纳米Al_2O_3改性PVDF超滤膜的制备及其抗污染性

为改善聚偏氟乙烯(PVDF)超滤膜的水通量和抗污染性能,以无机纳米氧化铝粒子作为添加剂与PVDF共混,采用相转换法流延成膜.用接触角测定仪测得膜与水的接触角用以表征膜的亲水性的变化;用扫描电镜(SEM)和透射电镜(TEM)观察膜的表面孔分布和断面孔的结构及纳米颗粒在膜中的分散情况;采用万能电子试验机(W-56)强度测定仪测定膜的机械性能;利用杯试超滤装置对改性膜的抗污染性能进行研究,并对污染膜上的污染物进行了气相色谱和质谱分析.结果表明,纳米Al2O3的加入量(质量百分比)为2%时,改性膜具有较好的水通量、强度和抗污染性能;纳米Al2O3的加入没有改变膜的微观结构.改性膜在保持PVDF有机膜原有特性的基础上,通过改善PVDF膜的表面亲水性而使其通量和抗污染性能得到增强.

纳米Al_(2)O_(3)改性沥青的制备及其性能研究

为了研究纳米Al_(2)O_(3)改性剂对A-70#基质沥青物理性能、流变特性的影响及其微观改性机理。基于室内试验制备了不同掺量(1%、2%、3%、4%、5%)的纳米Al_(2)O_(3)改性沥青,对其进行三大指标、黏度、流变、抗老化性能及其傅里叶红外光谱试验测试。结果表明:加入纳米Al_(2)O_(3)之后,基质沥青的软化点和黏度提高,针入度及延度下降,纳米Al_(2)O_(3)最佳掺量为4%。由流变试验结果可知,纳米Al_(2)O_(3)可以提升基质沥青的车辙因子,显著增强其高温稳定性,抗老化性能得以提升,但对低温抗裂性能不利。根据微观分析结果,纳米Al_(2)O_(3)与基质沥青之间既产生了物理变化,又有微弱的化学反应存在。

Al_(2)O_(3)/SiO_(2)混合纳米流体微量润滑铣削润滑性能评价

由于不同纳米粒子组成的混合纳米流体比单一纳米粒子切削液具有更好的热物理性能,研究了纯Al_(2)O_(3)、纯SiO_(2)和不同质量比混合纳米流体微量润滑(minimum quantity lubrication,MQL)铣削45号钢的切削性能。试验结果表明,混合纳米流体比纯SiO_(2)铣削力降低,接触角减小,工件微观形貌好。不同配比的混合纳米粒子展现出了不同的润滑效果。当Al_(2)O_(3)的配比小于SiO_(2)时,Al_(2)O_(3)纳米粒子未完全包覆住SiO_(2),润滑效果较差。随着Al_(2)O_(3)比例增加,切削力和接触角都显著减小,工件表面质量提高。当Al_(2)O_(3)和SiO_(2)的质量比为3∶1时,得到的铣削力、表面粗糙度和接触角最小,工件表面质量最好。由此可见,Al_(2)O_(3)的含量影响了混合纳米流体的润滑效果。

纳米Al_(2)O_(3)水雾射流下陶瓷和钛合金的摩擦磨损研究

纳米流体因润滑减摩性能优异而得到广泛应用,但纳米粒子水雾射流下摩擦副的摩擦磨损研究较少。本文开展纳米粒子水雾射流润滑下陶瓷和钛合金的摩擦磨损研究,分别制备0.10%,0.25%,0.50%,0.75%四种不同浓度的纳米Al_(2)O_(3)水溶液,进行两种线速度下纳米粒子水雾射流摩擦磨损对比实验,测试比较摩擦系数、磨损面积和磨痕形貌,并探讨摩擦磨损机理。实验结果表明,0.50%纳米Al_(2)O_(3)水雾射流表现出最优的减摩润滑性能。相比于干摩擦,0.50%纳米Al_(2)O_(3)水雾射流在两种不同线速度(10m/min和45m/min)下的摩擦系数分别降低了87.68%和82.81%。在纳米粒子水雾射流下,氧化锆陶瓷与钛合金的主要磨损形式为磨粒磨损,纳米Al_(2)O_(3)发挥的类轴承和保护膜作用是降低摩擦磨损的主要原因。过量的纳米粒子易发生积聚,增大磨粒磨损及微剥落。

