颜料润湿性能的研究(1) 炭黑——液体体系前进接触角与浸湿功的研究

作者由Poiseiulle公式导出改进了的Washburn方程,浸湿粉层的液体重量平方(m~2)为时间(t)的直线函数。测定四氯化碳、甲苯,苯,二甲苯及二甲苯分散剂溶液对炭黑粉末柱体的浸湿速度,据导出的方程式计算其前进接触角(0)和浸湿功(Wi)。在计算时选择苯为标准液(θ=0°),其表现毛细管半径cr=2.33×10~(-5)cm。实验结果表明,随着分散剂浓度的增加则接触角减小和浸湿功增加,而表面张力变化甚微。由此可见,炭黑可湿性的增强主要是由于分散剂在炭黑表面上形成吸附层所引起的。     

硅-硅直接键合界面上SiO2的非稳定性

对硅一硅直接健合界面上的SiO2进行了研究。借助高真空的AES和高分辨率的SEM显微分析观察到界面上的SiO2化学组成为非化学计量比的SiO1.5,以类球形小岛状均匀分布于键合界面上,平均半径远大于界面自然氧化层。对界面SiO2的理论分析表明,为了降低界面自由能,界面SiO2必然最大限度地减少其表面积,从而以类球形小岛分布于界面上,其平均半径至少大于自然氧化层的1.5倍。假定平衡界面因子为12时,同时考虑氧扩散引起的SiO2融解和界面自由能减小引起的成核长大效应,理论计算与实验结果相吻合。     

纳米Ni/SiO_2核壳结构粒子的制备和表征

采用微波多元醇法制备了纳米Ni粒子,再通过水解正硅酸乙酯(TEOS)得到SiO2,实现对纳米Ni粒子的表面包覆,形成Ni/SiO2核壳结构。通过X射线衍射和透射电镜对包覆前后的粒子进行了观察分析。结果表明,微波多元醇法制备的Ni纳米粒子平均粒径100 nm,分散较均匀;包覆后的Ni粒子表面有一层非晶态的SiO2壳层,壳层的厚度随TEOS的浓度增大而增加。     

盐酸沉淀法制备纳米SiO_2/粉煤灰微珠复合颗粒

以工业级粉煤灰微珠和模数为3.3的水玻璃溶液为原料,采用盐酸沉淀法,利用非均相形核沉积原理,在微米级粉煤灰颗粒表面包覆一层纳米SiO2颗粒.通过扫描电子显微镜、X射线衍射仪、傅里叶转换红外线光谱仪等对包覆产物进行表征,制备得到了具有"核-壳"结构的微珠/SiO2复合结构颗粒,同时SiO2包覆层是以Si-O-Si键的形式结合于微珠表面并不断生长.对这种二级结构复合颗粒进行有机疏水改性,通过"涂敷法"构建超疏水性表面,表面平均接触角为152.4°,达到超疏水性能要求.     

固体与液体接触角的测定

当把毛细管插入石蕊水溶液时 ,由于液体表面张力和浸润现象共同作用的结果 ,产生了毛细现象 ,液面呈凹球面。从凹球面与固体表面切点分别作这两个面的切线 ,这两条切线通过液体所成的角度称为接触角。根据朱仑公式 ,接触角决定于液体的密度 ρ、液体表面张力系数α、液柱高度h、毛细管的半径r以及重力加速度 g。液体密度值近似取 ρ =10 0 0kg/m3 ,表面张力导数直接采用焦利称实验测量的结果α =(6 .6 5± 0 .0 5 )× 10 -2 N/m重力加速度直接采用单摆实验的测量结果 g =(9.6 5± 0 .0 6 )m/s2 。而使用读数显微镜直接测量彩色液柱上下两个面的坐标 y1,y2 和左右两侧的坐标x1,x2 来计算液柱高度h =y2 - y1和毛细管半径r=(x2 -x1) / 2。利用朱仑公式给出了固体和液体接触角的间接测量结果和不确定度的评定结果 ,并对实验结果进行讨论     

