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。

化学气相沉积石墨烯/铜合金制备与导电、耐磨性能研究

通过原位化学气相沉积(CVD)技术,在铜粉上包覆石墨烯,再通过真空热压技术制备出石墨烯/铜合金。研究表明:铜晶粒表面包覆了高质量的石墨烯。在铜粉表面原位生长的石墨烯均匀分散在铜晶粒的晶界处,而且石墨烯的含量低,只占0.04%(质量分数)。石墨烯/铜合金具有高的导电性能,导电率高达97%IACS。同时,石墨烯/铜合金的摩擦系数降低到0.46,与铜相比降低了38.7%。石墨烯/铜合金的磨损率降低到2.09×10^(-4)mm^(3)/(N·m),与铜相比降低了68.6%。

不同过渡层对DLC薄膜力学性能和摩擦学性能的影响

薄膜与基体间的界面结合性能是决定薄膜性能发挥的关键要素。针对类金刚石薄膜(DLC)在硬质合金上结合力差的问题,采用线性阳极离子束复合磁控溅射技术在硬质合金YG8基体上设计制备了单层W过渡层、WC过渡层、双层W过渡层和三层W过渡层4种不同W过渡层的DLC薄膜,探讨了不同过渡层对DLC薄膜力学和摩擦学性能的影响。结果表明:不同过渡层结构的DLC薄膜结构致密,界面柱状生长随着层数增加及过渡层厚度的降低而打断,有利于改善薄膜的韧性。当为三层W过渡层时,DLC薄膜的断裂韧性达到最大值6.44 MPa·m1/2;与单层W过渡层相比,薄膜硬度有小幅下降,但薄膜内应力降低了55%,且膜/基匹配性更佳,结合强度高达85N,此时薄膜具有较低的摩擦因数和磨损率,表现出比较优异的抗磨减摩性能。

VAlSiN硬质涂层的结构与机械性能

目的研究Si的掺入对VAlN硬质涂层机械性能的影响行为。方法利用双靶(V50Al50靶与Si靶)磁控溅射沉积技术,保持V50Al50靶的功率为一定值,通过控制Si靶的功率,获得Si含量不同的VAlSiN硬质涂层,分析涂层的成分、相组成、硬度及耐磨损性能。结果 Si在涂层中以Si3N4非晶相存在,Si3N4起到细化晶粒的作用,少量Si的掺入可使涂层的硬度与耐磨性能得到提升。但当Si大量掺入后,Si3N4非晶相成为涂层中的主相,导致涂层的硬度与耐磨性能出现下降。结论少量Si的掺入有益于VAlN涂层机械性能的提升。

冷喷涂技术在生物医学领域中的应用及展望

冷喷涂技术(cold spray technology)是一类赋予材料表面特殊性能的重要手段。概述了冷喷涂技术在制备温度敏感生物材料加工领域的优势,并重点综述了利用冷喷涂技术制备的典型生物材料。目前,冷喷涂沉积永久性植入金属材料,如Ti合金、Fe基合金、Co-Cr合金和可降解金属材料Mg合金等技术相对成熟。近年来随着冷喷涂技术的发展,有效解决和拓展了用于医疗器械表面改性的涂层材料体系,如冷喷涂制备高分子材料超高分子量聚乙烯(UHMWPE)涂层,以及高密度聚乙烯(HDPE)和聚醚醚酮(PEEK)表面冷喷涂制备生物涂层。最值得关注的冷喷涂或真空冷喷涂技术制备陶瓷涂层,如羟基磷灰石(HA)、羟基磷灰石-石墨烯(HA-graphene)以及二氧化钛(Ti O2),在生物医学领域应用具有突破性进展。同时归纳了冷喷涂技术在生物医学领域的研究现状和问题,虽然在针对冷喷涂生物涂层的微观结构、力学行为、腐蚀抗力等方面取得了一定成果,在组织工程、抗菌材料等领域也取得了尝试性突破,但尚缺乏系统的冷喷涂涂层生物学性能表征,涂层与细胞/组织相互作用机理还不明确,相关的临床研究欠缺。最后,在此基础上,展望了未来生物材料朝功能化和个性化医疗方向的发展方向。冷喷涂技术在功能化载药涂层的低温制备和个性化医疗器械增材制造等领域将有更大的应用空间,并给新型生物材料的表面改性带来更多机遇和可能。

