NANO-TRIBOLOGICAL STUDY ON A SUPER-HYDROPHOBIC FILM FORMED ON ROUGH ALUMINUM SUBSTRATES

A novel super-hydrophobic stearic acid(STA)film with a water contact angle of 166° was prepared by chemical adsorption on aluminum wafer coated with polyethyleneimine(PEI)film. The micro-tribological behavior of the super-hydrophobic STA monolayer was compared with that of the polished and PEI-coated Al surfaces.The effect of relative humidity on the adhesion and friction was investigated as well.It was found that the STA monolayer showed decreased friction,while the adhesive force was greatly decreased by increasing the surface roughness of the Al wafer to reduce the contact area between the atomic force microscope(AFM)tip and the sample surface to be tested.Thus the friction and adhesion of the Al wafer was effectively decreased by generating the STA monolayer, which indicated that it could be feasible and rational to prepare a surface with good adhesion resistance and lubricity by properly controlling the surface morphology and the chemical composition.Both the adhesion and friction decreased as the relative humidity was lowered from 65% to 10%,though the decrease extent became insignificant for the STA monolayer.

季冻区纳米SiO_(2)改性SAP路面混凝土的耐磨性

为解决季冻区高吸水性树脂(SAP)路面混凝土耐磨性下降的问题,通过耐磨性试验探索了纳米SiO_(2)(NS)对季冻区SAP路面混凝土磨损量的影响;采用压汞仪(MIP)和扫描电镜(SEM)研究了冻融前后NS改性SAP路面混凝土孔结构和微观形貌的变化,从细微观角度阐述其耐磨性的提升机理;并对其微观结构与耐磨性进行相关性分析。研究结果表明,经150次冻融循环之后,掺有3%NS的改性SAP路面混凝土在200 N磨耗负荷下的磨损量较基准下降30.92%,20~50nm的孔占比上升,50~200nm的孔占比下降,总孔隙量和孔隙率减少,界面区裂缝数量和尺寸大幅降低,内部密实性程度显著提高,耐磨性明显增强。

微纳结构表面防冰研究进展

首先从冰的2种形成机理-均相成核和非均相成核进行了阐述,并介绍了液体在固体表面上的润湿现象。在此基础上,根据微纳结构防冰机理,分别综述了在固体表面结冰的前、中、后不同时期的最新防冰除冰策略。结冰前,借助液滴的脱落和自除预防固体表面结冰;结冰时,可通过延长冰的冻结时间,延缓冰在固体表面上的覆盖;结冰后,降低冰在固体表面的附着力,使之更易脱离固体表面,达到防冰除冰的需求。最后,对于如何提高微纳结构表面的耐久性进行了总结,对有关这些问题的最新研究成果进行了归纳和讨论,并对今后微纳结构表面防冰除冰的研究进行了展望。

超疏水改性水泥基材料设计及性能研究

【目的】研究纳米二氧化硅和硅氧烷对水泥基材料的超疏水改性效果及其性能影响。【方法】以水泥材料为主体,通过正交试验方法优选改性材料十二烷基三甲氧基硅烷(dodecyltrimethoxysilane,DTES)、纳米二氧化硅(nano-silica,NS)和聚羧酸高效减水剂(polycarboxylate superplasticizer,PCE)的最佳配比,并采用强度试验、水化热测试、水接触角测量和毛细吸水试验评估改性材料对水泥力学性能和疏水性能的作用。【结果】DTES、NS和PCE的最佳质量分数分别为3.00%、1.80%和0.25%;改性水泥试样表面的水接触角高达152.50°,毛细吸水系数降低91%以上,3 d抗折强度、28 d抗压强度分别下降19%、12%。【结论】改性材料的协同作用使水泥基材料表面达到超疏水状态,同时具备良好的抗水渗透性能,其中DTES影响水泥强度,NS对抗压强度和后期抗折强度起增强作用。