纳米Al_(2)O_(3)-STPP@HACC核壳填料的制备及其对间位芳纶绝缘纸性能的影响

通过交联和表面吸附的方法,以三聚磷酸钠(STPP)作为交联剂将壳聚季铵盐(HACC)包覆在纳米氧化铝(Al_(2)O_(3))表面,成功合成了具有核-壳结构的复合纳米材料(Al_(2)O_(3)-STPP@HACC),并以此纳米材料作为填料制备了氧化铝/间位芳纶(PMIA)复合纸。利用zeta电位、XPS、FTIR、SEM、TEM和热重等方法对改性前后的纳米氧化铝微观形貌、化学组分、理化性能等进行了表征,测试了各纸样的工频击穿场强和表面电荷消散过程,计算得到绝缘纸陷阱分布特性。结果表明,壳聚糖季铵盐外壳通过静电引力和氢键包覆在纳米氧化铝表面,在聚合物中起到粘合和过渡作用,三聚磷酸钠起交联作用。改性后芳纶纸抗张强度和交流击穿强度分别为4.6 MPa和32.6 kV/mm,分别提升了38.5%和33%,同时,复合纸具有显著增强的热稳定性和低电导率(7.50×10^(-17)S/m),HACC@STPP壳层能够增强纤维界面结合力,引入大量深陷阱,限制载流子运动。

纳米Al_(2)O_(3)改良滨海水泥土的动力特性及微观机理试验研究

在循环荷载及腐蚀环境下进行动三轴、扫描电镜、核磁共振等试验,分析纳米Al_(2)O_(3)改良滨海水泥土的动应力–应变、动弹性模量、阻尼比及微观孔隙变化.试验结果表明:动应变随动应力增大而增加,动弹性模量随动应力增大而减小;加载频率增大使动应变减小,使动弹性模量增加;海盐的质量分数增大使动应变增大,使动弹性模量减小.纳米Al_(2)O_(3)改良水泥土的阻尼比-动应变曲线随着加载频率的增加逐渐下移,该曲线在不同加载频率下均出现交汇点,交汇点随着海盐的质量分数增大向右移动.相比素水泥土,纳米Al2O3改良水泥土的孔隙弛豫时间分布曲线主峰峰值及峰面积显著缩小,土孔隙中有C-S-H、C-A-H凝胶物质胶结填充,形成空间网状结构,胶结效果显著.纳米Al_(2)O_(3)改良水泥土在海盐质量分数小的情况下孔隙明显减少,且孔隙率比素水泥土的更低.

纳米Al_(2)O_(3)渗吸驱油剂的性能评价

低渗致密油藏储层基质渗透率低、孔喉小,常规提高采收率方法难以有效驱替出低渗透储层中的原油。选用表面活性剂与纳米Al_(2)O_(3)颗粒合成一种纳米渗吸驱油剂,通过对其进行稳定性优化、界面张力和润湿性静态评价,开展岩心渗吸和驱替实验,研究纳米驱油剂在低渗透岩心中渗吸和驱油效果。结果显示,纳米Al_(2)O_(3)渗吸驱油剂能够改变岩石壁面润湿性,润湿角改变程度可达57.5%;有效降低界面张力,使其下降至70%;对于低渗透岩心具有较好的渗吸采收效果,60℃条件下渗吸采收效果可达37%;驱替实验中,纳米驱油剂提高采收率可达16%。

金属铝粉和纳米Al_(2)O_(3)粉对陶瓷结合剂性能的影响

将金属铝粉、纳米Al_(2)O_(3)粉引入基础陶瓷结合剂,通过红外光谱分析陶瓷结合剂玻璃结构,X射线衍射表征其物相变化,并测试其耐火度,利用扫描电镜分析陶瓷结合剂立方氮化硼(CBN)复合材料的微观结构,并测试抗折强度,系统分析了金属铝粉、纳米Al_(2)O_(3)粉的单掺及复掺对陶瓷结合剂性能的影响。结果表明,金属铝粉使陶瓷结合剂耐火度升高,玻璃结构没有明显改变,部分铝粉转变为Al_(2)O_(3),添加金属铝粉的陶瓷结合剂CBN复合材料抗折强度随烧结温度升高而提高。纳米Al_(2)O_(3)粉使陶瓷结合剂耐火度降低,呈玻璃相,但有少量Al_(2)SiO_(5)晶体和Li _(x)Al_(x)Si_(3-x)O_(6)晶体析出,添加纳米Al_(2)O_(3)粉的陶瓷结合剂CBN复合材料烧结温度720℃时出现较高抗折强度,达93.7 MPa。金属铝粉和纳米Al_(2)O_(3)粉的复掺有利于玻璃网络结构的键合,陶瓷结合剂以玻璃相为主,也有少量晶体析出,二者复掺对提高陶瓷结合剂CBN复合材料抗折强度更有优势,但烧结温度也相应升高,烧结温度740℃时抗折强度达最高值,为97.4 MPa。

