活性炭疏水/超疏水改性技术研究进展

活性炭具有丰富的孔隙结构和表面官能团,广泛用于吸附污染环境中的各种有机物。由于活性炭表面富含亲水官能团,在潮湿环境下将优先吸附水分子,从而大幅度降低了对目标有机物的吸附容量,因此如何改善活性炭的防潮防水性能是其应用过程中亟待解决的问题。大量研究表明,活性炭经疏水/超疏水改性后,可有效隔绝水汽,显著提高其防潮、防水性能,这种特殊性能使疏水/超疏水活性炭在诸多领域都有着极高的应用前景和市场价值。基于活性炭的吸附机理,从活性炭的物理结构和表面化学性质2个角度出发,概述了活性炭的来源和形貌,着重介绍了不同的疏水/超疏水改性技术,包括高温加热处理、负载金属氧化物、有机分子改性、有机硅涂层、有机无机复合超疏水涂层的改性制备方法及相应的优缺点,并在此基础上分析了不同改性技术对活性炭的防潮、防水能力及吸附目标有机物的影响。进一步讨论了疏水/超疏水活性炭在不同领域(例如废水处理、废气处理及电化学催化等)的实际应用效果,并指出了现有技术存在的局限性,最后对活性炭的发展进行了展望。

高超声速组合发动机预冷器抗结霜涂层技术研究

为了研究高超声速组合发动机预冷器表面的结霜问题,开展了超低温冷却表面涂层技术及其抗结霜性能的研究。研究了不同温度下,不凝性气体混入、高速气流剪切对结霜过程的影响。结果表明:在-20℃,Zn O超疏水表面,可以延迟表面霜晶的形成长达7min,结霜量减少了一半。与单独加风速和单独加入甲醇的外加环境相比,外加流动剪切和甲醇的组合最能够抑制表面结霜,超疏水表面可在10min内不发生水珠的冻结。在-150℃,超疏水表面霜晶的形核率低,仍具有一定抑制结霜的效果。

金属玻璃脱合金制备高催化性能的多元掺杂纳米多孔Pd

为获得具有高催化活性的多元掺杂纳米多孔Pd,将Pd10Ni50Co20P16B4金属玻璃作为预合金,分别在H2SO4+H3PO4酸溶液和NaCl盐溶液中以不同过电位,进行了电化学脱合金处理。在酸溶液中,制得了Ni、Co和P共掺的Pd纳米多孔金属材料。该多孔金属具有三维连通的纳米多孔结构,在对甲酸的催化中表现出了良好的催化活性。与市售碳负载的纳米Pd催化剂相比,在Ni、Co和P共掺的纳米多孔Pd催化条件下,甲酸的氧化电位发生了显著负移。在NaCl溶液中,Pd10Ni50Co20P16B4金属玻璃脱合金后不能获得具有高催化活性的纳米多孔结构。

TiC弥散强化2A50铝基复合材料性能的研究

采用原位合成法制备了TiC颗粒弥散强化2A50铝基复合材料。研究了TiC对材料力学性能及耐磨损性能的影响。结果表明,加入TiC颗粒后,合金铸态组织细化,室温抗拉强度和屈服强度得到一定程度提高;高温下,合金的拉伸性能随TiC加入量增加而变化的规律与室温相似。合金中TiC颗粒的引入大大提高了合金的耐磨性能。在油润滑条件下,TiC/2A50材料的耐磨损性能远远优于其母合金以及其他典型的金属耐磨材料。

石墨烯及其纳米复合材料作为锂离子电池负极的研究进展

自2004年被发现以来,石墨烯及其纳米复合材料因其特殊的结构和优异的性能而受到广泛关注,并在锂离子电池负极方面展现出巨大的应用价值。首先简单介绍了石墨烯及其常用制备方法,然后详细介绍了石墨烯及其纳米复合材料作为锂离子电池负极材料的研究现状,并阐述了各自的优势与不足,提出了一些改进方案,最后展望了其在锂电负极的应用前景和未来面临的挑战。