过热水蒸气作用下碳质页岩纳米孔隙结构演变规律研究

对流加热方式下碳质页岩纳米孔隙结构的演变是探明煤系烃源岩原位热解油气产出机理的关键。为此,基于烃源岩过热水蒸气热解平台,联合低温N2吸附技术,研究了不同过热水蒸气温度下页岩纳米孔隙结构的演变规律。结果表明:随着过热水蒸气温度的升高,碳质页岩纳米孔隙体积和比表面积呈现先降后升的变化规律,而平均孔径呈相反的变化趋势,300℃时孔体积和比表面积最低,550℃两者最高,小于10 nm孔隙数量的增多是高温段页岩比表面积和孔体积提高的主要原因。过热水蒸气热解作用下碳质页岩纳米孔隙的演变可划分为5个阶段。有机质热解生烃、无机矿物的溶蚀和分解、黏土矿物转化的综合作用控制了每个阶段纳米孔隙的演变特征。

基于润湿理论的多功能超滑表面研究进展

超滑表面(SLIPS)是一种通过向具有微纳米多孔结构的衬底注入低表面能液体而形成的全憎表面,能够排斥多种液体,具有液滴滑动阻力小、力学性能好、耐高温高压、自清洁、自修复、润滑减摩等特性,在防腐、防污、减阻等领域具有广阔的应用前景。综述了超滑表面的润湿理论,总结了水相和油相在气相下的扩散系数Sow(a)、液滴外部和液滴下方的润湿结构、每种结构单位面积的总界面能、每种结构稳定性的等效判据以及超滑表面存在的12种热力学状态。讨论了超滑表面的制备原则,总结了制备粗糙基底的方法及优缺点。为了制备性能优异稳定的超滑表面,在遵循设计原理的同时,还需充分了解衬底、润滑剂、工作流体和外部气体之间的相互作用。针对多功能超滑表面的特性,综述了其在防腐蚀、防覆冰、防污、减阻、油水分离、水雾收集、生物医学7个领域的应用机理和研究现状。最后,对超滑表面的发展前景进行了展望。未来的超滑表面应朝着制备工艺简单有效、力学性能稳定、多功能化、绿色环保的方向发展。

Preparation and Characterization of Fe3O4 Magnetic Nano-particles by ^（60）Co γ-ray Irradiation

By using a new method, ^60Co γ-ray irradiation, Fe3O4 magnetic nano-particles were successfully synthesized at room temperature under ambient pressure. The structure, morphology and magnetic properties of these nanoparticles were characterized by X-ray diffraction （XRD）, transmission electron microscope （TEM） and vibrating sample magnetometer （VSM）, respectively. The radiation formation mechanism was also discussed. The results show that the absorbed dose can greatly influence the structure, morphology and magnetic properties of the products. XRD and TEM studies show that the product prepared by γ-ray irradiation （10 kGy） is pure FesO4 phase and the mean diameter of these nano-particles is about 21 nm. The Fe3O4 nano-particles synthesized by γ-ray irradiation （10 kGy） are mainly in small cubic shape and the size uniformity of these particles is good.

Synthesis of Y_2O_3 Nano-Powder from Yttrium Oxalate under Ambient Temperature

High purity Y_2O_3 nano-powders was synthesized directly from solution ofindustrial YCl_3 by method of oxalate precipitation through super-micro-reactors made by complexnon-ionic surfactant. The purity and diameter of Y_2O_3 particles were controlled by such processingparameters as concentration of YCl_3 and oxalic acid and complex non-ionic surfactant etc. TEMphotomicrographs show that Y_2O_3 particles are spherical in shape, with an average diameter of lessthan 30 nm. Test results certify that the purity and particle diameter as well as the dispersion ofY_2O_3 nano-powder depend on the concentrations of YCl_3, oxalic acid and complex non-ionicsurfactant. The optimum ranges of the concentrations for YCl_3 and complex non-ionic surfactant whenthe diameter of Y_2O_3 particles is smaller than 100 nm are 0.43 ～1.4 mol ? L^(-1) and0.031～0.112 mol·L^(-1) respectively, while the mass fraction range of oxalic acid is 10% ～18% .The purity of Y_2O_3 nano-powder tested by ICP-AES analysis is 99.99% .