PVC建筑膜材的表面处理及其亲水性能研究

为制备具有亲水和防污自清洁性能的PVC建筑薄膜,在经低温等离子体改性的PVC薄膜表面涂覆SiO2作为隔离层,然后采用旋涂法将TiO2涂覆于薄膜表面,制备得到PVC/SiO2/TiO2复合膜。利用XRD、FTIR、SEM、EDS等测试手段对复合膜的形貌和结构进行表征,并用接触角测试仪测定了其亲水性能,经紫外光照后,复合膜的接触角由42.2°降为10.9°,结果表明TiO2层的涂覆大大地提高了PVC薄膜的亲水性能。     

疏水性有机-无机SiO2复合薄膜的制备及性能研究

以正硅酸乙酯为主要原料,用长链三甲氧基硅烷CnH2n 1Si(OCH3)3(n=7~12)取代含氟有机硅烷,采用溶胶凝胶法制备了无氟疏水性纳米SiO2复合薄膜.利用差热热重分析研究胶体特性;利用分光光度计对胶体进行红外光谱分析;采用扫描电子显微镜检测了薄膜表面质量,利用划痕法和盐雾腐蚀对薄膜进行了附着力和腐蚀试验.结果表明,为避免疏水功能团-CH3被破坏,薄膜的热处理温度应低于300℃,热处理后薄膜中的SiO2含量增加.对基材采用多层涂覆及逐层热处理,可提高薄膜疏水性能,平均接触角达到110.2°.薄膜附着力达到GB1720-88相应一级,具有良好的防腐蚀性能.     

TiO_2薄膜的亲水性及光催化自清洁效果

以溶胶-凝胶法为基础,在普通玻璃表面制备了具有纳米尺寸气孔、纳米及微米尺寸复合气孔结构的TiO2薄膜或TiO2/SiO2复合薄膜,并考察了它们的亲水性能及表面经空气中灰尘污染后,其超亲水性能在紫外光照射下的恢复能力。所有纯TiO2薄膜于制备后测试的表面水接触角均达到0°。SiO2的掺杂量较小（10%）时,SiO2的掺入增大了薄膜的水接触角,但随着SiO2掺杂量的增大,接触角减小,可达到超亲水效果。表面污染的薄膜经紫外光照射后,其超亲水性的光致恢复能力基本不受前驱体溶胶的陈化时间、SiO2掺杂浓度、表面形态的影响,但与薄膜的光催化活性有关。4层以上的薄膜或带有SiO2中间隔离层的薄膜由于可以抑制玻璃基底中Na＋扩散至薄膜表面,光催化降解灰尘污染物的能力较高,紫外光照射后均能恢复其超亲水性能。     

PVC建筑膜材的表面处理及其亲水性能研究

为制备具有亲水和防污自清洁性能的PVC建筑薄膜,在经低温等离子体改性的PVC薄膜表面涂覆SiO2作为隔离层,然后采用旋涂法将TiO2涂覆于薄膜表面,制备得到PVC/SiO2/TiO2复合膜。利用XRD、FTIR、SEM、EDS等测试手段对复合膜的形貌和结构进行表征,并用接触角测试仪测定了其亲水性能,经紫外光照后,复合膜的接触角由42.2°降为10.9°,结果表明TiO2层的涂覆大大地提高了PVC薄膜的亲水性能。     

纳米杂化氟代聚丙烯酸酯（FLDV—SiO2）乳液的性能研究

用IR、EDS、XRD、TGA等仪器研究了纳米杂化阳离子氟代聚丙烯酸酯（FLDV-SiO2）乳液的物化和应用性能．结果发现：FLDV—SiO2乳液带有正电,其ξ电位平均为＋45．26mV,主要由粒径（西）处于50～200nm和300～1000nm区间的两种乳胶粒所构成;FLDV—SiO2可在纤维表面形成一种较粗糙疏水膜,该膜包裹在纤维表面,能使处理后涤纶织物的静态接触角达到156．4°、拒水性达到100分、拒油等级达到6级;乳液用量及固化温度等对FLDV—SiO2的应用性能有影响．在乳液用量〈2g／100gH2O条件下,用FLDV—SiO2乳液处理后的涤纶织物其拒水拒油性会随乳液用量的增加而增强．另外,高温烘焙固化有利于FLDV—SiO2表现出较佳的应用效果．     

