碳材料在抗海洋生物污损领域中应用的研究进展

海洋生物污损一直是困扰全球海洋经济发展的重要问题之一。任何材料进入海洋环境,其表面不可避免地会遭受蛋白、多糖、细菌、海藻、软体动物等海洋生物贴附形成生物污损,不仅影响海上装备的正常运转和增加能源消耗,同时极易引起微生物腐蚀。因此,海洋抗污损新材料的开发显得极为迫切。目前碳纳米材料因具有优异的理化特性,而在海洋防腐、耐磨等工程上大量使用,其抑制海洋污损物贴附和生长的性能决定了碳材料在抗海洋生物污损领域具有广阔的应用前景。综述了石墨烯、类金刚石、金刚石、碳纳米管、富勒烯及其衍生物等典型碳纳米材料,在抗蛋白质、细菌、海藻等生物污损领域的应用现状以及抗污损机理。碳材料在海洋环境中优异的综合性能,预示其将给抗海洋生物污损新材料的开发和应用带来更多的机遇和可能。

海洋环境钛金属的应用现状及其防护技术研究

钛金属具有优异的耐海水和海洋大气腐蚀性能,因此在海洋装备中有广泛应用。但是钛金属在严酷海洋环境中应用表现出一些不足之处,如耐磨蚀性能差、易生物污损和电偶腐蚀等问题,严重影响了钛金属结构件的长寿命和安全可靠服役。介绍了钛金属在海洋环境中的应用现状,揭示了存在上述不足问题的本质原因。如海洋环境磨损与腐蚀的交互作用导致耐磨性能差的钛金属磨蚀损耗加剧,钛金属良好的生物相容性使其产生严重的生物污损,钛金属相比于其他金属具有较高的正电位,在介质环境中与异种金属偶接时作为阴极被保护从而加速偶接合金的腐蚀。鉴于钛金属优异的海洋耐候性,其在海洋环境中的应用必将越来越广泛,但是合适的表面处理和涂层防护是必不可少的。综述了国内外钛金属在海洋环境应用相关防护技术的研究现状,并对海洋环境中钛金属表面防护技术的发展方向和趋势进行了展望:金属陶瓷涂层和可控纳米结构氧化物陶瓷涂层是海洋环境钛金属运动部件耐磨蚀保护有效的技术手段;防污剂释放型和纳米缓释涂层技术是实现钛金属长效防生物污损很有前途的技术方法;钛金属表面低导电表面改性层的设计和制备可降低与其接触异金属的电偶腐蚀速度。

一种新型多功能助剂在聚丙烯/滑石粉复合材料中的应用

将自制新型多功能助剂DZHA-200应用于聚丙烯/滑石粉复合材料中,在表征了DZHA-200熔融和耐热性能基础上,考察了该助剂对复合材料的加工性能、滑石粉的分散性能以及宏观性能的影响。结果表明,与市售分散剂乙撑双硬脂酰胺(EBS)相比,DHZA-200更有利于提高复合材料的加工性能,提高了滑石粉在聚合物基体中的分散效果;当DZHA-200用量为1份(质量份,下同)时,复合材料的熔体流动速率、拉伸强度、断裂伸长率、简支梁缺口和非缺口冲击强度分别提高了53%、5%、27%、6%和18%,而复合材料的弯曲性能变化不大。

新型分散剂在PP/玻璃纤维/硅灰石复合材料中的应用

选择五种新型结构的分散剂(DZHA–200,DZHA–17,JWF–EBA,JWF–EBC,JWF–EBM),考察分散剂对聚丙烯(PP)/玻璃纤维/硅灰石复合材料加工性能、宏观性能及分散性的影响。实验结果显示,1份分散剂的引入可明显提高和改善复合材料的加工性能、宏观性能和分散性。当加入1份分散剂DZHA–17时,复合材料的熔体流动速率约是未加分散剂时的5.5倍,挤出机扭矩和电流分别降低到7.4 N·m和35 A。断裂伸长率、缺口冲击强度和60°条件下的光泽度也明显提高。五种新型结构分散剂在聚合物复合材料中都显示出润滑性、分散性和偶联性等多功能性,但它们对聚合物复合材料性能影响程度有一定区别。

