用于压电传感器的层加层结构纳米纤维膜

通过聚丙烯腈(PAN)与改性木质素(CEHL-PTMG)接枝物进行共混,使用多层静电纺丝技术得到PAN|PAN/CEHL-PTMG|PAN层加层结构的纳米纤维膜,并制备一系列的薄膜。对制备的层加层结构纳米纤维膜进行表面形貌、构象、热性能、力学性能以及压电性能测试。实验结果表明:层加层结构使得薄膜的压电性能得到了大幅提高,PAN(11%,1 mL)|PAN/CEHL-PTMG(11%/2%,2 mL)|PAN(11%,1 mL)层加层结构纳米纤维膜的压电性能最为优异,输出电压和电流分别可达2.57 V、1468.0 nA;层加层结构薄膜的拉伸强度提高到了7.16 MPa,相较复合纳米纤维膜拉伸强度提高了7.51%,比纯PAN薄膜拉伸强度提高了52.67%;结构化后的薄膜的稳定性大幅提高,经过上千次的撞击仍能输出较好的电压;同时将其附于手指及手肘上,能更加明确地指示两者的运动,且在数值上出现较大的差距。

DLC基纳米多层膜摩擦学性能的研究进展与展望

类金刚石(DLC)薄膜是一种良好的固体润滑剂,能够有效延长机械零件、工具的使用寿命。DLC基纳米多层薄膜的设计是耐磨薄膜领域的一项研究热点,薄膜中不同组分层具备不同的物理化学性能组合,能从多个角度(如高温、硬度、润滑)进行设计来提升薄膜力学性能、摩擦学性能以及耐腐蚀性能等。综述了DLC多层薄膜的设计目的与研究进展,以金属/DLC基纳米多层膜、金属氮化物/DLC基纳米多层膜、金属硫化物/DLC基纳米多层膜以及其他DLC基纳米多层膜为主,对早期研究成果及现在的研究方向进行了概述。介绍了以上几种DLC基纳米多层膜的现有设计思路(形成纳米晶/非晶复合结构、软/硬交替沉积,诱导转移膜形成,实现非公度接触)。随后对摩擦机理进行了分析总结:1)层与层间形成特殊过渡层,提高了结合力;2)软/硬的多层交替设计,可以抵抗应力松弛和裂纹偏转;3)高接触应力和催化作用下诱导DLC中的sp3向sp2转化,形成高度有序的转移膜,从而实现非公度接触。最后对DLC基纳米多层膜的未来发展进行了展望。

金属/高熵合金纳米多层膜的制备、微观结构及力学性能研究进展

通过表面防护涂层技术制备综合力学性能与摩擦性能优异的涂层材料,对降低构件因碰撞摩擦磨损所引起的损伤失效问题十分重要。相较于单层膜结构防护涂层,金属纳米多层膜涂层材料由于其微观组织结构的独特性与可控性,表现出优异的服役特性,且其综合性能可通过结合新组元或界面调控得到进一步提高,因此该类材料受到了广泛关注。新颖的成分设计理念使得高熵合金具有独特的四大效应,即高熵效应、晶格畸变效应、迟滞扩散效应和性能鸡尾酒效应,进而呈现出良好的综合性能。因此,在传统的双金属纳米多层膜结构材料中引入高熵合金组元,形成金属/高熵合金纳米多层膜,有望突破传统金属纳米多层膜的性能局限,极大地提高多层膜结构材料的力学性能。从功能基元序构的视角,围绕近几年金属/高熵合金纳米多层膜的相关研究,首先介绍了其制备方法和工艺原理,针对功能基元微观结构特征,从晶粒形貌、界面结构、组元成分等方面进行了阐释,在此基础上论述了其力学行为以及相应的内在机制,并提出了调控金属/高熵合金纳米多层膜力学性能的优化策略,最后对金属/高熵合金纳米多层膜的未来研究方向和面临的挑战进行展望。

纳米双金属多层膜力学行为的研究进展

纳米双金属多层膜是由2种金属按照一定的调制周期交替沉积而形成的一种层状薄膜材料,凭借着特殊的结构和优异的物理、化学和力学性能,在微机电系统、机械加工以及微电子器件等领域有着广泛的应用潜力,被国内外学者广泛关注和研究。针对近年来纳米金属多层膜力学行为的研究现状,围绕纳米金属多层膜的微观结构、力学性能及其内在塑性变形机制3个方面进行了综述。总结了纳米金属多层膜中的晶粒尺寸、孪晶以及异质界面等微观结构,分析了这些因素对其力学性能的影响,阐述了力学性能和塑性变形的尺寸效应,介绍了兼具良好强度和塑性的纳米金属多层膜设计策略,可通过控制多层膜的调制周期和引入合适的界面结构制备具有高强度/塑性的纳米金属多层膜,讨论了影响纳米金属多层膜塑性变形的内禀机制及主要影响因素。最后,对纳米金属多层膜未来的发展方向进行了分析和展望。

