博学慎思,笃行达善——忆中国科学院院士党鸿辛先生

党鸿辛(1929~2005),中国科学院兰州化学物理研究所研究员、河南大学兼职教授,博士生导师,中共党员,中国科学院院士,摩擦学专家.我国摩擦学及固体润滑学科的开拓者和学术带头人之一,为解决我国国防军工和高新技术特殊润滑材料与润滑技术问题做出了重要贡献.第十届全国人民代表大会代表.2005年6月10日因病在北京逝世.时光荏苒,岁月流逝,敬爱的导师党鸿辛先生离开我们已整整十载.但每每回想起来。

刘维民院士荣获中国科学院先进工作者称号

不久前,人力资源和社会保障部、中国科学院联合印发表彰决定,授予14个集体“中国科学院先进集体”称号,授予20名同志“中国科学院先进工作者”称号。被授予“中国科学院先进工作者”称号的人员,享受省部级表彰奖励获得者待遇。中国科学院院士、中国科学院兰州化学物理研究所学术委员会副主任委员刘维民研究员荣获“中国科学院先进工作者”称号。

前言:庆祝中国科学院兰州化学物理研究所成立60周年

中国科学院兰州化学物理研究所(简称“兰州化物所”)始建于1958年,由原中国科学院石油研究所催化化学、分析化学、润滑材料三个研究室迁至兰州而成立,1962年正式更名为中国科学院兰州化学物理研究所.目前兰州化学物理研究所主要开展资源与能源、新材料、生态与健康等领域的基础研究、应用研究和战略高技术研究,其未来发展的战略定位是“西部资源与能源化学和新材料高技术创新研究基地”,力争建成具有“一流成果、一流管理、一流环境、一流人才”,特色鲜明,国际上有重要影响,国内不可替代并具有可持续发展能力的国立研究机构.

CoCrMo和CoCrMoW合金的组织结构、力学性能及在小牛血清溶液中的腐蚀摩擦学性能研究

为了明确CoCrMo和CoCrMoW合金在小牛血清溶液中的腐蚀摩擦行为和耐腐蚀磨损机制,使用真空熔炼技术制备CoCrMo和CoCrMoW合金,采用SEM-EDS、TEM、XRD、压缩力学性能试验和腐蚀磨损试验研究2种合金的组织结构、力学和腐蚀摩擦学性能。结果表明:2种合金均由γ-Co和ε-Co组成,且微观组织以等轴晶为主。CoCrMo合金展现出优异的压缩力学性能,且其在小牛血清溶液中具有良好的耐腐蚀性,而CoCrMoW合金出现点蚀。2种合金在小牛血清溶液中具有较好的腐蚀摩擦学性能,其摩擦系数和磨损率分别为0.11~0.21和1.01×10^(-6)~2.46×10^(-6)mm^(3)/(N·m)。随着载荷和频率的增加,2种合金的摩擦系数降低,实时摩擦系数稳定性提高。在低载荷条件下,合金的耐腐蚀磨损性能随频率的增大而增强,其磨损机制以磨粒磨损为主;在高载荷条件下,合金的磨损率随频率的增加而增大,磨粒磨损和腐蚀磨损并存。总体而言,CoCrMo合金的耐腐蚀磨损性能优于CoCrMoW合金,这主要是因为CoCrMo合金具有较好的压缩力学性能和耐腐蚀性能。

凹凸棒石在动物健康养殖中应用研究进展

凹凸棒石是一种天然含水富镁铝硅酸盐矿物,具有一维纳米棒状形貌、规整纳米孔道、永久结构负电荷和表面活性基团。作为功能性饲料原料,凹凸棒石可以改善饲料机械强度和动物养殖环境、吸附霉菌毒素和重金属离子、促进肠道健康和提高动物生产性能。经功能化改性后,赋予抗氧化和广谱抗菌等功能,可用于抗生素替代。围绕凹凸棒石在畜牧业健康养殖中的高值应用,文章综述了凹凸棒石在霉菌毒素吸附剂、抗菌材料、饲料粘结剂和养殖环境净化材料等方面的最新研究进展,展望了未来研究及关注重点,以期推进凹凸棒石在动物生产中的高效应用,同时为我国动物健康安全养殖提供新思路。