B4C/Al复合材料摩擦磨损特性研究

利用无压烧结和无压浸渗工艺制备了致密均匀的B4C/Al复合材料,通过研究复合材料在保温处理前后的组织变化和磨损形貌变化,研究了复合材料的摩擦磨损特性。结果表明,保温处理可有效减少复合材料中Al和B4C的含量,并显著提高Al3BC的含量,并形成新的陶瓷相AlB2相。由于陶瓷相的增多,保温处理后的B4C/Al复合材料的硬度得到显著提高,摩擦因数更为稳定,磨损表面较光滑,磨损量极少,显示出优异的耐磨性。

金属基复合材料的原位反应制备方法

原位(In Situ)反应制备技术已成为金属基复合材料领域的研究热点。综合论述了利用原位反应技术的各种制备方法,包括自蔓延燃烧反应法、放热弥散法、接触反应法、气液反应合成法、直接熔体氧化法、机械合金化法、浸渗反应法、LSM混合盐反应法以及原位表面复合层的制备方法。分析了研究热点及难点。

AlCuCrFeNiMn高熵合金组织及硬度的研究

利用真空电弧炉熔铸等摩尔比的AlCuCrFeNiMn多主元高熵合金。扫描电镜及能谱分析表明,合金的铸态组织是典型的树枝晶,铜偏聚于枝晶间。晶间分布着大量微小颗粒,有的颗粒尺寸甚至达到纳米级。AlCuCrFeNiMn高熵合金具有高硬度与耐回火软化特性,铸态硬度为380HBW,600℃退火2h后硬度为376HBW。

高速微米颗粒冲击法制备超疏水金属表面

超疏水金属表面具有自净、耐蚀、减阻、抗结冰等独特性能,应用前景广阔。为克服现有制备工艺复杂、成本较高的局限,采用简便的高速微米颗粒冲击法,冲击颗粒为直径180μm的棕刚玉,气动喷射压力0.8 MPa,冲击时间3～7 min,冲击处理后经质量浓度为6 g/L的NaOH溶液和去离子水清洗,再经氟硅烷乙醇溶液氟化处理并烘干,成功地在金属表面构建了微纳复合结构。制备的钢表面与水滴接触角160°,滚动角2.0°,铝合金表面与水滴接触角152°,滚动角2.2°,具有超疏水性。该制备方法简便,成本低,易工业化应用。

环氧树脂基体的原位增韧技术研究进展

自20世纪初环氧树脂问世以来,其优异的胶黏性能、可加工性能、耐化学腐蚀性能等特性使环氧树脂被广泛应用于涂料、包装、电子产品的制造和封装等众多行业。近年来,环氧树脂优良的热稳定性、电绝缘性和物理、力学性能,使其作为复合材料的浸润基体在航空航天、武器装备等众多国家前沿技术领域发挥了重要的作用。采用不同新型树脂模塑传递技术对以环氧树脂为基体的复合材料进行制备与加工,得到的产品具有收缩率小、整体性均一、耐腐蚀性能优良的优点,同时可以兼顾材料对电气性能和力学性能的要求。迄今,环氧树脂在航空工业仍处于主导地位。随着世界各国航空前沿技术的竞争愈演愈烈,对航空复合材料的发展提出了更高的要求,与航空航天相关的先进复合材料制备技术也在不断丰富和完善。环氧树脂在固化时形成的三维网状立体结构,一方面显著提高了材料的物理强度、硬度,但另一方面,这种结构的形成往往伴随着过高的交联密度,进而导致材料质脆、易裂,在某些极端环境下易发生脆性断裂,限制了环氧树脂的应用和发展。因此,对环氧树脂进行增韧处理,提高最终制品的冲击强度,拓宽其应用领域,一直是航空复合材料领域的研究重点。经过多年对环氧树脂增韧改性的尝试,研究者们已取得了丰硕的成果,各种增韧方案和增韧机理的相继建立大幅拓展了环氧树脂的应用范围。目前,国内外较为成熟的对环氧树脂进行增韧的方案大多属于原位增韧的范畴,即通过在原有均匀分散的环氧树脂多相体系中引入增强相或形成一种新相,保持浸润基体内部不同相的均匀空间分布状态,最终达到对环氧树脂制品增韧的目的。其中增韧效果优异的方案主要有:(1)在环氧树脂基体中引入橡胶粒子,或是添加热致液晶聚合物、超支化聚合物、核壳结构聚合物等添加剂进行增韧;(2)通过预先设计,将环氧树脂与第二组分形成互穿/半互穿网络聚合物进行增韧;(3)添加具有特殊功能性的纳米粒子对环氧树脂基体进行增韧。对环氧树脂增韧改性的研究具有重要的理论意义和实用价值。本文对环氧树脂的发展历程进行了简要梳理,从理论研究较为成熟的宏观上对树脂体系进行增韧和近30年来发展迅速的使用纳米改性剂进行增韧两方面,对增韧效果较好的一些原位增韧技术进行了介绍,并列举了近年来报道的重要成果,同时客观评价了不同技术的优缺点。最后分析了环氧树脂增韧技术面临的问题及未来发展的方向,以期为制备轻质、高性能环氧树脂复合材料提供参考。