Al_2O_3纳米线的电化学法制备及形成机理分析

通过对纯铝板电化学阳极氧化及腐蚀液处理,在一定的条件下制备出了排布有序的Al_2O_3纳米线,采用SEM、EDS、IR手段对纳米线微观形貌和组成进行了表征.实验结果表明:多孔Al_2O_3薄膜经腐蚀后形成纳米线,在铝基板上呈六角形排布,组成为纯Al_2O_3,直径随电氧化温度、槽电压的升高和腐蚀处理时间的延长减小,直径范围为16～60nm,长径比较大.在实验的基础上,提出了有序排布Al_2O_3纳米线的形成机理.

纳米Al_(2)O_(3)协同水性环氧树脂对水泥基锚固注浆材料改性研究

锚固注浆材料性能良好,可有效提高锚固结构的服役寿命。为解决传统水泥基锚固注浆材料在边坡工程中稳定性和力学性能不足的问题,采用纳米Al_(2)O_(3)、水性环氧树脂对水泥基锚固注浆材料进行改性获得复合改性水泥浆材。通过正交试验、扫描电镜和X射线衍射测试,研究不同水灰比及配合比下复合改性水泥浆材的基本性能和改性机制。结果表明,复合改性水泥浆材的流动度、凝结时间、抗压强度受水性环氧树脂掺量的影响均大于纳米Al_(2)O_(3)掺量,而漏斗黏度、析水率受纳米Al_(2)O_(3)掺量的影响大于水性环氧树脂掺量。复合改性水泥浆材具有稳定性高、析水率低、抗压强度高等特点,有效解决了传统水泥基锚固注浆材料存在的稳定性和力学性能不足的问题,且其最佳性能配合比为水灰比0.5、纳米Al_(2)O_(3)掺量5%(质量分数,下同)、水性环氧树脂20%、固化剂掺量2.0%。

石墨烯/纳米Al_(2)O_(3)增韧Ti(C,N)基金属陶瓷的力学及摩擦磨损性能

采用真空热压烧结工艺制备了石墨烯(GNPs)和纳米Al_(2)O_(3)增韧的Ti(C,N)基金属陶瓷复合刀具材料(TAG)。研究了GNPs和纳米Al_(2)O_(3)对复合陶瓷材料微观结构、力学性能和摩擦磨损性能的影响。研究表明,GNPs和纳米Al_(2)O_(3)的添加对复合陶瓷材料的力学性能有明显的提高,当GNPs和纳米Al_(2)O_(3)含量(质量分数)为1%和5%时,复合刀具陶瓷材料(TA5G1)综合力学性能最优,其硬度、抗弯强度和断裂韧性分别为21.50 GPa、810.80 MPa和10.51 MPa·m^(1/2)。研究了复合刀具材料的摩擦磨损性能和磨损机理,研究结果表明,在TAG复合刀具材料中,TA5G1的摩擦磨损性能最优,其摩擦系数和磨损率分别为0.338和4.921×10^(-6)mm^(3)/(N·m),复合刀具材料的主要磨损形式为磨粒磨损和黏着磨损。

NbMoWTa-Al_(2)O_(3)固体润滑复合材料的宽温域摩擦磨损性能

通过高能球磨和放电等离子烧结方法制备了新型NbMoWTa难熔高熵合金基固体润滑复合材料。系统研究了纳米Al_(2)O_(3)作为固体润滑剂对NbMoWTa难熔高熵合金宽温域摩擦学性能的影响。结果表明:纳米Al_(2)O_(3)颗粒在具有BCC结构的NbMoWTa难熔高熵合金基体相晶界和晶内均匀分散,强烈的弥散强化显著提升了NbMoWTa的显微硬度。纳米Al_(2)O_(3)颗粒在室温至800℃范围内降低摩擦因数和磨损方面有显著作用。室温下,由于复合材料的显微硬度显著提升,添加足量的纳米Al_(2)O_(3)实现了复合材料耐磨性的提升。在中高温下,复合材料表面形成的连续致密氧化摩擦层对提升摩擦学性能起着关键作用。纳米Al_(2)O_(3)颗粒协助氧化摩擦层承载更大的载荷,提高其致密性及稳定性,从而更有效地保护基体。此外,在800℃下纳米Al_(2)O_(3)颗粒的存在能够抑制MoO_(3)的过度挥发。