多孔材料润湿性设计与油水分离应用研究进展

清洁的水资源对人类社会生产发展至关重要,溢油事故和工业含油废水的排放等对水资源造成严重威胁,因此油水分离技术备受关注。传统的油水分离方法如生物处理、吸附、离心、气体浮选和原位燃烧等,存在程序复杂、能耗高、分离效率低等缺点,亟需开发更加环保高效的新方法。仿生材料的设计与制备是多功能材料的重要研究方向。受荷叶结构与功能启发,基于润湿性能调控的先进多孔材料的设计与开发已成为当前研究的热点之一,并在油水分离领域中展现出巨大的应用潜力。通过调控多孔材料的表面结构和化学状态,可实现对水相和油相的不同分离特性,进而选择性去除或者吸附水相或油相,甚至包括极其稳定的油包水或水包油乳液的分离。全面综述了多孔材料的制备方法,以及其在油水分离领域的最新研究与应用。重点介绍了疏水或超疏水/超亲油的多孔海绵、多孔棉织物、多孔木材、多孔泡沫、多孔气凝胶和多孔陶瓷等先进油水分离材料的制备方法和研究进展,旨在对功能性多孔材料的发展进行回顾和深入探讨,为多孔材料在油水分离方面的研究提供指导。总结了目前多孔材料研究存在的一些问题,探讨了该领域面临的挑战,并对其应用发展趋势进行了展望。

无氟超疏水自清洁织物的制备及性能

采用十六烷基三乙氧基硅烷(HDTES)和纳米二氧化硅(SiO_(2))为原料,通过水解缩聚,合成出一种改性纳米硅溶胶(SiO_(2)@HDTES),并将其与实验室自制的氨基硅树脂(ASi)复合,制备出一种新型有机-无机纳米杂化复合材料(ASi/SiO_(2)@HDTES)。以ASi/SiO_(2)@HDTES为成膜物质,采用喷涂技术在织物表面上得到无氟超疏水织物涂层。利用红外光谱(FT-IR)、热分析仪(TGA)、X射线光电子能谱仪(XPS)、接触角测量仪(OCA)、原子力显微镜(AFM)等对产物结构和性能进行测试和表征。结果表明:涂层表面具有微纳米级的分层结构,水接触角为152.8°,滚动角为8.4°,涂层可在室温下固化并具有良好的自清洁性能。该超疏水织物涂层具有无氟、无污染、环保等特点。

基于滑动轴承水气稳定超疏水表面的设计及验证

为解决加工过程中轴承稳定性下降问题,文章对滑动轴承水气稳定超疏水表面进行研究,对不同表面结构样片寿命、不同真空压力条件下的疏水状态进行了实验验证,验证了可行性。

Synthesis and Application of Nanocomposite Reinforced with Decorated Multi Walled Carbon Nanotube with Luminescence Quantum Dots

Amidst the COVID-19 pandemic, environmental problems such as energy crisis, global warming, and contamination from pathogenic micro-organisms are still prevailed and strongly demanded progress in high-performance energy storing and anti-microbial materials. The nanocomposites are materials that have earned large interest owing to their promising applications for countering global issues related to sustainable energy and a flourishing environment. Here, polypyrrole coated hybrid nanocomposites of multi-walled carbon nanotube and cadmium sulfide quantum dots named MCP were synthesized using facile and low-cost in-situ oxidative polymerization method. Characterization techniques confirmed the synthesis. Electrochemical studies showed that the nanocomposite 1-MCP showed an impressively higher super capacitance behavior in comparison to f-MWCNT, 7-MCP and 5-MCP. The improved performance of the nanocomposites was attributed mainly to the good conductivity of carbon nanotubes and polypyrrole, high surface area, and stability of the carbon nanotubes and the high electrocatalytic activity of the cadmium sulfide quantum dots. Owing to the synergistic effect of MWCNT, CdS, and PPy the synthesized ternary nanocomposite also inhibited the growth and multiplication of tested bacteria such as S. aureus, and E. coli completely within 24 h. On the whole, the assimilated nanocomposite MCP opens promising aspects for the development of upcoming energy storage devices and as an antibacterial agent.