基于多孔黏结层的超疏水复合涂层制备及其耐磨性研究

目的提高超疏水涂层的耐磨性。方法采用底面复合方法增强超疏水涂层的附着性和耐磨性,通过发泡剂在树脂底漆表面形成均匀孔隙结构,使喷涂于底漆表面的部分超疏水纳米颗粒嵌入孔隙中,通过硬化树脂的凸起结构有效保护超疏水纳米颗粒,从而提高涂层整体的耐磨性。在摩擦磨损试验机上开展橡胶磨损测试,综合评价涂层的耐磨性能,并通过扫描电子显微镜和同轴光学显微镜对涂层表面的原始形貌及磨损形貌进行分析,通过接触角测量仪对涂层磨损前后的表面润湿性进行测试。结果当异构十六烷的质量分数为50%、预热温度为130℃、预热时间为100 s时,在底漆表面可形成较深且分布均匀的孔隙结构,基于该底漆制备的超疏水复合涂层的耐磨性相对更好。在30 N载荷下,优化涂层经橡胶磨损700次后,仍能保持较好的疏水性。结论通过发泡剂对底面复合涂层进行改进,可有效提高超疏水纳米涂层与基底之间的黏结强度;底漆表面的孔隙结构有利于超疏水颗粒的嵌入,充分利用硬化树脂的凸起结构对嵌入的超疏水颗粒进行保护,可有效提高底面复合超疏水涂层的整体耐磨性。

蒙脱土改性酚醛树脂复合材料的制备与性能研究

为提高酚醛树脂(PF)的热稳定性,利用原位插层法制备了PF/蒙脱土(MMT)、PF/有机化蒙脱土(OM-MT)纳米复合材料,并比较了PF、PF/OMMT或PF/MMT经高温热处理后的力学性能和导电性能。研究表明,与PF复合后,OMMT和MMT都形成了剥离型的片层结构。与PF/OMMT复合材料相比,PF/MMT的质量保持率更高,压缩强度也得到了明显改善。700℃热处理后PF/MMT的电阻率为2.73Ω.cm,远大于PF的电阻率(0.55Ω.cm),说明PF/MMT的耐热性得到了提高,700℃热处理后仍保留了一定的有机结构。

CuSn-P-Mo-C系烧结轴承材料性能的研究

采用粉末冶金方法制备了CuSn-P-Mo-C系烧结轴承材料,研究了压坯密度和Mo的加入量对材料性能的影响。结果表明:CuSn-P-Mo-C系烧结轴承材料中,Mo以颗粒状弥散分布在锡青铜基体上,适量的Mo可使材料的压溃强度提高,并具有较低的摩擦系数和磨损量,但随着Mo含量的增加,易产生Mo颗粒团聚,使材料性能下降;Mo含量相同的条件下,压坯密度较低,孔隙集中在试样的中间部位,而压坯密度过高,容易发生供油不足,故其应控制在合理的范围内。本实验条件下,Mo含量为2%,压坯密度在6.50～6.55g/cm3时,CuSn-P-Mo-C系烧结轴承材料性能最佳。

基于VARI工艺的吸波复合材料制备与性能研究?

