溶胀接枝法制备具有微-纳米表面结构的苯乙烯-丁二烯-苯乙烯接枝共聚物(英文)

中对苯乙烯-丁二烯-苯乙烯嵌段共聚物(SBS)与马来酸酐进行了溶胀接枝反应,当接枝率控制在11.5%时可以获得微-纳米表面粗糙结构的接枝聚合物,水在SBS接枝共聚物的表面接触角明显减小。关键词:苯乙烯-丁二烯-苯乙烯嵌段共聚物;溶胀接枝法;微-纳米表面结构;

在超临界二氧化碳中制备具有微/纳米表面结构的苯乙烯-丁二烯-苯乙烯嵌段共聚物接枝马来酸酐(英文)

在超临界CO2中进行了苯乙烯-丁二烯-苯乙烯嵌段共聚物(SBS)与马来酸酐(MAH)的接枝反应,用扫描电子显微镜对接枝共聚物进行了表征。结果表明,控制适当的接枝率,可以分别得到具有皱折型和乳突型的微/纳米表面粗糙结构的接枝共聚物。

基于钙钛矿的表面纳米结构调控和单原子负载的单原子光催化研究

本研究旨在探讨钙钛矿表面纳米结构调控和单原子负载在光催化中的应用。钙钛矿作为重要的光催化材料,其表面纳米结构对催化性能起关键作用。单原子负载在钙钛矿表面能提高催化活性,而纳米结构调控可进一步提高催化效率和稳定性。我们介绍了钙钛矿表面纳米结构调控方法,包括合成方法和纳米结构表征方法。同时,探讨了单原子负载对钙钛矿纳米结构的影响,涉及形貌、晶体缺陷和光学特性等方面的表征,并通过光催化反应评估其催化活性。最后,我们总结了钙钛矿表面纳米结构调控与单原子负载的协同作用在光催化中的应用潜力,并展望了优化纳米结构和单原子负载方法的未来研究方向。

表面纳米化对材料性能影响的研究进展与展望

工程零部件失效常源于表面,微组织结构显著影响甚至决定工程零部件使役性能,表面纳米化技术可诱导材料微组织结构变化产生纳米晶结构表面层,增大表层残余压应力,对材料性能有极其重要的影响。首先综述了表面纳米化诱导微组织结构变化的过程及机理,诱导材料产生晶粒细化、位错运动、残余压应力增大、相变等微观变化,诱因有塑性变形、温度变化、元素渗入等。其次归纳了表面纳米化对材料性能的影响及其机理,上述微观变化对材料疲劳强度、耐腐蚀性、摩擦磨损性能、生物学性能等产生显著影响。总结了各个典型表面纳米化工艺的特点,相比于其他表面纳米化技术,超声振动辅助加工具有不需引入其他元素、不污染环境、原理简单、高速高质量、成本低廉、可依托于各种传统加工工艺等优势,对材料摩擦磨损性能、疲劳性能、生物学性能、表面浸润性和耐腐蚀性等具有积极作用。最后对表面纳米化工艺的未来发展做了展望,其中针对性分析了超声振动辅助加工。针对纳米晶结构表面层的数字化仿真模拟极其匮乏这一现状,将模拟仿真与试验相结合,分析微组织结构与加工参数、微组织结构与材料性能的映射关系并建立模型直观反映尚需更全面系统的研究。材料的某些性能可能不会同时达到最优值,依托于上述模型的综合评价体系有待建立,纳米晶结构表面层基于相变动力学的高温稳定性等仍需深入分析探索。超声振动辅助加工技术的关键制约因素有待完善,新材料的开发和技术手段的改进都是重要研究内容。超声振动辅助加工与其他表面纳米化方法组合使用是可探讨研究之处,优势互补或许可进一步诱导产生更优异的材料性能。

具有微纳米结构超疏水表面润湿性的研究

本文综述了近年来具有微纳米结构超疏水表面的研究进展。介绍了具有微纳米结构超疏水表面的制备方法,表面结构对超疏水性能的影响,周期性结构表面超疏水的条件,超疏水表面接触角滞后以及功能化超疏水表面等方面的研究,探讨了这一领域存在的问题及可能的发展方向。

