紫外线下纳米TiO_(2)改性涂层混凝土抗碳化性能研究

为提升涂层混凝土在紫外线照射下的抗碳化性能,通过引入不同掺量金红石型纳米TiO_(2)对水泥基结晶涂层和聚氨酯涂层进行改性。结果表明:紫外线照射一定程度上会削弱涂层混凝土的抗碳化性能;使用纳米TiO_(2)改性后,两种涂层混凝土在紫外线照射下的抗碳化性能均得到了不同程度的提升,随着纳米TiO_(2)掺量的增加,两种涂层混凝土抗碳化性能均呈现先提升后降低的趋势,其中水泥基结晶涂层中纳米TiO_(2)最优掺量为2%,聚氨酯涂层中纳米TiO_(2)最优掺量为1%~2%,紫外线照射下纳米TiO_(2)对聚氨酯涂层混凝土抗碳化性能的提升最为明显。

纳米复合智能防腐涂层在金属表面上的应用研究

智能防腐涂料能可有效地提高金属的使用寿命,因而具有自愈功能的智能防腐涂料越来越受到人们的重视。概述了pH响应、光刺激响应、离子响应等不同触发机制的纳米智能防腐机制研究,总结了不同金属表面纳米复合智能防腐涂层研究进展,最后提出金属表面智能自修复防腐涂层发展所面临的挑战和未来发展前景。

纳米SiO_(2)复合粒子/有机硅低聚物透明超疏水复合涂层的制备及其性能

将Stöber法制备的胶体SiO_(2)粒子溶液与粉体SiO_(2)粒子进行物理共混得到SiO_(2)复合粒子溶液,以三乙氧基甲基硅烷(MTES)与正硅酸乙酯(TEOS)为前驱体制备的酸性有机硅低聚物为黏结剂,使用3-氨丙基三甲氧基硅(KH540)与全氟癸基三甲基氧硅(PFDT)对其进行改性,通过喷涂法在玻璃基底上制备出SiO_(2)复合粒子/酸性有机硅低聚物复合透明超疏水涂层。考察了SiO_(2)复合粒子、酸性有机硅低聚物、KH540及PFDT对复合涂层的影响。结果表明,当SiO_(2)复合粒子溶液由粒径为110 nm的胶体SiO_(2)粒子溶液与粒径为50 nm的粉体SiO_(2)粒子(其用量为胶体SiO_(2)粒子溶液质量的1%)组成、SiO_(2)复合粒子溶液与酸性有机硅稀释液质量比为4∶1、KH540与PFDT的添加量(以混合液总质量计,下同)均为1%时,制备的复合涂层在可见光波长范围内透光率可达88%,静态接触角达155°,在800目砂纸上磨损60 cm后仍能保持超疏水性能,具有良好的自清洁性。

超疏水纳米涂层技术研究进展及应用

受自然界荷叶、玫瑰花瓣等植物超疏水现象启发,超疏水涂层在自清洁、油水分离、防冰等领域被广泛应用。然而,传统超疏水涂层依赖于其表面微观粗糙结构和特殊涂层材料,制备工艺复杂,耐久性差,防腐蚀性能不足。超疏水纳米涂层由于其独特的形貌和功能,使超疏水涂层变得多功能、通用、耐用、高效。本文综述了近些年来不同纳米材料超疏水涂层的设计与制备,针对不同超疏水纳米涂层的优缺点进行了评述,并简述了其在各个领域的潜在应用,如防菌、传感器、微流体、催化等。最后,本文指出了关于使用纳米技术的超疏水涂层的最新发展和未来趋势,通过对其新颖的制备策略和对其独特性质的研究为该领域的研究人员提供一定的理论和技术参考,推进超疏水纳米涂层在诸多领域的应用。

TiAlSiN/CrAlSiN纳米多层涂层刀具干切削TC4钛合金切削性能

钛合金因其化学活性和切削高温引起刀具磨损严重。刀具表面施加涂层是有效地延长刀具服役时间的方法。借助PVD阴极电弧蒸发技术,使用TiAlSi靶和CrAlSi靶交替叠加制成TiAlSiN/CrAlSiN纳米多层涂层刀具,并使用这种刀具分别切削常规钛合金和3D打印钛合金。所制成的TiAlSiN/CrAlSiN纳米多层涂层表现了较高的硬度;切削钛合金时,刀具的磨损形式表现为涂层剥离,前刀面月牙洼,后刀面均匀磨损和刀尖崩刃。引起刀具磨损的主因是粘结,其次是高温氧化。三个切削用量中,切削速度对切削力和切削温度的影响要远大于切削深度和进给量对二者的影响。与常规TC4相比,3D打印TC4因伸长率和硬度下降,弹性模量提高促使切削温度和切削力均低于常规TC4,刀具寿命相应的延长。