通过真空辅助树脂灌注工艺(VARI)制备了以羰基铁粉(CIPs)/玻璃纤维(GFs)/环氧树脂(EP)为吸波层、碳纤维(CFs)/EP为反射层的结构型吸波复合材料。通过考察工艺窗口温度、CIPs与EP质量比(m_(CIPs)/m_(EP))、搅拌时间和酒精含量{mC_2H_5OH/m(CIPs+EP)}4个因素对树脂体系黏度、可操作时间、凝胶时间的影响,采用L_9(3~4)正交试验对VARI制备以上复合材料的工艺条件进行优化,结果表明:最优VARI工艺条件为工艺窗口温度35℃、m_(CIPs)/m_(EP)为1.5:1、搅拌时间为30 min和酒精含量为5%。通过傅里叶变换红外光谱(FT-IR)、扫描电子显微镜(SEM)和矢量网络分析仪(VNA)等现代分析技术对其化学组成、微观形貌、吸波性能进行了表征。结果表明:CIPs并未与EP形成新的结合键。CIPs颗粒呈球状,粒径为3～5μm,且CIPs颗粒均匀的分散于吸波层中,当m_(CIPs)/m_(EP)为2:1、厚度为2.5 mm的CIPs/GFs/CFs/EP复合板材在11.6 GHz处的反射损耗最大为-26.5 dB,反射损耗小于-10 dB的频宽可达3.6 GHz,具有良好的吸波性能。

基于变网格技术的枝晶组织数值模拟研究

针对元胞自动机(CA)模型采用均匀网格技术进行凝固组织模拟过程中存在计算效率较低等问题,提出了一种在固/液界面上划分细网格、在其他部分采用较大网格的变网格方法,对该模型进行改进,同时初步探讨了二维CA模型采用不同界面过渡带和粗网格系数等变网格参数时的模拟情况。研究结果表明,与均匀网格模拟相比,变网格技术可显著提高CA模型的计算效率,效率提高近60%,随着界面过渡带和粗网格系数的增加,计算精度提高。

不锈钢熔模铸造用镁基陶瓷型芯的研究

以氧化镁为主要原料,CaCO_(3)为矿化剂,添加木粉为造孔剂,采用压制成型工艺制备了不锈钢熔模铸造用陶瓷型芯。在氧化镁原料中加入CaCO_(3)矿化剂能促进陶瓷型芯的烧结,但加入量过多时,型芯的抗弯强度下降明显,而溶解溃散性的改善并不显著。加入5%CaCO_(3)矿化剂时,型芯具有较佳的综合性能。在此基础上,分别加入1%、3%和5%的木粉制备陶瓷型芯,随木粉加入量的增加,型芯的气孔率和溶解溃散性能明显提高,但也明显降低了型芯的抗弯强度。当木粉含量为5%时,型芯在醋酸溶液中溶解10 h的质量损失率达到70.12%,比未加木粉时提高了近40%,但抗弯强度下降了78%。采用添加木粉制备的陶瓷型芯浇注不锈钢试样,用浓度40%,温度80℃的醋酸溶液溶解去除型芯,添加5%木粉的型芯溶失最快,溶失速率为0.78 mm/h。本研究中型芯的溶解去除,醋酸溶液都是处于静止状态的,在实际应用中可以考虑采用搅动等方法增加溶液中的对流,促进型芯的溶解溃散。

