右,纳米晶尺寸为3~5 nm,涂层在600℃以下不会发生晶化过程.

依鲁替尼纳米晶的制备工艺研究

为改善依鲁替尼(IBR)的水溶性和溶出度,采用湿法介质研磨法制备了依鲁替尼纳米晶(IBR-NC),采用单因素实验优化了IBR-NC的制备工艺,并通过粒径分析、扫描电镜(SEM)、X-射线粉末衍射(XRPD)分析、差示扫描量热(DSC)分析及溶出度实验对IBR-NC的质量进行了评价。结果表明,以PVP-K30-SDS为稳定剂,在物料比(IBR、PVP-K30、SDS的质量比)为10∶4∶1、IBR用量为120 mg、氧化锆珠规格为0.3 mm、氧化锆珠用量为40 g、研磨转速为150 r·min^(-1)、研磨时间为2.0 h的最优条件下,制备的IBR-NC的粒径为(224.7±5.7)nm、PDI为0.151±0.017,累积溶出率在10 min能达到99.49%,溶出效果良好,且放置90 d后依然具有良好的溶出性质。

酒糟纤维素纳米晶的制备,表征及离子染料吸附研究

为了探索酒糟纤维素纳米晶(Cellulose nanocrystals,CNCs)在废水处理领域的应用潜力,拓宽酒糟的高值化利用途径,研究通过洗涤、漂白和碱提等步骤制备酒糟纤维素,再以1∶20固液比加入50%(v/v)硫酸溶液水解纤维素制备酒糟纤维素纳米晶,并对其进行化学成分测定和结构表征,最后研究其对亚甲基蓝和刚果红水溶液的吸附能力。结果发现,制备的酒糟CNCs中的纤维素纯度超过90%,粒径分布集中在180~300 nm范围内,Zeta-电位值为-30.1 mV。酒糟CNCs对刚果红和亚甲基蓝染料的平衡吸附率分别达到75.5%和90.57%,展现出不同的吸附机制,分别对应一阶动力学模型和二阶动力学模型,表明酒糟CNCs对离子染料具有良好的吸附特性,为酒糟CNCs在工业废水处理领域的可持续应用提供了低成本且高效的新途径。

pH值对纤维素纳米晶液晶形态及流变性能的影响

为研究纤维素纳米晶(CNC)悬浮液在不同pH值及质量分数下的相变行为,使用偏光显微镜确定CNC液晶相的形态特征,获得了CNC形成向列相、胆甾相和双折射玻璃相的相图。通过稳态剪切和大幅振荡剪切测定了CNC体系的流变学性质,并利用傅里叶流变学分析体系流变行为与其微观结构演变之间的关系。结果表明,添加酸或碱能屏蔽CNC间的静电排斥作用,提高体系的凝胶化作用和非线性黏弹性,从而使向列相与胆甾相区域表现出明显的下降趋势。