生物基六方氮化硼分散液在环氧复合材料中的应用

六方氮化硼(hBN)是具有良好机械性能、高导热性和优异润滑性能的新型二维纳米材料,它具有增强聚合物纳米复合材料的潜力。将hBN均匀分散于生物基环氧单体糠醇缩水甘油醚(FgE)中,采用TEM和AFM对其在FgE中的分散状态进行了表征,成功制备了低于10层的hBN纳米片分散液。将FgE-hBN分散液作为环氧树脂的活性稀释剂,在不使用任何有机溶剂作稀释剂的情况下,制备了FgE-hBN/环氧复合材料。研究结果证明,在FgE-hBN的存在下,环氧树脂的疏水性、耐热性能、机械性能以及耐摩擦性能均得到极大提升。环氧树脂性能的提高主要归因于良好分散的hBN纳米片自身具有的高疏水性、强导热性、强机械性及高润滑等优异性能。

海洋减阻技术的研究现状

船舶、舰艇、鱼雷等海中航行体在海洋经济建设和海洋国防中发挥着重要作用.海中航行体的运行速度和能量消耗率是评价其性能的重要指标.利用减阻技术降低航行体在海水中的行驶阻力具有重要意义.按减阻机理对现今重要的海洋减阻技术进行分类和总结,并详细介绍其研究现状和减阻机理,主要包括仿生减阻、微气泡减阻和疏水/超疏水涂层减阻.通过对现有海洋减阻技术的总结和分析,展望了其今后的研究重点.

海水环境中金属材料腐蚀磨损及耐磨防腐一体化技术的研究进展

随着"建设海洋强国"战略的实施,发展海洋装备、建设海洋工程成为推进和实施国家海洋战略的重要内容。鉴于海洋装备长期服役于海洋环境,因此海洋工程材料的腐蚀损伤是不可回避的关键问题,尤其是海洋装备中的运转部件,如海水泵、阀、海水液压传动系统、水下作业机器手、深海勘探和开采装备等面临腐蚀与磨损的耦合损伤。基于此,针对典型金属材料在海水环境中的腐蚀磨损失效行为及机理,综述了服役工况、腐蚀介质、电化学及材料因素对典型金属材料(如不锈钢、钛合金、铝合金、镍合金)在海水环境中腐蚀磨损性能的影响,综合分析了服役工况、腐蚀介质浓度、p H值、外加电位与材料性能之间的关系,阐明了金属材料腐蚀磨损过程中腐蚀、磨损及其交互作用。在此基础上,对比了一系列耐磨与防腐一体化涂层技术,如PVD涂层、热喷涂涂层、电镀涂层及聚合物粘结涂层的腐蚀磨损性能及典型应用,分析了耐磨与防腐一体化防护材料对腐蚀磨损性能的优化机理,以期为解决金属材料的腐蚀磨损问题提供有益借鉴。

石墨烯纸在热界面材料中的应用

热量累积问题是当前电子产品升级需要解决的首要问题,迫切需要具有优异散热性能的高性能热界面材料。基于热界面材料的发展现状,具有超薄和高垂直热导率的石墨烯纸显示出巨大的潜力。从这个角度,我们介绍了石墨烯/聚合物复合纸、石墨烯/金属复合纸、石墨烯/陶瓷复合纸和石墨烯/碳材料复合纸四种类型杂化石墨烯纸以及垂直排列的石墨烯纸结构。从热界面材料的应用角度,讨论了不同石墨烯纸的优点和局限性,提出了进一步的研究前景,以促进石墨烯纸基热界面材料的实际应用。

PEMFCs金属极板表面改性MAX相涂层的制备与应用研究进展

金属双极板是质子交换膜燃料电池系统的关键组件,但在酸性环境中易腐蚀、导电性能退化、寿命短。Mn+1AXn(MAX)相涂层作为具备金属高导电性和陶瓷耐蚀抗氧化性的材料,在改性金属双极板涂层研究中备受关注。综述了金属双极板表面防护MAX相涂层材料与应用技术的最新研究进展。MAX相涂层的制备方法多样,包括化学气相沉积、物理气相沉积、固相反应和喷涂制备等方法。针对不同的制备方法,详细描述了MAX相涂层的制备过程,并阐述了不同制备方法对MAX相涂层材料的表面形貌和微观结构间的影响变化。特别关注了MAX相涂层在质子交换膜燃料电池中的应用,并重点分析了以Ti-Al-C、Ti-Si-C和Cr-Al-C为代表的MAX相涂层。通过电化学腐蚀测试来测量涂层在酸性环境中的腐蚀速率,以及涂层腐蚀前后的界面接触电阻测试,对涂层导电耐蚀性能的变化等进行了详细阐述。同时,对MAX相涂层的导电耐蚀机制及表/界面服役损伤机理进行了深入分析。从涂层的元素组成、晶体结构和第一性原理等方面,揭示了涂层中元素分布和相互作用对导电性能的影响。此外,还分析了晶化程度、钝化膜成分差异和原子取向等因素对涂层耐蚀性能的影响。最后,围绕目前双极板表面MAX相涂层在实际应用中存在的问题进行了探讨,并提出了未来研究的重点方向。