特低渗透油藏超级纳米增注驱油技术研究与应用——以永宁油田黄草湾长6油藏单元为例

永宁油田黄草湾长6油藏大地构造位于鄂尔多斯盆地陕北斜坡中部,三叠系延长组长6油层组为区域主力含油层系,为岩性油气藏。孔隙类型主要为溶蚀粒间孔和原生粒间孔,具有孔喉半径小、渗透率低、渗流阻力大等特点,使大量的残余油存在储层中无法被采出,且分散的残余油滴会产生严重的贾敏效应成为水驱阻力,最终导致水驱采收率不高。纳米驱油剂因其突出的可降低油水界面张力和良好的改变岩石表面润湿性能力,使吼道中的油滴更容易变形并降低其经过的阻力,增加原油的移动速度,有效地消除贾敏效应,恢复油藏渗透率,降低毛细管阻力,扩大波及系数,使多孔介质对原油和水的相对渗透率增加,从而提高采收率的目的。经现场试验增油控水效果明显,适合在特低渗油藏进一步推广。

纳秒激光诱导黄铜超疏水光滑涂层的抗盐腐蚀性能研究

黄铜是工业产品的重要基础性材料之一,其抗盐腐蚀性能的提升问题,近年来受到工业界和科研界的广泛关注。本文提出一种制备黄铜抗盐腐蚀涂层方法。首先,利用纳秒激光诱导出了具有微纳织构的黄铜超疏水表面,并用氟硅烷进行修饰增强其稳定性;然后在制备的超疏水性基体中注入硅油,获得超疏水光滑涂层表面;最后,浸入35wt%NaCl溶液中进行PDP和EIS测试,结果表明光滑表面的抗盐腐蚀性能优于普通超疏水表面,更优于原始黄铜表面。本研究可对金属防腐涂层发展起到一定的促进作用,对于激光诱导制备超疏水光滑表面具有重要意义,为工业领域的金属防腐蚀途径提供了方便和有效的手段。

超疏水表面材料的制备与应用

仿生超疏水表面材料具有特殊微纳米结构,因此表现出自清洁、防污染等一系列优异性能。在荷叶、水黾腿、蝴蝶翅膀等自然界中超疏水性组织和器官的启发下,仿生超疏水表面材料的设计和研发的目标不仅在于模仿生物的功能结构,更主要的是制备组分和结构均可调的超疏水表面,从而获得既有疏水自清洁性,同时强度、耐热、耐酸碱等性能又十分优异的新材料。该类材料在国防、工业、农业、医学和日常生活中均有广阔的应用前景。从超疏水材料纳米界面的结构出发,分析材料的疏水原理及其制备方法,介绍了近几年来该材料的研究进展以及在管道无损运输、房屋建筑和防水等应用领域的探索,展望了其未来的应用方向和前景。

一种多尺度仿生超疏水表面制备

A multi-dimension bionic super-hydrophobic surface was prepared by embedding nano-silicaon on the sandblasted aluminum surface. After surface modification by perfluoroalkyltriethoxysilame, the surface shows the similar capability and structure of lotus leaves. the super-hydrophobic surface shows static contact angle as high as 173° and tilt angle as low as 2.5° for 6.5 μL water droplet.