铜基金属纳米多层膜界面介导的损伤及断裂行为原位研究进展

作为一种典型异质结构材料,纳米金属多层膜的力学响应通常表现出界面介导的损伤及断裂行为。而基于电镜发展的原位力学测试方法,可实现多层膜变形过程中力学行为的精确刻画,从而有助于揭示其界面损伤及断裂的潜在物理机制。当前围绕纳米多层膜的原位研究已有诸多进展。以铜基金属纳米多层膜为例,从缺陷-界面交互行为出发,基于组元层厚对位错运动的影响,详细讨论了位错塞积、约束层滑移和位错穿越3种位错-界面交互机制导致界面损伤的原位研究进展;阐述了孪晶-界面交互行为对界面损伤的影响,进一步分析了因孪生导致的界面损伤行为。在此基础上,讨论了多层膜变形过程中界面介导的裂纹萌生和扩展行为;基于界面类型、载荷加载形式和裂纹偏转等因素,详细分析了多层膜界面介导的断裂机制。最后对材料损伤断裂行为的原位研究进行了展望。

Ti_(3)AlN/ZrYN纳米多层膜力学性能、抗氧化及疏水性能

利用物理气相沉积(PVD)技术交替沉积Ti_(3)AlN和ZrYN纳米层,制备一系列具有不同ZrYN纳米层厚度(l)的Ti_(3)AlN/ZrYN纳米多层膜,并通过XRD,SEM,纳米压痕仪,显微硬度计及接触角测量仪等研究不同l对Ti_(3)AlN/ZrYN纳米多层膜力学、抗氧化以及疏水性能的影响。结果表明:当Ti_(3)AlN和ZrYN纳米层厚度分别为10 nm和1 nm时,纳米多层膜具有高硬度(H=26.8 GPa)和优异的断裂韧度(Kf=4.21 MPa∙m^(1/2))。硬度和断裂韧度的提高可能是因为,当l较小时,纳米层间形成良好的c-Ti_(3)AlN/c-ZrYN共格外延结构,可以有效阻碍位错的产生和滑移。高密度的异质界面可使微裂纹发生连续偏转,有效延长裂纹扩散路径的同时消耗裂纹传播能量,从而提高断裂韧度。同时,较小的l也易于获得优异的抗氧化性能,l较小时Ti_(3)AlN纳米层占主导地位,Al倾向于在表面形成致密的Al_(2)O_(3)层,阻碍氧气向薄膜内部扩散。此外,Ti_(3)AlN/ZrYN纳米多层膜表面形成的结瘤缺陷增加表面粗糙度,使得薄膜的疏水性能得到提高,从而使其在潮湿环境中不易快速发生腐蚀。

调制周期与调制比对Cu/Nb纳米多层膜结构和性能的影响

为研究调制周期λ和调制比η对Cu/Nb纳米多层膜结构和性能的影响,用磁控溅射沉积Cu/Nb多层膜,λ=30~150 nm,η=1、1.5及2。多层膜微观结构与形貌用X射线衍射仪、扫描电镜及原子力显微镜分析,性能用微力拉伸仪、纳米压痕仪及四探针仪测试。结果表明,Cu/Nb多层膜的结构和性能受控于λ和η。Cu和Nb层分别呈Cu(111)和Nb(110)织构,且均为纳米晶结构。在Cu/Nb界面处,Cu扩散进入Nb层。表面Cu层颗粒尺寸随Cu层增厚而增大。随λ或η减小,Cu/Nb多层膜的屈服强度σ_(0.2)、显微硬度H和电阻率ρ都呈增加趋势。而裂纹萌生临界应变ε_(c)则与1/λ或η呈正相关。

SiC纳米线/多孔SiC复合陶瓷膜的制备及其孔径特征

以葡萄糖和硅溶胶混合溶液为前驱体,采用碳热还原法在多孔SiC陶瓷表面生长SiC纳米线膜层,制备纳米复合陶瓷膜。使用X射线衍射、光学显微镜、扫描电镜、孔径分析仪等对样品的物相、形貌和孔径特征进行了分析。结果表明,在1450℃反应6 h,微米孔径SiC的表面生长出了分布比较均匀的SiC纳米线膜层,纳米复合陶瓷膜具有窄分布的亚微米孔径。