纳米Al_(2)O_(3)颗粒对植物绝缘油微观特性影响的分子模拟研究

采用分子模拟的方法研究了纳米Al_(2)O_(3)对植物绝缘油微观特性的影响,并通过试验加以验证。对纳米Al_(2)O_(3)与植物油分子的表面相互作用机理进行了分析,建立了未改性和改性后的植物油模型,研究分析其中的氢键、油分子的径向分布函数(RDF)和水分子的扩散系数等参数,同时对不同改性浓度纳米Al_(2)O_(3)的植物油进行了热老化实验。结果表明:改性植物油模型中的氢键数量更多,RDF的峰值更大,水分子的扩散系数更小。热老化过程中改性油的介质损耗小于未改性油,表明纳米Al_(2)O_(3)改性植物绝缘油具有优良的稳定性,改性植物绝缘油的热稳定性和绝缘性能得到增强。

疏水纳米Al_(2)O_(3)复合相变储能微胶囊的制备及性能

微胶囊化相变材料可以有效地防止相变材料在熔融相变过程中的泄漏和侵蚀,在蓄热和调温领域具有广阔的工业应用前景。以掺杂疏水纳米Al_(2)O_(3)(H-Al_(2)O_(3))的正十四醇(TD)为芯材、三聚氰胺-尿素-甲醛(MUF)树脂为壳材,采用原位聚合法制备了一种新型的相变储能微胶囊。研究了H-Al_(2)O_(3)添加量对相变微胶囊形貌和热性能的影响,采用傅里叶变换红外光谱仪(FTIR)、扫描电镜/X射线能谱仪、差示扫描量热法、热重分析仪和多路温度巡检仪对制备的改性微胶囊进行了表征。结果表明,掺杂的H-Al_(2)O_(3)的相变微胶囊呈规则球形,表面致密;当H-Al_(2)O_(3)的质量分数(相对于正十四醇)为4%时,微胶囊的包覆率(封装效率)最高达到76.29%,熔融热焓为165.4 J/g;纳米Al_(2)O_(3)的掺杂提高了相变微胶囊的热稳定性,同时改善了其储热调温性能。

机械和超声波分散对纳米Al_(2)O_(3)颗粒在聚酯树脂中的分散及涂层性能的影响

将纳米Al_(2)O_(3)颗粒分别通过机械和超声波分散工艺分散到聚酯树脂中,研究了机械分散转速和分散方式对纳米Al_(2)O_(3)/聚酯树脂复合涂层性能及纳米Al_(2)O_(3)在聚酯树脂中的分散性的影响;通过研究复合涂层的耐盐雾性、硬度、耐磨性等,确定了最佳分散工艺。结果表明:纳米Al_(2)O_(3)颗粒可在1500 r/min的机械分散下形成均匀分散体系,再用超声波分散可进一步提升分散效果和涂料的稳定性,有效减少纳米Al_(2)O_(3)在水性聚酯树脂中的团聚,在提高所得复合涂层硬度、耐磨性的同时,增强其耐腐蚀性。

橡胶粉交联纳米TiO_(2)/Al_(2)O_(3)光催化降解汽车尾气影响因素及效率分析

为提高光催化降解材料对汽车尾气的降解效率,并对其影响因素进行分析,采用硅烷偶联剂将纳米TiO_(2)/Al_(2)O_(3)复合载体交联于橡胶粉表面,制备得到一种高活性的光催化汽车尾气降解材料,并将该材料涂覆于车辙试件表面,通过室内试验研究粒径大小、掺量、NO_(2)初始浓度、光源类型、光照强度、环境温度和湿度等对该材料降解效率的影响。结果表明:1)相较于纯纳米TiO_(2),橡胶粉交联纳米TiO_(2)/Al_(2)O_(3)的降解速率更好,且粒径越小,降解率越高;2)光源的波长对降解效率影响显著;3)尾气降解效率与其初始浓度呈负相关;4)温度越高,降解率越高;5)环境湿度对降解率的影响不明显;6)降解率随照度的增加而增加,但影响并不显著。