离子注渗复合表面改性技术研究进展

综合国内外研究现状,目前针对离子注渗复合表面改性技术已开展了大量的研究工作,然而还缺少对其进行系统介绍的研究报道。首先,对离子渗技术(离子渗氮、离子渗碳和离子渗硫)、离子注入技术(氮离子注入、碳离子注入和金属离子注入)和离子注渗复合技术的原理进行了介绍。其次,对上述表面改性技术的研究进展进行了综述和总结。最后,针对目前离子注渗复合技术的不足之处,从改善硬件设备、强化作用机理、系统研究复合处理工艺和促进其工业化应用等方面进行解决,提出要充分利用注渗和镀膜技术复合的优势来实现材料结构功能一体化,推动多相复合强化技术的研究与开发,为工业化应用奠定理论基础。

氟化石墨烯的理化性能、制备改性及摩擦学研究进展

氟化石墨烯(FG)作为1种石墨烯衍生物,兼具石墨烯材料低剪切、高承载的力学性能以及氟化碳材料独特的理化性能.相较于其他固体润滑材料,FG在极压性与减摩抗磨性等方面表现出了巨大的性能优势,成为当前固体润滑领域研究的热点材料.本文中梳理总结了近年来FG在制备方法、修饰改性、分散稳定性、润滑机制与润滑应用等方面的研究进展以及在应用过程中存在的主要问题,并对未来FG在摩擦学领域的主要研究方向与应用前景提出了一些建议和展望.

酚酸与蛋白质和碳水化合物相互作用及对面包面团的影响研究进展

近年来,研究人员常利用食品各组分之间的相互作用调节其感官性状和功能特性。酚酸、蛋白质和碳水化合物三者在面食制品中广泛存在并发挥着重要作用。目前为止,研究主要集中在酚酸-蛋白质和酚酸-碳水化合物的相互作用,以及二者相互作用在食品加工、机体保健等方面的应用。酚酸、蛋白质、碳水化合物所构成的三元体系中伴随着复杂的相互作用,这些相互作用能够赋予面食制品不同的感官性状和功能特性。本文主要介绍了酚酸、蛋白质和碳水化合物三者间的相互作用及其影响面包面团感官特性和功能特性等的研究进展,以期为酚酸、蛋白质和碳水化合物组成的三元体系在面食制品中的应用提供理论指导。

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。

机械酶催化反应研究进展

机械酶学是一个全新的领域,是在机械化学的基础上提出来的,机械化学主要是把化学作用和机械作用应用到一起的学科.由于传统的化学合成方法可能会存在一些问题,比如:反应速度慢、产率低、污染环境等,而机械酶催化的提出可以改善或部分改善这一问题.我们主要从机械化学的起源和发展、机械酶催化的反应体系分类以及在机械酶催化过程中常用的酶等方面进行介绍、总结和展望.

环氧树脂-水凝胶软硬复合表界面各向异性摩擦研究

由取向微结构引起的各向异性摩擦学是生物系统中最常见的引起摩擦形式之一.而研究表明,软硬复合的生物表界面在获取各向异性摩擦力时更具有优势.因此,本研究中以最典型的钩状倒刺微结构为研究对象,结合3D打印先进制造技术,通过在仿生取向微结构表界面原位复合低模量的水凝胶材料,获得环氧树脂-水凝胶软硬复合表界面.研究结果表明,水凝胶在Fe^(3+)溶液中的配位交联6 h时,其模量为3.6 MPa,相对于环氧树脂(模量为13.6 MPa)为软材料.在5 N载荷下,仿生表界面正方向摩擦力为1.64 N,反方向摩擦力为3.44 N,其各向异性摩擦力最大差值可达1.80 N.本研究中对软硬复合的生物表界面具有一定的理论指导意义,有望在智能摩擦调控和软体机器人等方面发挥一定的作用.

橡胶减摩抗磨改性研究进展

橡胶因具有优异的理化性质及独特的力学性能而广泛应用于国防、航空航天、医用、交通、建筑及机械电子等领域,起到减震、缓冲和密封等作用.摩擦学性能是橡胶材料的重要指标之一,然而橡胶自身具有较高的摩擦系数,在一些应用领域,如活塞杆、阀轴(杆)密封、轮胎和水润滑轴承等,因黏连、摩擦生热、机械磨损及磨粒磨损等原因导致性能下降甚至失效.本文中首先综述了橡胶摩擦及磨损理论,随后从橡胶基体改性、橡胶表面处理以及表面织构化3个方面介绍了橡胶减摩抗磨改性方法的研究进展,并对其发展前景进行了展望.