PDMS及纳米二氧化硅改性聚氨酯防腐涂层的性能研究

针对油田N80套管钢的腐蚀问题,研究了疏水的聚二甲基硅氧烷(PDMS)和经表面处理的纳米二氧化硅(SiO_(2))改性聚氨酯及其涂层的性能,并用FTIR、TEM表征二氧化硅的结构,用万能试验机、热重分析仪、接触角测试仪以及电化学工作站测试了复合涂层和薄膜的的力学、热稳定、疏水及防腐性能,结果表明:APTES接枝到二氧化硅表面,改性二氧化硅的粒径尺寸相比原始二氧化硅增大;随着PDMS含量的增加,复合薄膜的热稳定性整体提高;PDMS添加量为40%时,涂层的拉伸强度最大,为6.0 MPa,涂层接触角最大,为89°,此时涂层的防腐蚀效果最好,在3.5%氯化钠溶液中浸泡后,初期|Z|_(0.01Hz)为4.55×10^(7) Ohm·cm^(2),二氧化硅的复配使得涂层触角达到118°,此时聚氨酯涂层表现为疏水性,阻抗进一步提升,浸泡初期|Z|_(0.01Hz)为9.82×10^(7 )Ohm·cm^(2)。

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。

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。

金相制备工艺对纳米氧化锆涂层显微组织评定的影响

为制备出能够表征所分析样品真实状态的金相试样,从而对涂层的显微组织作出准确评价,以纳米氧化锆涂层为研究对象,采用不同镶嵌方式制备金相样品,基于正交试验研究不同磨抛工艺参数对涂层显微组织评定的影响,并通过纳米CT法测量涂层的孔隙率,对其结果进行验证。结果表明:采用真空冷镶嵌方式可显著减少涂层颗粒的脱落,影响涂层孔隙率的因素从大到小排序依次为粗磨时研磨盘转数、粗磨时夹具转数、粗抛时间、研磨及粗抛时压力。优化后最佳磨抛工艺参数如下:研磨及粗抛时压力为15 N,粗磨时研磨盘转数为200 r/min,粗磨时夹具转数为50 r/min,粗抛时间为9 min。此工艺下涂层孔隙率为4.26%,显著减少了涂层颗粒的脱落,能够制备出反映涂层真实显微组织结构的金相样品,达到了准确评价涂层性能的目的。纳米CT法检测结果与本方法相符。

碳纳米管-碳纤维增强二硫化钨/聚酰胺酰亚胺复合涂层摩擦学性能研究

通过稀土接枝方法将碳纳米管(CNTs)接枝在碳纤维(CF)表面,得到碳纳米管-碳纤维(CNTs-CF)多尺度增强体;以聚酰胺酰亚胺(PAI)为粘结剂,二硫化钨(WS_(2))为固体润滑填料,制备了二硫化钨/聚酰胺酰亚胺(WS_(2)/PAI)复合涂料.在WS_(2)/PAI复合涂料中添加CNTs-CF,涂覆在铝合金样块表面形成碳纳米管-碳纤维增强二硫化钨/聚酰胺酰亚胺(CNTs-CF/WS_(2)/PAI)复合涂层.采用X射线光电子能谱(XPS)、拉曼光谱(Raman spectra)和扫描电子显微镜(SEM)对CNTs-CF粉末进行表征;采用CFT-Ⅰ型材料表面性能综合测试仪和VH-2000C型超景深三维显微系统测试分析了不同试验条件下CNTs-CF对WS_(2)/PAI复合涂层摩擦学性能的影响.试验表明:在WS_(2)/PAI复合涂层中添加适量CNTs-CF能显著提高涂层材料的结合强度和耐磨性能,并一定程度上改善涂层的润滑效果.当CNTs-CF的质量分数为1.5%时,涂层的耐磨减摩性能最佳,在不同载荷下均表现出较低的摩擦系数和磨损率.CNTs-CF/WS_(2)/PAI复合涂层优异的摩擦学性能主要归因于WS_(2)的润滑作用、稀土Ce的桥接作用和CNTs-CF的增强作用.