纳米结构表面浸润性质的分子动力学研究

采用分子动力学方法研究了氩纳米液滴在铂金属及其模型固体表面的浸润现象 ,获得了液滴在平滑表面和三角纳米结构阵列表面的接触角和展布特性 .研究表明 ,液滴与壁面的势能作用较强时 ,液滴与纳米结构表面为均匀浸润 ,但是由于迟滞效应 ,接触角受表面纳米结构的影响不明显 ;势能作用较弱时 ,纳米结构间隙中存在类似蒸汽的低密度相 ,液滴与纳米结构表面为非均匀浸润 ,接触角受纳米结构的影响而增大 ;表面纳米结构可以使表面具有超疏水性 .

二维微纳米结构表面反射特性的时域有限差分法模拟研究

亚波长微纳米结构表面具有优良的抗反射特性,本文以硅基太阳能电池响应光谱的300～1 200nm为应用基础,利用时域有限差分法计算了表面面形、结构参量的占空比、高度和周期以及光波入射角等对二维微纳米结构表面反射特性的影响,并结合等效介质理论进行了进一步理论分析,结果表明:等截面光栅结构的反射率较大,结构参量影响也较小;锥形渐变截面光栅结构的抗反射性能较好,且反射率随着占空比、结构高度的增大而显著下降;同时,光波在光栅法线的±40°范围内入射时,反射率均较小.通过对亚波长微纳米光栅结构的反射特性的模拟和分析,为抗反射表面的设计和制作提供了基础.

表面纳米结构及其自由能对滴状冷凝传热的影响

通过抛光和氧化刻蚀方法在基体壁面形成微米和纳米尺度的微观结构,然后制备十八烷基硫醇分子自组装膜,从而得到空气中表观接触角为160°的SAM-1表面和空气中表观接触角为116°的SAM-2表面。实验研究了常压条件下两类表面的滴状冷凝传热特性。结果表明两种表面都能够有效提高冷凝传热效果。但是,具有表面纳米结构的SAM-1表面的滴状冷凝传热特性低于SAM-2表面。分析了纳米结构和液固自由能差效应对滴状冷凝传热影响的共同作用机理。

石墨表面纳米结构的截面特征分析

我们以在高定向裂解石墨表面获得的纳米结构为例，对利用电子束方法和加热氧化方法制备的纳米结构的特征进行了对比分析，并结合材料的输运性质探讨纳米结构的加工机制。

纳米结构表面向列相液晶的聚合物锚定效应

提出了纳米结构聚合物表面的一个简化模型:由具有交替的沿面和垂面锚定的一维周期性条纹表面表征。利用Alexe-Ionescu等提出的扩展各向异性表面能形式,研究了向列相和取向层聚合物之间的锚定以及聚合物和基板表面之间的锚定对向列相液晶表面锚定的影响。在理论处理中,假设两不同锚定区域的锚定强度相等。结果表明:聚合物和基板表面之间的锚定会影响向列相的指向矢分布,降低松弛距离以及系统的总自由能。

复合镍基催化剂表面纳米团簇结构的调控及其催化应用

利用新型等离子体技术,将常压放电冷等离子体炬应用于催化剂制备,研究了制备方法、载体、活性组分和助剂对复合镍基催化剂表面纳米团簇结构的调控效果;并分析了催化剂表面纳米团簇结构的形成机理和催化剂性能的构效关系。结果表明:采用冷等离子体炬直接焙烧还原可调控表面纳米团簇;以-γAl2O3为载体的Ni催化剂(PC&R)具有较高的活性和稳定性;活性组分Ni对表面纳米团簇结构的调控效果较好,添加量为12%(质量分数)时,表面纳米团簇高度分散,其尺寸约5 nm;助剂Mg添加可有效提高催化剂活性,合适的添加量为1%,且催化剂仍保持良好的表面纳米团簇结构,尺寸约5 nm;表面纳米团簇结构优化后的催化剂抗积炭能力明显提高。

金属表面分子纳米结构的构筑及性质研究

结合近期研究工作,简要介绍了在溶液环境下,利用有机分子在金属表面构筑纳米结构,利用光化学反应方法调控所得的纳米结构,利用电化学扫描隧道显微镜对这些结构进行观察,及利用毛细管隧道结方法测量纳米结构电学性质的相关结果.并展望了表面纳米结构的构筑、控制和性质研究领域的发展趋势.