流动点法表征润滑脂流动性与传统评定方法相关性研究

为建立更完善、高效的轴承润滑脂流动性能评价体系,采用旋转流变仪、润滑脂和石油脂锥入度试验器、润滑脂相似黏度试验器、FFK低温流压仪测试了锂基润滑脂、脲基润滑脂和磺酸钙基润滑脂3种不同稠化剂类型的润滑脂的流动点、锥入度、相似黏度和流动压力,分别研究了锂基润滑脂、脲基润滑脂和磺酸钙基润滑脂3种不同稠化剂的流动点与锥入度、流动点与相似黏度、流动点与流动压力随温度的变化规律并分别计算了它们的皮尔逊相关系数,结果显示润滑脂的流动点与锥入度、流动点与相似黏度、流动点与流动压力具有线性关系,其中流动点与锥入度呈中等相关,流动点与相似黏度、流动点与流动压力呈高度相关,说明利用旋转流变仪测定润滑脂的流动点亦可用于评价润滑脂的流动性能.

宽温域环境环氧/聚氨酯复合材料摩擦学性能研究

目的考察环氧/聚氨酯(EP/PU)互穿网络复合材料在宽温域环境中的摩擦学性能,以及氧化石墨烯(GO)的添加对其摩擦学性能的影响。方法制备EP、EP/GO、EP/PU、EP/PU/GO等4种材料,其中EP和PU的质量配比为3︰1,GO的质量分数为1.0%。分别研究4种材料的热力学性能,并采用高低温摩擦试验机对比研究常温和–100、–50、50、100℃下GO对EP/PU互穿网络材料摩擦磨损的影响。结果热力学性能结果表明,PU的加入降低了起始分解温度,而加入GO,热分解起始温度有所提升,EP的拉伸强度最高约为90MPa。室温条件下,200r/min时,样品的摩擦因数和磨损率要优于400、500r/min,其中,EP/PU/GO在200 r/min时的摩擦因数最低,为0.03。同样地,在–50、50、100℃时,相对于EP、EP/GO和EP/PU,EP/PU/GO也表现出优异的润滑性和耐磨性。SEM及XPS结果表明,摩擦氧化和螯合反应促进了转移膜的生长,形成了均匀结构的转移膜,可避免摩擦副的直接接触,有利于润滑作用。结论添加GO可以有效改善材料的力学性能,提高EP/PU的摩擦学性能。

水润滑轴承用聚合物复合材料的摩擦学研究进展

聚合物复合材料因其优异的自润滑、高化学稳定性和减振降噪等特性而备受关注。以水作为工作介质的水润滑轴承具有环境友好、维护成本低及结构设计简单等特点,已被广泛应用于船舶、水电和化工等领域。首先总结了水润滑轴承用聚合物复合材料特性,归纳了聚合物复合材料在水润滑条件下的摩擦学性能及磨损机制,介绍了提高聚合物复合材料摩擦学性能的常规方法,并进一步探讨了材料内部结构、摩擦界面微观结构与材料宏观摩擦学特性的内在关联。指出促进水润滑聚合物-金属配副摩擦界面原位生长固体润滑特性转移膜,可弥补水膜润滑能力不足、显著提高配副的摩擦学性能,深入研究水润滑状态下复合材料的微观摩擦磨损机制,对于理解水润滑配副的摩擦学机理有重要的意义。