掺镁纳米多孔钛涂层的生物特性及促成骨分化作用

目的:通过微弧氧化(micro-arc oxidation,MAO)将生物活性镁离子掺入纳米多孔钛基础涂层,探讨其物理特性及对成骨的影响。方法:通过改变MAO电解液成分,控制多孔钛涂层中掺镁量,制备非含镁和含镁钛多孔钛涂层(MAO、MAO-mg)。采用扫描电镜(SEM)、粗糙度及接触角和能量色散X射线光谱仪(EDS)对样品进行表征分析,电感耦合等离子体/光学发射光谱仪(ICP-OES)测定掺镁纳米多孔钛涂层的Mg^(2+)释放能力。通过活/死双染、CCK-8检测材料增殖-毒性,并使用FITC-鬼笔环肽通过染色β肌动蛋白,确定细胞骨架结构。通过茜素红(ARS)、碱性磷酸酶(ALP)染色及实时聚合酶链式反应(qRT-PCR)确定涂层对体外成骨分化的影响。采用SPSS 25.0软件包对数据进行统计学分析。结果:加入镁离子的MAO电解液不会改变多孔钛涂层物表面特征,MAO制备出的各组涂层具有相似的微孔结构(P>0.05),MAO处理组(MAO、MAO-mg)表面粗糙度和接触角无显著差异(P>0.05),但显著高于Ti组(P<0.05)。EDS及ICP分析显示,镁离子成功掺入并从材料中释放。活/死双染及细胞增殖测定显示,与Ti组相比,MAO处理组无毒(P>0.05),且随着细胞培养时间延长,MAO-mg显著促进细胞增殖(P<0.05)。MAO-mg组ALP、ARS染色效果显著高于其他组;qRT-PCR显示,MAO-mg组的Runx2 mRNA(P<0.05)、ALP(P<0.05)和骨钙素OCN(P<0.05)表达显著高于Ti、MAO组。结论:MAO成功制备含镁纳米多孔钛涂层,且表现出明显的促成骨分化作用。

轴承滚珠表面二维异质纳米复合涂层制备及固体超润滑研究

目的针对工程规模生产的二维异质纳米粉体因强边缘效应和摩擦导致的复杂接触重构等问题,提出一种利用二维异质纳米粉体实现宏观超润滑的策略,分析摩擦界面二维材料的复杂接触重构现象,推动二维异质纳米粉体宏观超润滑的工程应用。方法通过掺入石墨烯边缘氧,削弱二维纳米材料边缘钉扎效应,促进二维异质纳米粉体发生异质结转化,并控制同质结-异质结转化,实现载荷和速度可调的宏观超润滑。结果相较于无氧掺入体系,石墨烯边缘氧可以诱导二维异质纳米片(石墨烯、MoS2)在轴承滚珠表面的分层组装和充分混合,制备出大量纳米尺度同质结和异质结共存的复合涂层。当与无定形碳薄膜组成摩擦副时,二维纳米复合涂层实现了载荷和速度可调的宏观超润滑(摩擦因数低至0.007)。分子动力学模拟结果显示,石墨烯边缘原子的活性较高,容易发生层间化学作用和边缘钉扎效应,而边缘氧钝化后可以有效削弱边缘钉扎效应。结论通过引入石墨烯边缘氧钝化技术,可以有效削弱边缘钉扎效应,促进二维异质纳米粉体到异质结的转化,调控同质结-异质结的转化,实现宏观超润滑,这为结构超滑的规模放大和工程应用提供了重要的技术途径。

碳纳米管/水性聚氨酯导电涂层棉织物的制备及性能

以碳纳米管和水性聚氨酯为主要组分合成导电油墨,制备导电涂层棉织物。研究了碳纳米管质量分数对油墨导电性能的影响,探讨了涂层整理次数对导电涂层棉织物微观形貌和宏观性能的影响规律,并测试了导电涂层棉织物的耐水洗/耐摩擦性能和热稳定性能。结果表明:涂层棉织物具有良好的导电和电磁屏蔽性能;当碳纳米管质量分数为20%,涂层整理4次制备的导电涂层棉织物电导率达到16.9 S/m,在X波段的平均屏蔽效能为27.3 dB,且表现出优良的拉伸性能、透气性和功能稳定性。