单晶硅表面纳米结构润湿行为的分子动力学模拟

通过在单晶硅100晶面上去除不同数量的硅原子,构建出不同形貌的表面纳米结构以及二级结构;同时,采用分子动力学模拟的技术,研究单晶硅不同表面纳米结构润湿行为。模拟结果得出,具有纳米结构的单晶硅表面疏水性优于平整单晶硅表面。经过模拟,未去除硅原子的单晶硅结构表观接触角为72.02,呈亲水性;光栅结构表观接触角为103.45,方柱结构表观接触角为123.17,梯形结构表观接触角为150.4,二级结构表观接触角为152.25,其中二级结构的疏水性能最优。此外,具有纳米结构的单晶硅粗糙表润湿行为更为接近于Cassie-Baxter模型,接触模式为空气柱模型。

注压成型仿生纳米结构聚丙烯表面的冷凝微水滴动态行为

选择2种锥形纳米孔结构参数不同的阳极氧化铝(AAO)作为模板,利用注射压缩成型(ICM)技术将AAO模板中的纳米孔结构复制到聚丙烯(PP)表面上,在复制的PP表面上形成了致密且规则排列的锥形纳米柱阵列结构.该结构是一种仿生蝉翼纳米结构.在纳米柱结构的润湿状态能量比和顶部直径与中心间距之比(分别约为0.46和0.26)均明显较小的PP复制物表面,冷凝微水滴呈明亮的球状;在没有外力作用下,冷凝微水滴可通过频繁地合并、跳跃从该表面上移除,表面不断更新,即该表面具有明显的冷凝微水滴自移除(CMDSR)功能,使表面上覆盖的冷凝微水滴维持明显较低的量,而且冷凝微水滴维持较小的直径(不超过40μm).该CMDSR功能是在未经低表面能修饰的情况下获得的.研究结果表明,利用ICM技术可快速、批量制备具有CMDSR功能的超疏水高分子材料.

激光表面改性钛合金的摩擦磨损性能研究

目的研究皮秒激光表面处理对Ti-13Nb-13Zrβ钛合金表面形貌以及硬度和摩擦磨损性能的影响规律。方法采用皮秒激光对β钛合金进行表面改性,利用扫描电镜观察皮秒激光加工后样品的表面形貌,并对基体和皮秒激光加工后的样品进行摩擦磨损对比试验。结果当皮秒激光扫描速度为50mm/s、激光功率分别为0.5W和5W时,在β钛合金表面生成了周期为500nm和830nm的纳米条纹结构,β钛合金基体的平均摩擦因数为0.70,经皮秒激光加工后样品的平均摩擦因数为0.26,比β钛合金基体的下降了62.8%。β钛合金基体的摩擦磨损失重为0.0032g,磨损率为1.01×10^(-6),皮秒激光加工后样品的摩擦磨损失重为0.0013g,磨损率为4.10×10^(-7)。结论在β钛合金皮秒激光表面改性过程中,当激光能量相同时,低扫描速度使激光热量可以长时间聚集和扩散,当扫描速度相同时,高激光能量对材料表面烧蚀的程度较大。在样品表面制备出了周期性纳米条纹结构,与基材相比,周期性纳米条纹结构与摩擦球的接触面积明显减小,同时犁沟效应有所降低,样品表面摩擦磨损性能显著提升,表明激光诱导周期性纳米条纹结构在改善材料摩擦学性能领域有极大的应用潜力。