水基纳米聚硅在低渗油藏中的降压增注研究

纳米聚硅降压增注剂分散在介质中多以聚集态存在,难以进入细小孔道,甚至导致孔道堵塞。本文将一种采用原位表面修饰技术制备的水基纳米聚硅降压增注剂在分散剂作用下分散在水中,利用透射电子显微镜、激光粒度分布仪等分析手段对水基纳米聚硅进行了结构表征,研究了纳米聚硅分散液的相分散、相分离及其砂岩表面的吸附行为,并通过现场试验考察了纳米聚硅分散液的降压增注能力。结果表明:具有强吸附-超疏水核结构的水基纳米聚硅以0.2%的质量分数分散于水中,透光率大于99%,平均粒径为7 nm,Zeta电位达-43.1 mV,分散稳定。同时,分散液在高矿化度及低pH值条件下可实现强吸附-超疏水性核的有效分离,并牢固吸附在岩石孔隙表面,从而改变岩石表面润湿性,形成疏水性孔隙表面。在低渗透油田注水井现场应用时,江苏油田应用7口井平均注水压力下降26.4%,注水量增加106.7%,有效期大于10个月。

纳米结构表面上冷凝液滴的生长模式及部分润湿液滴的形成机制

分析并计算了纳米结构表面上冷凝液滴按照不同途径长大的过程中液滴能量的增加速率,并以能量增加最小为判据来确定液滴的生长途径.结果表明,纳米结构内形成的冷凝液斑在初期按接触角(CA)增加的模式生长时,其能量增加速率远低于其它模式,于是,初始液斑先按增大接触角、并保持底面积不变的模式生长,直至液滴达到前进角状态.此后,沿接触角增加的模式长大所导致的能量增加速率开始远高于其它生长模式,于是液滴三相线开始移动,底面积开始增加,但接触角保持不变.液滴所增加的底面积可以呈润湿或复合两种状态,分别形成Wenzel液滴及部分润湿液滴,前者的表观接触角一般小于160°,而后者则明显大于160°.液滴的生长模式及其润湿状态均与纳米结构参数密切相关,仅当纳米柱具有一定高度、且间距较小时,冷凝液滴才能呈现部分润湿状态.最后,本模型对纳米结构表面上冷凝液滴润湿状态的计算结果与绝大部分实测结果相一致,准确率达到91.9%,明显高于已有公式的计算准确率.

正激变换器脉冲变压器的优化设计

以正激变换器为例讨论了电路拓扑 (磁复位绕组电路和有源箝位电路 )和铁心材料 (铁氧体、超微晶 )两个因素对变压器体积、重量和损耗的影响。研究结果表明 ,有源箝位正激变换器对正激变压器体积的减小、重量的减轻和效率的提高有着明显的作用。超微晶材料在一定的工作频率范围内可以减小变压器的体积、重量和损耗 ,是一种优良的新型磁性材料。

超疏水表面上冷凝液滴发生弹跳的机制与条件分析

使用液滴合并前后的体积和表面自由能守恒作为两个限制条件,确定了合并液滴的初始形状,即为偏离平衡态的亚稳态液滴,具有缩小其底半径而向平衡态液滴转变的推动力.进而分析了液滴变形过程中的推动力和三相线(TPCL)上的滞后阻力,建立了液滴变形的动态方程并进行了差分求解.如果液滴能够变形至底半径为0mm的状态,则根据该状态下液滴重心上移的速度确定液滴的弹跳高度.不同表面上冷凝液滴合并后的变形行为的计算结果表明,光滑表面上的液滴合并后,液滴只能发生有限的变形,一般都在达到平衡态之前就停止了变形,因此冷凝液滴不会发生弹跳;粗糙表面上的Wenzel态液滴的三相线上的滞后阻力更大,因而液滴更难以变形和弹跳;具有微纳二级结构表面上只润湿微米结构,但不润湿纳米结构的部分Wenzel态液滴能够变形至Cassie态,但没有明显的弹跳;只有在纳米或微纳二级结构表面上的较小Cassie态液滴合并后,液滴易于变形至底半径为0mm的状态并发生弹跳.因此,Cassie态合并液滴处于亚稳态,并且其三相线上的移动阻力很小,是导致冷凝液滴弹跳的关键因素.