仿生超浸润核桃壳滤料制备及其采油污水处理性能研究

目的通过对油田含油污水处理用核桃壳滤料进行润湿性改性,研究其是否能够有效提高核桃壳滤料对采出水的过滤效果,并选出最优改性方法,验证其改性稳定性和长效性。方法选用粒径为1~3 mm的核桃壳滤料颗粒,经清洗干燥后分别用含氟的超双疏改性液、含辛基硅烷的超疏水超亲油改性液,以及含气相二氧化硅和环氧树脂的超亲水改性液进行润湿性改性,随后对其润湿性分离性能进行评价,并选出最优改性方案,研究改性后滤料的实地服役能力。结果以核桃壳滤料为基础,通过表面修饰改性方法制备出具有超疏水/超疏油、超疏水/超亲油、超亲水/水下超疏油特性的核桃壳滤料,并通过过滤实验比较了未处理核桃壳滤料和这3种滤料的过滤效果,其过滤效率分别为57.62%、65.77%、61.26%、84.01%,反冲洗液的含油量分别为487.1、172.4、505.8、786.4 mg/L,超亲水/水下超疏油滤料的过滤效率和反洗液含油量最高,表明超亲水/水下超疏油核桃壳滤料可以提升过滤效果,并增强其反洗能力,可作为填充滤料;现场试验结果表明,经超亲水滤料过滤后的水质显著改善,浊度最高降低了83.4%,反冲洗周期≥24 h,展现出良好的应用价值和潜力;进一步探究了核桃壳滤料粒径、滤柱高度、过滤批次等参数对过滤效果的影响,明确指出若要达到较为理想的过滤效果,需对滤料进行级配,且填充高度需合理。结论超亲水/水下超疏油滤料的过滤效率和反洗液含油量最高,可以提升过滤效果,并增强反洗能力,能够有效改善油田采出水现场过滤表现。

Sn诱导Al−4Cu合金中θ′相向θ相的相转变机制及其对合金高温强度的影响

通过显微组织观察和拉伸试验研究添加0.02%Sn(质量分数)对Al−4Cu合金在573 K高温热暴露过程(100 h)中θ′向θ相转变机制和高温强度的影响。研究结果表明,Sn微合金化能完全改变Al−4Cu合金在持久热暴露过程中θ′相向θ相的相转变机制。在未添加Sn的Al−4Cu合金中,棒状θ相在粗化后的盘状θ′相的表面形核和生长。然而,当添加少量Sn后,θ相首先在β-Sn颗粒上异质形核,然后形成粗大的针状相。由于Sn微合金化能提高Al−4Cu合金中θ′相的数密度并降低其尺寸,因此,Al−4Cu合金在T5状态下的室温和573 K高温下的屈服强度得到显著提高。然而,Sn微合金化能同时促进持久热暴露过程中θ′相向θ相的转变,导致Al−4Cu合金在热暴露后的高温(573 K)强度显著降低。

基于变网格技术的凝固组织模拟研究

针对均匀网格技术在采用元胞自动机(CA)模型进行凝固组织模拟过程中存在计算效率较低等问题,提出一种在固/液界面上划分细网格、在其他部分采用较大网格的变网格方法,对该模型进行改进,同时初步探讨了二维CA模型在采用变网格技术时的模拟情况。研究结果表明,与均匀网格模拟相比,变网格技术可显著提高CA模型的计算效率,效率提高近50%。

不同掺Ag含量下高温(800℃)沉积CrN/Ag涂层的组织结构及其性能

为研究高温下掺入Ag的CrN涂层的组织性能,在沉积温度为800℃的条件下采用直流反应磁控溅射技术制备CrN/Ag硬质涂层。采用扫描电镜(SEM)、EDS能谱仪、X射线衍射(XRD)和维氏硬度计,综合分析了800℃沉积温度下,对不同Ag掺杂情况下CrN/Ag涂层的组织结构和性能特点,以及700℃热处理工艺对其的影响。结果表明,Ag添加导致CrN晶相生长由(200)择优取向向无择优取向转变,并使得CrN/Ag涂层表面粗糙化;少量Ag(7%(原子分数))添加可提高涂层硬度,过多Ag(21%(原子分数))添加明显降低涂层硬度;高温热处理(700℃/1h)后,纯CrN涂层的氧化并不明显,但是,随Ag含量增加,涂层氧化程度逐渐增加,且在高Ag(21%(原子分数))涂层中Ag溢出现象显著;涂层氧化及Ag溢出导致涂层硬度显著降低。