40Cr钢表面纳米化组织与性能的研究

采用超音速微粒轰击技术(SFPB)对40Cr调质钢进行表面纳米晶结构层的制备,利用TEM、XRD、GX-71型金相显微镜和TUKON2100显微/维氏硬度计等对表面纳米层的组织结构、硬度以及耐磨性进行了分析研究。结果表明:经过SFPB表面处理后,40Cr调质钢表面晶粒细化,形成了随机取向的铁素体和渗碳体纳米晶粒构成,晶粒尺寸达到10nm,纳米层厚度为40μm。纳米晶粒尺寸随着距表面距离的增加而增大,纳米化主要是位错运动的结果。经SFPB处理后,表层的显微硬度提高到526HV,且随着深度的增加,硬度迅速降低,表面的耐磨性也明显提高。

40Cr钢表面纳米化的研究

采用超音速微粒轰击技术(SFPB)对40Cr调质钢进行表面纳米晶结构制备,并利用TEM、XRD、GX-71型金相显微镜和TUKON2100显微/维氏硬度计等对表面纳米层的组织结构和显微硬度进行了分析研究。结果表明,经过SFPB表面处理后,在40Cr调质钢表面晶粒细化,形成了随机取向的铁素体和渗碳体纳米晶粒,晶粒尺寸达到10 nm,纳米层厚度为40μm;纳米晶粒尺寸随着距表面距离增加而增大,纳米化主要是位错运动的结果;经SFPB处理后表层的显微硬度提高到526HV,且随着深度的增加硬度迅速降低。

飞秒脉冲激光诱导可控自组织周期纳米结构研究

为了研究激光诱导可控自组织周期纳米结构的可能性,采用半波片连续改变入射线偏振激光的电矢量方向,在金属Ag块靶上制备了取向可控的自组织纳米光栅结构,并基于能量累积效应和数值拟合的诱导自组织纳米光栅结构取向与激光线偏振角度间的依赖关系,对在靶材表面实现任意2维自组织周期纳米结构的可能性进行了讨论。结果表明,结合激光动态交替扫描法,这种自组织周期纳米结构单元在靶材表面上大面积、高规整度地制备有望实现。研究结果为激光诱导任意2维周期纳米结构打开了新思路,也为这种周期纳米结构的可控制备提供重要的理论线索。

表面结构可调控的α-Fe_2O_3薄膜的制备及光电化学活性研究

空穴界面传递阻力过大是影响α-Fe2O3薄膜光电催化活性的主要原因之一,本文旨在探讨通过调控薄膜表面纳米结构从而优化空穴界面传递动力学的可能性.基于简单的电化学沉积路线,制备了表面纳米结构可调控的α-Fe2O3薄膜.采用原子力显微镜(AFM)、扫描电子显微镜(SEM)、X射线粉末衍射(XRD),紫外可见漫反射光谱(UV-vis DRS)分别研究薄膜样品的形貌、结构和光吸收性能;采用斩光计时电流(I-t)、循环伏安法(CV)、电化学阻抗谱(EIS),开路光电压演变(Voc)等光电化学测试技术对影响样品光活性的因素进行研究.结果表明,有尖锐突起纳米结构的表面相比于平坦表面更加利于空穴的界面传递,从而减弱了由于空穴积累而导致的复合加剧问题.

偏滤器微纳表面冷却通道的过冷流动沸腾数值模拟

为模拟偏滤器水冷模块微纳米结构化表面的传热特性,结合微纳表面可视化微观观察实验数据,在现有气泡参数模型的基础上,对接触角、气泡脱离直径、气泡脱离频率、汽化核心密度等参数模型进行修改,提出可模拟微纳表面过冷流动沸腾传热效果的计算模型。用该模型对压力为4MPa、速度为10m·s^(-1)、进口温度为423K的偏滤器水冷结构中的过冷流动沸腾进行计算,得到常规水冷通道与微纳表面水冷通道各结构的温度与气相体积分布。计算结果表明,微纳表面的平均传热系数提高约一倍;在无氧铜与铬锆铜的许用温度范围内,微纳表面通道偏滤器承受的稳态热流密度可达14MW·m^(-2)。