碳纳米管涂层氨纶传感材料的性能研究

为了获得良好导电性和弹性的碳纳米管(CNT)氨纶复合材料,采用浸渍方法在氨纶长丝表面附着碳纳米管。使用3⁃氨基丙基三乙氧基硅烷溶液将氨基接枝在氨纶表面,再将处理后的氨纶浸入不同质量分数的羧基化多壁CNT分散液中,获得碳纳米管涂层氨纶复合传感材料。对碳纳米管氨纶材料的红外光谱图、力学性能、导电性等进行表征分析。结果表明:随着CNT质量分数的增加,氨纶表面CNT数量逐渐增加,当CNT质量分数达到7%时,氨纶表面的CNT数量明显增多且浮在表面有较多孔隙。而随着CNT涂层的形成,纱线的强度较氨纶原纱有所降低,断裂伸长也较氨纶原纱有一定程度的下降,但复合纱线仍然能保持1000%以上的断裂伸长率。当CNT质量分数从1%增加至5%时,在不同拉伸应变下,电阻的相对变化较大,说明传感纱线响应灵敏。在500次拉伸/释放循环期间,响应阻力变化的峰值和基线波动较小,传感纱线性能稳定。认为:碳纳米管涂层氨纶传感材料的响应时间快,且具有良好的应变响应稳定性,在小应变传感领域具有潜在应用。

纳米陶瓷颗粒涂层聚吡咯柔性加热织物的制备及性能

为了增强聚吡咯(Ppy)加热织物的安全性、环保性,提升Ppy与棉织物附着牢固性,将纳米陶瓷颗粒(NCP)与水性聚氨酯(WPU)按一定比例进行掺杂,采用刮涂法在Ppy织物表面均匀成膜,制备出WPU/NCP/Ppy织物。通过控制单一变量法优选出原位聚合法制备Ppy织物的工艺参数,在此基础上对制备的WPU/NCP/Ppy织物电热性能、表面形貌、老化性能、功耗等进行了测试与表征。结果表明:制备Ppy织物的最优工艺为吡咯单体浓度0.4 mol/L、反应时间120 min、反应环境温度0℃~5℃;制备的WPU/NCP/Ppy织物红外发射率高达0.86,导热系数为0.2875 W/(m·K),在表面绝缘和防止老化方面优于PPy织物,在较低温度的室外环境下功耗较少。认为:WPU/NCP涂层对Ppy织物的稳定性、安全性具有一定的提升作用,保温效果更好。

纳米高熵陶瓷涂层在超超临界1000 MW机组锅炉的防结焦耐腐蚀应用研究

针对某台超超临界1000MW机组燃用准东煤锅炉水冷壁出现的沾污结渣、高温腐蚀问题,基于锅炉的燃烧煤种特性、结焦状况以及腐蚀类型,开展了纳米高熵陶瓷涂层在锅炉后墙水冷壁燃尽风区域的工程验证试验。采用宏观检查、扫描电子显微镜(scanning electron microscope,SEM)、X射线衍射(X-ray diffraction,XRD)、拉曼光谱、摩擦系数及表面能测试等方法,分析了纳米高熵陶瓷涂层的使用效果,揭示了纳米高熵陶瓷涂层的防沾污结渣、耐腐蚀机制。试验结果表明,涂层在锅炉运行11个月后完好,表面无明显结焦物、无明显腐蚀凹坑,管壁未发生明显减薄。纳米高熵陶瓷涂层能够较好地解决锅炉水冷壁沾污结渣以及高温腐蚀的问题,为燃用准东煤锅炉的安全运行提供保障。

纳米陶瓷保温涂层在大型原油储罐中的应用

广西涠洲终端5万m3大型原油储罐采用岩棉保温,台风期间雨水通过保护层间隙灌入保温层中,对罐体外壁和保温支撑圈形成腐蚀。针对纳米陶瓷隔热保温涂层特性,对其应用于大型原油储罐外表面替代岩棉保温进行研究,通过现场实测,结果表明纳米陶瓷保温涂层的保温效果与岩棉保温效果一致。纳米陶瓷隔热保温涂层应用于大型原油储罐可直接检查罐外壁腐蚀情况,提高储罐运行安全。