壳聚糖微球的制备及其在药物载体中的应用

壳聚糖因其具有良好的生物学特性而成为药物载体研究的热点。药物经壳聚糖负载后,不仅能够达到缓释控释的目的,还能够改变药物的给药方式,降低药物不良反应,提高药物生物利用度。本文就壳聚糖微球的制备及其在药物载体中的应用作一综述。

有机涂层/金属腐蚀无损检测技术研究进展

综述了4种有机涂层/金属体系无损检测技术(包括交流阻抗谱、X射线检测、脉冲涡流检测和超声波检测)的基本原理、使用方法和研究进展,指出了有机涂层腐蚀检测方面目前存在的问题,展望了无损检测技术的发展趋势。

应用EIS研究改性无溶剂环氧防腐涂层的防护性能和腐蚀特征

本实验使用电化学阻抗谱技术发现钢材表面不同厚度的改性无溶剂环氧防腐涂层的服役后期状态变化有所区别,主要体现在阻抗谱等效电路的不同。根据阻抗谱的变化特征,将厚度30μm涂层的服役过程划分成5个区间:初期渗水、腐蚀发生、Warburg扩散控制、腐蚀扩展、涂层失效;将厚度60μm涂层的服役过程划也分成5个区间:初期渗水、腐蚀发生和渗水受阻、Warburg扩散控制、有限层扩散控制、阻挡层扩散控制。因30μm的厚度太小,侵蚀性粒子对涂层的渗透比较容易,在涂层服役中后阶段,有向局部腐蚀和鼓泡剥离发展的倾向,防护性能持续下降,腐蚀指标持续上升。厚度60μm的涂层表现出良好的防护性能,中后期涂层的保护作用和腐蚀指标能够维持稳定。厚度60μm涂层浸泡1年后最大电化学腐蚀活性区面积不到0.12%,涂层孔隙率能够保持在10^(-8)左右。以菲克第二定律为基础推导出了涂层中水扩散动力学模型,根据该模型生成的图像可以形象地体现水在涂层的三维分布和动态变化,模型理论结果与实验数据吻合。

宽温域连续润滑材料的研究进展

航空、航天及核电等高新技术产业中苛刻工况下相关运动部件的润滑和耐磨问题是影响整个系统可靠性和寿命的主要因素,因此对具有宽温域连续润滑功能的新型润滑材料提出了越来越迫切的需求。文中综述了自润滑复合材料、"发汗"润滑材料、PS/PM自润滑涂层及温度"自适应"润滑涂层的研究成果,包括润滑剂及复配的选择依据、新型润滑剂对宽温域连续润滑材料组织结构、摩擦学行为、摩擦化学反应、润滑机理等的影响,并对不同润滑剂材料体系的宽温域连续润滑材料进行了系统的总结,在此基础上展望了宽温域连续润滑材料的发展趋势。

非晶碳基薄膜材料水环境摩擦学研究进展

海洋资源的开发利用和人们对环保意识的提高促进了水润滑体系的快速发展.碳基薄膜材料以其高硬度、良好的化学稳定性、生物相容性和优异的减磨耐磨性能成为水润滑体系的最佳候选材料之一.文中综述了近年来碳基薄膜在水基润滑介质中的摩擦学性能及其润滑机理研究进展,并对碳基薄膜在水润滑体系中的潜在应用进行了展望,指出碳基薄膜将向着适应复杂多变环境的智能化及长寿命的方向发展.