含石墨烯胞室结构的铜复合材料及其耐腐蚀性能

目的开发一种石墨烯在铜基复合材料中的均匀分散结构,制备出兼具高导电和强抗刻蚀性能的石墨烯/铜复合材料。方法采用化学气相沉积原位生长法结合分散剂工艺,制备分散均匀石墨烯/铜基粉体复合材料。利用制备的石墨烯/铜粉体材料,采用真空热压工艺,制备了石墨烯/铜块体材料,然后用拉曼光谱、X射线粉末衍射仪和金相显微镜,考察石墨烯/铜试样的质量和形貌,最后用数字便携式涡流电导仪测量其电导率。利用自主设计的石墨烯/铜在过硫酸铵中刻蚀的实验装置,测试石墨烯/铜的抗刻蚀性能。结果利用石墨烯/铜粉体制备的石墨烯/铜块体和铜具有相同的(111)、(200)和(220)晶面,多层石墨烯以立体胞室结构均匀分布在铜晶粒的晶界处。石墨烯/铜块体的导电率为96%IACS,明显优于文献报道的以其他方法制备的石墨烯/铜块体,并且在过硫酸铵溶液中浸泡90 min后,石墨烯/铜块的质量损失为126.6 mg,石墨烯/铜比纯铜的抗刻蚀能力提高了37.6%,具有比铜更强的抗刻蚀性能。结论以CVD原位生长法和真空热压法制备的石墨烯/铜复合材料,石墨烯以立体胞室结构均匀分散在铜界面处,并且兼具高的导电性和强的抗刻蚀性能。

快速电化学剥离天然脉石墨制备石墨烯用于透明导电薄膜的研究

目的开发一种基于电化学剥离天然脉石墨的石墨烯量产制备工艺,并研究其剥离石墨烯的品质,最后验证以该量产石墨烯作为原料制备透明导电薄膜的可行性。方法以相同的电化学工艺剥离天然脉石墨、高定向热解石墨以及人工石墨制备石墨烯,然后用共聚焦光学显微镜(OM)、扫描探针显微镜(AFM)、拉曼光谱仪(Raman)和X-射线光电子能谱仪(XPS)考察天然脉石墨剥离的石墨烯尺寸和品质,并将其与另外两种石墨烯及基于文献报道的热/化学还原氧化石墨烯进行对比,最后以天然脉石墨剥离的石墨烯制备成透明导电膜并测量其电导率和透光率。结果以天然脉石墨通过电化学剥离得到的石墨烯主要以1—3层石墨烯为主,平均横向尺寸和厚度分别为5.9μm和2.4 nm。Raman及XPS分析表明,该石墨烯的品质可与电化学剥离高定向热解石墨得到的石墨烯相媲美,并且优于人工石墨烯和基于热/化学还原的氧化石墨烯的品质。最后以天然脉石墨烯为原料,通过界面自组装及后续的转移工艺于石英基板上制备了透明的石墨烯导电薄膜,在83.1%的透光率下,该薄膜的方阻低至13 k?/□,相对于以人工石墨经电化学剥离得到的石墨烯为原料所制备的导电薄膜有较大的提升。结论以天然脉石墨作为原料并通过电化学剥离得到的石墨烯的尺寸较大、缺陷少、官能化程度低,可应用于透明导电膜的制备,这主要归因于天然脉石墨的致密结晶性及高含碳量。

六方氮化硼导热复合材料研究进展

随着电子元器件、电力系统和通讯设备等领域的飞速发展,对散热要求也越来越高。六方氮化硼是一种性能优异的绝缘导热填料,其导热复合材料受到了越来越多的关注。该文综述了近年来关于六方氮化硼基导热复合材料的研究进展,简要介绍了其导热机理和研究现状,进一步总结了当前存在的一些技术困难,并展望了未来六方氮化硼基导热复合材料的发展方向。