SiC纳米线对大气等离子喷涂硅涂层性能的影响

为提升C/SiC复合材料表面Si涂层的韧性及其与C/SiC复合材料的结合强度,首先以10 mm×10 mm×10 mm的C/SiC复合材料作为基体,在基体表面生成约20μm厚的SiC纳米线(SiCnws)多孔层;再用大气等离子体喷涂法分别将生长SiCnws的基体和未生长SiCnws的基体喷涂约30、60、90μm厚的Si涂层。研究SiCnws对涂层试样的结合强度和抗氧化性的影响,并借助XRD、SEM、TEM和EDS对所制备的SiCnws和SiCnws/Si涂层进行物相组成、显微结构的分析。结果表明:1)制备的SiCnws形状平直,表面光滑,取向随机,直径为100~200 nm,是沿[111]晶向择优生长的β-SiC;2)SiCnws引入到Si涂层后,SiCnws/Si涂层试样的结合强度均比相应的Si涂层试样的高,说明SiCnws增强了Si涂层与C/SiC复合材料的结合;3)从室温至1400℃经历12次热震循环后,SiCnws/Si涂层试样的质量损失率比相应Si涂层试样的低20.7%~37.2%,说明SiCnws能有效缓解热应力,抑制裂纹的形成和扩展,降低裂纹尺寸和数量,提高涂层的抗氧化性。

钛表面氨基杂化介孔硅基纳米形貌保护涂层的构建及成骨效果评价

目的在钛纳米管(titanium nanotube,TNT)形貌表面原位沉积可降解的氨基杂化介孔硅(amino-hy-brid mesoporous silica,AHMS),探讨其对纳米形貌的保护作用及成骨效应。方法通过阳极氧化法和油水两相法依次制备TNT、TNT@AHMS作为实验组,以酸蚀钛作为对照组(Ti);通过改变硅源用量比探索合成参数(3∶1,1∶1,1∶3);扫描电镜观察其表面形貌、水接触角测定仪测定亲水性、X射线光电子能谱仪分析元素组成;利用纳米压痕检测及超声震荡仪体外观察TNT@AHMS机械强度形貌保持效果;体外模拟浸泡实验观察其降解行为;利用MC3T3-E1细胞系观察细胞在材料表面的黏附、增殖和分化能力;利用SD大鼠股骨植入模型和Micro-CT验证AHMS对TNT形貌的保护作用及骨结合效果。结果TNT、TNT@AHMS形貌均制备成功,硅源用量比为1:3;扫描电镜可见钛纳米管间均匀覆盖AHMS涂层,介孔径约4 nm;AHMS掺入后材料表面为亲水性(12.78°),可检测到氨基基团(NH2-)存在,并在体外12 h内即可降解完全,从而重新暴露TNT活性形貌,累计硅释放量为10 ppm;纳米压痕检测表明TNT@AHMS具有更理想的表面机械强度。电镜观察可见TNT在AHMS的保护下较好地保持了自身形貌,而TNT组出现了严重剥脱。此外TNT@AHMS表面细胞的早期黏附、增殖,ALP活性以及植入4周后的骨体积分数均显著高于TNT组。结论表面沉积AHMS可以起到保护TNT纳米形貌的作用,在发挥其生物学功效的同时,还进一步增强了成骨能力。该方案为未来纳米形貌修饰钛种植体的研发提供了新的思路。

等离子喷涂高强韧纳米TiO_(2)涂层的制备及其力学性能

为提高大气等离子喷涂(APS)TiO_(2)陶瓷涂层的结合强度及其摩擦磨损性能,采用喷雾造粒的纳米结构TiO_(2)粉末为原料,利用APS工艺制备出TiO_(2)陶瓷涂层,研究了涂层的显微组织、相组成、力学性能和摩擦磨损性能,并与常见的微米级TiO_(2)粉末制备的陶瓷涂层组织性能进行了对比。结果表明,微米TiO_(2)粉在喷涂前后相成分从板钛矿变为金红石和锐钛矿的混合相;而纳米团聚的TiO_(2)粉喷涂前后无明显的相成分变化,均以金红石相为主。纳米TiO_(2)涂层的孔隙率为1.4%,低于微米粉涂层的3.3%。纳米TiO_(2)涂层的力学性能优于微米涂层,微米涂层硬度为934.2 HV_(0.1),而纳米涂层的硬度为1349 HV_(0.1);纳米和微米涂层的弹性模量分别为203.1和185.8 GPa;纳米涂层的断裂韧性为2.1 MPa·m^(1/2),略高于微米涂层的2.0 MPa·m^(1/2);纳米涂层的结合强度可达46.8 MPa,是微米涂层的3.18倍(14.7 MPa)。此外,在相同的摩擦条件下,纳米TiO_(2)涂层的摩擦因数为0.69,比微米TiO_(2)涂层更低,纳米涂层的磨损体积也比微米涂层更少。综合来说,纳米TiO_(2)涂层相对于微米级TiO_(2)涂层体现出更好的综合力学性能。