环保型耐高温涂料的应用及高温褪色机理研究

利用有机硅树脂作为耐高温材料制备性能优良的耐高温涂料,通过TG、SEM、紫外积分球法等测试考察了原材料的耐热性、耐高温涂层的耐温性能以及高温煅烧后涂层的颜色变化情况,从而进一步研究耐高温涂层在高温煅烧后的高温褪色机理。结果表明:耐高温涂层在高温煅烧后,由于有机硅树脂分解为白色细小的无机SiO2颗粒覆盖在涂层表面,从而使得涂层黑度降低,颜色变浅。

石墨烯的分散及其在防腐涂层中的应用

以生物基没食子酸(GA)为原料,在碱性条件下与环氧氯丙烷(ECP)发生环氧化反应,合成了没食子酸基环氧树脂(GEP)。GEP作为石墨烯分散剂,能够将石墨烯稳定地分散在有机溶剂中,其分散浓度高达5 mg/m L,采用TEM和AFM对石墨烯的分散状态和层数进行了表征。将分散后的石墨烯以0.5%的质量分数,添加到双组分环氧树脂涂料中,制备了石墨烯环氧复合涂层(GEP-G0.5/EP)。利用Tafel极化曲线、涂层吸水率和中性盐雾测试对涂层防腐性能进行表征。结果表明:相比于纯环氧涂层,GEP-G0.5/EP涂层的极化电阻和耐盐雾性大大提高,涂层吸水率下降0.22%。

石墨烯在纤维导电涂层中的应用进展

导电复合纤维目前不仅应用于传统的工业与民用业,在电子产品、运动传感以及医学领域也显现出巨大的潜力。其中导电成分被覆型的导电复合纤维,制备工艺简单并且导电性良好。石墨烯自身具有优异的导电性能,经改性或与其他导电材料复合后作为导电涂层被覆在纤维表面制成导电复合纤维逐渐成为研究的热点。结合近期国内外的研究状况,综述了石墨烯在纤维导电涂层中的应用进展。

石墨烯及其衍生物在抗菌纤维中的应用进展

石墨烯及其衍生物抗菌性能的发现,为抗菌纤维的研究开辟了新的方向。介绍了石墨烯及其衍生物的抗菌机理,石墨烯在抗菌纤维中的应用,展望了抗菌纤维的发展。

石墨烯重防腐涂层在国网输电铁塔防护的应用研究

石墨烯是一种新型二维层状结构的碳材料,具有高长径比、优异的阻隔水汽、导电、导热和化学稳定性能,使其在重防腐涂料领域具有广泛的市场应用前景。目前国家电网输电铁塔基材主要采用碳钢基底,表面通过镀锌对基材进行防护,取得良好防腐效果。近年来随着大气污染加重,特别是工业大气腐蚀区和沿海海洋大气腐蚀区,由于酸雨(主要成分是氮氧化物和硫氧化物)和腐蚀性氯离子的耦合作用,镀锌层腐蚀失效和脱落严重,甚至出现腐蚀穿孔现象,严重影响国家电网安全稳定输电。主要介绍中国科学院海洋新材料与应用技术重点实验室功能涂料研究团队在石墨烯基重防腐涂料的防腐机理与现场示范工程应用,并分享了涂料开发与施工经验。王立平研究员领导的功能涂料团队在石墨烯高效物理分散技术、石墨烯防腐阻隔机理和石墨烯基重防腐涂料环境适应性评价方面取得重要研究成果,通过实验室小试、工厂扩试和国网浙江省电力公司宁波供电公司示范工程应用结合的方式,首次将石墨烯新材料应用到国家电网输电铁塔防腐实践中,并取得良好的防护效果。

质子交换膜燃料电池金属双极板改性碳基涂层技术研究进展

对比了碳基涂层改性金属极板、未涂覆的金属极板和传统石墨极板性能的优劣,阐述了碳基涂层在优化金属极板导电耐蚀性能方面取得的最新成果,以及在质子交换膜燃料电池(Proton exchange membrane fuel cells,PEMFCs)环境长期运行后,碳基涂层出现性能失效及寿命受限等问题。通过分析影响碳基涂层性能的因素,指出由于非晶碳材料设计、微观结构等对其性能影响规律的系统化研究不足,导致非晶碳涂层/金属极板损伤及退化机理不明确。重点阐述了国内外关于PEMFCs金属极板改性碳基涂层材料技术的研究进展,包括调控本征碳基涂层(a-C)微观形貌优化涂层性能;采用理论计算与实验相结合的方法制备金属掺杂碳基涂层(a-C:Me),解决涂层与特定金属基体间粘附性差、压应力高等问题;设计多层结构碳基涂层以减少贯穿性缺陷。探讨了几类涂层失效机制,并对金属极板改性用碳基涂层技术进行了展望。