基于硬质WC涂层的不同摩擦副间的摩擦磨损特性及损伤机制研究

目的探究硬质WC-12Co涂层与摩擦副间的力学性能、摩擦磨损特性的对应关系。方法采用超音速火焰喷涂(HVOF)技术制备WC-12Co硬质涂层,利用SEM、XRD、EDS等分析涂层的微观形貌、物相组成和元素分布规律等,研究该涂层与不同对偶配副的摩擦学性能及摩擦磨损机理等。结果采用HVOF技术制备的WC-12Co涂层中各元素及物相分布均匀,涂层的显微硬度约为1103.8HV0.3,纳米硬度约为20.47GPa。涂层和不同对偶配副的干摩擦因数均在0.80以上,磨损率在10^(-6)mm^(3/)(N·m)量级,其中与Al_(2)O_(3)对偶球配副时摩擦因数(约0.81)最低,与WC-6Co对偶球配副时摩擦因数(约0.85)最大,在与Al_(2)O_(3)配副时磨损率最大,约为11.09×10^(-6)mm^(3)/(N·m),与GCr15配副时磨损率最小,约为1.60×10^(-6)mm^(3)/(N·m)。结论硬质WC-12Co涂层致密均匀,其力学性能优异,与不同材质对偶球配副时其磨损机制有所不同,导致摩擦副间的摩擦因数和磨损率略有差异,但其耐磨性均良好,可以根据实际应用工况特点选择不同的摩擦副,以保证硬质碳化钨涂层的安全稳定长效服役。

环烷基稠油火驱开发中焦炭生成规律及物理化学特征

为明确环烷基稠油在火驱过程中生成焦炭的规律和石油焦炭基本性质,应用动态气流氧化原油装置,开展了环烷基稠油注空气燃烧生成焦炭过程的研究,并对生成的石油焦炭进行了组成和结构表征。研究表明:环烷基稠油在250~300℃开始生成焦炭,随着反应温度升高,焦炭产率逐渐增加,温度达到450℃时,焦炭产率最高,为10.8%;温度为500~600℃时,焦炭的燃烧反应加剧,焦炭收率降至4.6%。电镜观察焦炭为0.05~1.00μm碳层叠加的致密片层结构,以400℃为分界点可以将焦炭分为2类。300~350℃生成焦炭的H/C为0.78~0.82,为含有大量烷基链的氧化焦炭;400℃时裂解反应加剧,稠油成焦过程由加氧反应为主转变为裂解反应为主;400~600℃生成焦炭的H/C为0.33~0.47,为芳香度和石墨化程度更高的裂解焦炭。该研究对环烷基稠油火驱开发点火及火线控制具有一定指导意义。

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。

鱼皮多肽作为水基润滑添加剂的摩擦学性能与机理研究

采用酶解和大孔树脂分离技术从渔业废弃物中提取了3种不同极性的多肽,研究了多肽在水乙二醇溶液中溶解性、摩擦学性能,并探讨了其摩擦学机理.结果表明,所制备的3种不同极性的多肽在水乙二醇体系中均具有良好的溶解性,且具有较高的热稳定性.摩擦学研究表明,多肽可显著提升水乙二醇溶液在钢/钢摩擦副间的减摩、抗磨性能,有效保护摩擦副表面,其中小极性的多肽抗磨性能最强,磨损体积比水乙二醇溶液降低55.49%,并且3种多肽均可显著提升水乙二醇的抗承载性能.多肽的分子结构中存在较多的极性基团,有助于多肽与金属摩擦副表面发生物理吸附,而且多肽在摩擦副表面还形成1层以含碳、氮有机化合物、铁氧化物为主的化学反应膜.因此,多肽优异的摩擦学性能是摩擦化学反应和物理吸附协同作用的结果.

基于传统滑雪板的可穿戴式雪上摩擦力在线测量装置研究

竞技滑雪运动中雪上摩擦阻力影响运动员比赛成绩,而雪上摩擦影响因素众多,雪上摩擦阻力评测一直是冰雪竞技运动中的一大挑战.本文中设计了1种基于传统滑雪板的可穿戴式雪上摩擦力在线测量装置,将多个三分量传感器合理布置在传统滑雪板上,通过有线连接的方式,结合数据采集卡,对3个分量的力信号进行监测、采集和保存,并通过终端电脑实时反馈力信号变化.实验室静态测试中,该装置具有稳定的力学信号输出,并给出准确的摩擦系数测试结果.在模拟雪场测试时,其能够准确地评估不同雪上减阻蜡的润滑性能及其耐磨性能,还能够监测自由式滑雪运动中的犁式制动和犁式转弯等常规技术动作.该装置输出的力信号具有高精度和高灵敏度特性,为滑雪运动中雪上减阻蜡的性能评价、运动员施力动作监测等给出了1种可行方案.