纳米Al_(2)O_(3)/环氧树脂复合材料微秒脉冲沿面闪络特性研究

GIS中由于开关分合闸等操作而引发的内部脉冲过电压会导致绝缘件表面出现多次闪络击穿等问题。因此,文中研究了不同纳米Al_(2)O_(3)填充含量下环氧树脂复合材料在微秒脉冲电压下的沿面闪络特性;并针对1.5%Al_(2)O_(3)/EP复合材料在脉冲电压频率为10 kHz,幅值为18 kV,电极间隙为10 mm下开展沿面闪络老化试验,对比老化前后闪络电压最小值和表面电阻变化趋势,分析不同程度的老化对绝缘材料表面微观形貌、元素成分以及电气性能的影响。结果表明,预加直流电晕放电能够降低环氧树脂材料的闪络电压,且当纳米Al_(2)O_(3)填充含量为1.5%时对闪络现象的抑制效果最为显著。同时,环氧树脂复合材料在经过沿面闪络老化试验后,老化区域C、O元素之比降低,材料表面形成大量凸起颗粒和裂纹,使其呈现疏松、亲水等特点。研究结果可为提升环氧树脂表面耐压能力提供指导意义。

纳米Al_(2)O_(3)对烟叶热反应产物的影响

为降低烟叶热反应产物中有害物质生成量并增加显效成分含量,考查纳米Al_(2)O_(3)对烟叶热反应产物的影响。采用热分析仪分析了添加不同比例纳米Al_(2)O_(3)的烟叶热解特性,使用Coats-Redfern法对主要热失重阶段进行了动力学计算,通过GC/MS对热反应产物进行分析比较,以优化纳米Al_(2)O_(3)添加量。结果表明:①纳米Al_(2)O_(3)降低了烟叶50℃~400℃之间第Ⅱ~Ⅳ阶段的最大热失重温度,增大了第Ⅱ~Ⅲ阶段的最大失重速率,可促进烟叶热反应;②添加纳米Al_(2)O_(3)后将烟叶热反应第Ⅳ阶段的控制机制由扩散控制转变为化学反应控制,且降低了各阶段的反应活化能E和指前因子A;③纳米Al_(2)O_(3)可不同程度地增加烟叶低温热反应产物中的杂环类、酮类、烟碱含量,当比例为100∶1时,产物中烟碱和总成分含量增加比最大;比例为50∶1时,杂环类和酮类增加比最大。

纳米Al_(2)O_(3)颗粒掺杂对化学镀Ni-Cu-P镀层耐蚀性的影响

为提高镀锌铁片表面化学镀层Ni-Cu-P的耐蚀性,在镀液中添加纳米Al_(2)O_(3)颗粒制备了Ni-Cu-P-Al_(2)O_(3)复合镀层。采用贴滤纸法、扫描电镜(SEM)及其附带的能谱仪(EDS)、电化学工作站对镀层孔隙率、表面形貌、元素含量及耐蚀性进行测试分析。结果表明,掺杂纳米Al_(2)O_(3)颗粒得到的Ni-Cu-P-Al_(2)O_(3)复合镀层相较于Ni-Cu-P镀层孔隙率降低了0.02 N/cm^(2)、腐蚀电流降低了2.01×10^(-8)A/cm^(2)、腐蚀电位正移了0.015 V。

(AlCrTiZrNb)N/Al_(2)O_(3)纳米多层膜的微观结构和力学性能研究

在单晶硅片基底上采用反应磁控溅射技术交替溅射AlCrTiZrNb靶与Al_(2)O_(3)靶,制备了不同厚度Al_(2)O_(3)层的(AlCrTiZrNb)N/Al_(2)O_(3)纳米多层膜。采用X射线衍射仪(X-ray diffraction,XRD),高分辨率透射电子显微镜(high resolution transmission electron microscopes,HRTEM),扫描电子显微镜(scanning electron microscope,SEM)以及纳米压痕测试仪对(AlCrTiZrNb)N/Al_(2)O_(3)纳米多层膜的微观结构、力学性能等进行表征。结果表明:当Al_(2)O_(3)层厚度小于0.8 nm时,Al_(2)O_(3)层在(AlCrTiZrNb)N层的模板效应下由非晶态转化为立方结构亚稳态,与(AlCrTiZrNb)N层之间形成共格界面外延生长结构;(AlCrTiZrNb)N/Al_(2)O_(3)纳米多层膜的弹性模量和硬度随着Al_(2)O_(3)层厚度的增加先增大后减小,当Al_(2)O_(3)层厚度为0.8 nm时达到最大值,分别为317.6 GPa和29.8 GPa;薄膜的结晶性良好,清晰的柱状晶结构贯穿整个调制周期。