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.

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。

油田化学剂中氟化物限制成分标准化检测方法研究

随着国家生态文明建设不断深入,国家环保法律法规要求日趋严格,近年来有机氟化物带来的环境问题受到越来越多的关注,部分全氟类化合物已列入重点管控污染物清单禁止使用。本文主要阐述了针对不同类型油田化学剂中潜在有机氟化物类环境风险管控成分的标准化检测方法研究。作者创新引入超声提取法,统一了不同类型油田化学剂的预处理方式;采用超高压液相色谱-串联质谱检测手段,并基于提取特征离子法,建立了油田化学剂中重点管控污染物全氟辛酸及其盐类、全氟辛基磺酸及其盐类有机氟化物含量测定方法,旨在推动相关检测方法的行业标准的建立,为油田化学剂的质量控制与环境风险管控提供高效可靠依据。

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。

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.

量子机器学习在催化化学研究中的应用

量子机器学习融合了量子化学与机器学习的优点,具有比传统密度泛函理论更快的计算速度和更高的准确性.量子机器学习可为复杂、多维、多尺度的催化化学提供更智能和有效的研究方式,通过训练可靠的数据及建立合理的模型和算法,快速、准确地预测最优的催化剂设计参数、最佳的催化剂材料的合成方法和反应条件、以及催化剂结构和性能之间的关系.作者就量子机器学习应用于催化材料的设计、催化反应性能和催化反应机理三方面的发展趋势进行了概述.

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。

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.

缓蚀型润滑防腐功能涂层的制备及防护机制研究

磨损与腐蚀的耦合作用会加剧高端装备关键运动部件的损伤失效,导致其服役寿命大幅缩减.本文中基于铬酸锶(SrCrO_(4))的缓蚀特性及聚四氟乙烯(PTFE)的低表面能和低剪切特性,结合综合性能优异的酚醛环氧树脂制备了兼具良好耐腐蚀和摩擦学性能的铬酸锶/聚四氟乙烯/酚醛环氧(SrCrO_(4)/PTFE/EPN)功能一体化复合涂层.采用摩擦磨损试验、电化学阻抗谱和极化曲线研究了SrCrO_(4)、PTFE及腐蚀摩擦介质对复合涂层的摩擦学性能和抗电化学腐蚀性能的影响,重点研究了SrCrO_(4)在酚醛环氧涂层中的缓蚀防护机理.结果表明:SrCrO_(4)缓蚀作用下基材界面发生化学反应,产生了缓蚀钝化层,能够有效提高涂层的耐腐蚀性能.尤其SrCrO_(4)添加量为树脂质量的4%时,钝化效果最佳,低频阻抗模量值和腐蚀电流密度分别为1.06×10^(11)Ω·cm^(2)和0.28×10^(-10)A/cm^(2);PTFE的引入不仅将涂层由亲水性转变为疏水性,进一步提升了涂层的屏蔽阻隔特性,使涂层被电解质溶液浸入的时间滞后了10倍,而且使涂层的摩擦学性能明显提升,相较酚醛环氧涂层摩擦系数降低约73.90%,耐磨损性能提高3.2倍;在质量分数为3.5%NaCl溶液的腐蚀介质条件下,SrCrO_(4)/PTFE/EPN复合涂层表现出更低的摩擦系数,且能够在摩擦副接触界面形成钝化防护膜,该钝化膜主要以Fe和Cr氧化物、氢氧化物或结晶水化物的形式存在,从而有效抑制对偶面由于腐蚀而产生的磨损.

润滑耐磨耐蚀功能一体化有机黏结涂层的研究进展

随着现代化装备技术的快速发展,高端机械装备服役工况变得愈加复杂苛刻,磨损与腐蚀耦合损伤加速了高端机械装备运动部件的损伤失效,导致装备服役寿命大幅缩减,带来了严重的安全问题。润滑耐磨耐蚀功能一体化有机黏结涂层克服了润滑耐磨涂层和防腐蚀涂层的单一功能局限,为解决运动部件的磨损和腐蚀问题提供了有效方案。文中首先探讨了关键运动部件面临复杂服役工况的严峻挑战、材料磨损与腐蚀耦合的损伤机制;然后分别由黏结剂、填料和润滑剂3个方面介绍了目前润滑耐磨耐蚀功能一体化有机黏结涂层的研究进展,对涂层的组成结构与力学性能、摩擦学性能、耐腐蚀性能间的构效关系进行了分析,并对不同涂层的局限性进行了概述;之后详细总结了润滑耐磨耐蚀功能一体化涂层的应用现状;最后对润滑耐磨耐蚀功能一体化涂层的发展方向进行展望。