体外消化对β-胡萝卜素大豆分离蛋白纳米颗粒黏液层渗透及跨膜转运的影响机制

纳米载体体内吸收过程复杂,受生物吸收屏障影响,纳米制剂在促进活性分子吸收利用度方面受到质疑。本实验采用大豆分离蛋白(soy protein isolate,SPI)制备包埋β-胡萝卜素的植物基纳米颗粒(β-carotene loaded soy protein isolate nanoparticles,BC-SPIs),并通过体外模拟消化模型研究BC-SPIs在消化过程中的结构特性变化。同时,通过Caco2细胞转运模型考察消化条件对消化后BC-SPIs跨膜转运的影响机制。此外,利用含黏液层的Caco2-HT29共培养模型考察消化前后BC-SPIs的黏液层渗透性。研究发现,在消化前,BC-SPIs可以直接通过网格蛋白和小窝蛋白依赖的内吞作用被Caco2单层细胞吸收;而在经过体外模拟消化后,BC-SPIs粒径增大,可以通过网格蛋白依赖的内吞作用、小窝蛋白依赖的内吞作用以及巨胞饮3种内吞形式被细胞直接吸收。消化后的BC-SPIs带有更高的负电荷,跨越黏液层屏障的能力提高了0.48倍,同时β-胡萝卜素的跨膜转运量提高了0.56倍。本研究明确了BC-SPIs在消化前和消化后的不同吸收途径,揭示了BC-SPIs在模拟消化条件下与胆盐互作及尺寸增大对其细胞转运吸收效率的促进作用。这些发现可为进一步提高纳米载体在生物利用度方面的应用潜力提供理论参考,有助于推动纳米技术在药物、保健品等领域的发展。

纳米镍颗粒改性钛合金微弧氧化膜的摩擦性能

目的基于微弧成膜机制形成的类陶瓷氧化膜层中存在大量孔洞、裂纹和凸起,使得膜层的致密性和耐磨性不够理想。通过在钛合金微弧氧化膜中引入镍,从而改善膜层的组织结构,提高膜层的抗磨性能。方法利用不同含量纳米镍颗粒的碱性电解液,在TC4钛合金表面制备微弧氧化膜层。利用SEM、EDS、XRD、XPS对微弧氧化膜层的微观结构、截面形貌、相组成和元素组成进行分析,采用显微维氏硬度计和摩擦磨损试验机检测膜层的硬度和摩擦学性能。结果纳米镍颗粒的引入,使得微弧氧化膜的厚度增加,提高了膜层的致密性。当纳米镍颗粒的加入量(质量浓度)为2 g/L,且微弧氧化时间为45 min时,膜层表面微孔分布均匀,凸起和微裂纹较少。微弧氧化膜主要由金红石相和锐钛矿相组成,进入膜层的Ni主要以NiO的形式存在。在添加2 g/L纳米镍颗粒、微弧氧化时间为45 min时,制备的膜层硬度为452HV,抗磨性能表现最好,其摩擦因数一直稳定在0.75左右,抗磨性能相较于基础膜层提升了约67%。结论适当加入纳米镍颗粒及采用合理的微弧氧化时间能够减少膜层的微孔和微裂纹,进一步提高膜层的硬度和抗磨性能。

ZrYN层厚度对CrN/ZrYN纳米多层膜微观结构和力学性能的影响

采用磁控溅射技术在单晶Si基片上交替沉积CrN层、ZrYN层,制备不同厚度ZrYN层的CrN/ZrYN纳米多层膜。利用X射线衍射仪、扫描电子显微镜、透射电子显微镜、纳米压痕仪表征纳米多层膜的微观结构和力学性能。结果表明:随着ZrYN层厚度的增大,纳米多层膜中CrN相的结晶程度呈现出先上升后下降的趋势;纳米多层膜的硬度、弹性模量、韧性也呈现出先增大后减小的趋势;当ZrYN层厚度为0.9 nm时,纳米多层膜具有最高的硬度、弹性模量、韧性,分别为20.3 GPa、210.4 GPa、2.25 MPa·m^(1/2)。上述结果表明,随着ZrYN层厚度的增大,纳米多层膜出现由晶态向非晶态转变,在非晶态下,能够获得良好的综合力学性能。

MWCNTs/PEI杂化纳米纤维膜用于增韧液体成型CF/EP复合材料研究

为了研究不同浓度碳纳米管含量的多壁碳纳米管/聚醚酰亚胺(MWCNTs/PEI)杂化纳米纤维膜对于液体成型环氧树脂碳纤维复合材料的影响,本文制备了液体成型环氧树脂碳纤维复合材料进行实验。通过静电纺丝法制备碳纳米管/聚醚酰亚胺杂化纳米纤维膜,系统研究碳纳米管含量对碳纤维/环氧树脂复合材料层间韧性和面内力学性能的影响,并分析性能与层间多级微观结构的关联机制。研究发现,适应VARI工艺的碳纳米管/聚醚酰亚胺杂化纳米纤维膜使复合材料I型层间断裂韧性得到改善。这可能与碳纳米管/聚醚酰亚胺杂化纳米纤维膜中聚醚酰亚胺通过原位溶解和固化诱导相分离在层间区域形成PEI相分离微球以及碳纳米管的起到钉扎,锚固效应和裂纹尖端分叉机制吸收更多的能量的作用,同时提高层间裂纹扩展阻力和改善层间树脂基体载荷转移能力的作用有关。

CrAlN/TiAlN纳米多层膜的微结构及其性能研究

采用磁控反应溅射法制备了不同调制周期的CrAlN/TiAlN纳米多层膜,并通过X射线衍射仪、显微硬度计、扫描电镜分析了调制周期对多层膜的微结构、力学性能和高温抗氧化性能的影响。结果表明:CrAlN/TiAlN纳米多层膜共格外延生长,呈现CrAlN(或TiAlN)面心立方结构,且呈(111)择优取向;CrAlN/TiAlN纳米多层膜在某些调制周期出现硬度异常升高的超硬度效应;CrAlN/TiAlN纳米多层膜比CrAlN,TiAlN单层膜具有更好的高温稳定性,高温时仍具有较高的硬度。

纳米金属多层膜与多层纳米线的电化学制备及其表征

分别采用单槽法和双槽法电沉积Cu/Co多层膜.研究了两种电沉积方法制备多层膜的工艺条件,利用电化学方法、XRD和SEM对多层膜进行表征,并对Cu/Co多层膜的巨磁阻性能进行了测试.采用电沉积多层膜的方法,以多孔铝阳极氧化膜(AAO)为模板,在纳米孔内沉积Cu/Co多层线,采用TEM对多层纳米线进行了表征.

电沉积纳米金属多层膜研究

分别采用单槽法和双槽法电沉积制备 Cu/ Ni多层膜 .研究了两种电沉积方法制备多层膜的工艺条件 ,并利用俄歇电子能谱和扫描电子显微镜 (SEM)确定镀层结构 .通过对比 。

相转移方法制备银纳米粒子单层膜

在油酸钠保护下用NaBH4 还原AgNO3 ,制得了银纳米粒子胶体溶液 .利用相转移剂NaH2 PO4 等 ,使Ag纳米粒子在水 /有机相界面之间形成薄膜 .形成的Ag纳米粒子膜可以转移到玻璃等基质上 ,讨论了其转移机理 ;并用石英晶体微天平 (QCM)定量检测了银纳米粒子的相转移量 .

高磁损耗型纳米多层膜研究

研究一种能用于微波吸收的高磁损耗型纳米多层膜材料 ,该多层膜材料采用软磁合金层CoFeZrNd和绝缘介质层SiO2 交替的周期结构 ,用磁控溅射工艺制备的这类薄膜在微波段可具有高磁导率和大磁损耗 ,2GHz时 μ′=12 1,μ″=14 7.重点探讨了磁性合金层厚度、介质层厚度。

纳米金属多层膜的电化学制备与性能研究的现状

介绍了金属多层膜电化学制备方法的现状,简述了单槽电化学制备多层膜材料的数学模型,比较了纳米金属多层膜与亚纳米金属多层膜不同的力学、电学、磁学、光学和电化学性能,并讨论了巨磁阻多层膜材料的应用前景。

ZnSe∶Cu纳米晶/聚电解质多层膜制备和结构研究

采用分子沉积方法制备了 Zn Se∶Cu纳米晶 /聚电解质多层膜 ,通过 X射线光电子能谱 ( XPS)和透射电镜 ( TEM)等方法对薄膜的组成及结构进行了表征 . XPS结果证实了回流处理对 Zn Se∶ Cu微粒的表面结构以及铜离子价态的影响 ,从而很好地解释了经表面修饰后 ,微粒荧光增强的现象 .TEM结果确定 Zn Se∶Cu的平均尺寸为 3nm.X射线粉末衍射结果进一步确认 Zn Se∶Cu具有纤锌矿晶体结构 .

纳米多层超硬膜力学性能研究进展

纳米多层膜显著改善了膜层的硬度、韧性、耐磨性及耐热性,能够满足各种特殊应用需要,成为硬质薄膜研究的热点课题。本文综述了近年来纳米多层膜在硬度、耐磨性及热稳定性方面的研究成果,分析了它们的主要影响因素,并对今后纳米多层膜的发展趋势进行了展望。