二氧化硅粉末的湿润性能与浸湿功

Through dynamic method to determine the weights of some liquids varied with time while metting the silicon dioxide powder, the contact angles, bending ratio, average capillary radius and wetting work are calculated, such as methanol, ethanol, propanol, butanol and pentanol.The result is that the average capillary radius increases with the length of carbohydrate, and the contact angle is the same except methanol.     

滴体积法测液-液界面张力

采用一套简易的界面张力测试装置，研究了用滴体积法测液一液界面张力时，对毛细管滴头内径和外径选取的原则。实验表明，当毛细管内液相不能润湿滴头端面时，在Tate公式中应采用毛细管内径进行计算，实际悬滴半径等于滴头内半径。当毛细管内液相能润湿滴头端面时，对任何待测体系均存在一个适用的滴头外径范围，应采用毛细管外径进行计算。只有所选滴头外径在此范围内，才能保证水、有机液体与玻璃间三相线稳定在滴头的外周线上。否则会使滴头外半径与实际悬滴半径不等，给测量结果造成严重偏差。     

Capillary force of a novel skew-grooved wick structure for micro heat pipes

In order to improve the capillary force of grooved wick, a novel skew-grooved wick structure was proposed for micro heat pipes. Risen meniscus experiments were carried out to research the capillary force of the skew-grooved and rectangle-grooved wick and a comparison of capillarity between the two wick structures was explored. A theoretical capillary force model of skew-grooved wick structure was also developed to calculate its effective capillary radius by comparing with the rectangle-grooved wick. From the experimental results, the maximum capillary force of the skewed-grooved wick is 8.62% larger than that of the rectangle-grooved wick. From the theoretical analysis, because the skewed-grooved wick has a smaller effective capillary radius, its maximum capillary force is 8.64% larger than that of the rectangle-grooved wick. The results indicate that the skew-grooved wick provides larger capillary force than the rectangle-grooved wick.     

Molecular Dynamics Simulation on Friction and Thermal Propertiesof FCC Copper in Nanoscale Sliding Contacts

面心立方单晶铜纳观滑动接触摩擦性能与热特性的分子动力学研究

佟瑞庭¹,韩宾²,张涛³,权泽芬⁴,刘更¹

(1. 西北工业大学 陕西省机电传动与控制工程实验室,西安 710072;

2.江苏自动化研究所,江苏 连云港 222061;

3.中国运载火箭技术研究院,北京 100076;

4.上海飞机设计研究院,上海 200232)

摘要：

在纳观滑动接触过程中,粘着效应和粘着力占主导地位,导致滑动接触表现出很高的摩擦力。绝大部分的摩擦功转化为摩擦热,而摩擦热会使纳米材料变软,并进一步影响摩擦行为,因此研究纳观滑动接触的摩擦性能与热特性具有重要意义。本文建立一个刚性圆柱压头与一个弹性基体纳观滑动接触问题的分子动力学模型。研究了不同滑动速度和不同压头半径情况下,基体的热特性以及摩擦行为。结果表明：在低速滑动时,摩擦力的波动主要是材料的熔化-凝固造成的,而在高速滑动时,材料的熔化是摩擦力降低的主要原因。随着滑动速度的增大,平均摩擦力先升高后降低,而基体的平均温度随滑动速度的增大而升高。增大压头的半径使基体温度有很大的提升,但压头半径对摩擦力的提升效应与高温对摩擦力的降低作用相互耦合,使得摩擦力仅呈现出较小程度的提高。

关键词：分子动力学;摩擦性能;热特性;纳观滑动接触

     

甲醇/水混合溶液在蝴蝶翅表面的润湿行为

使用视频光学接触角测量仪和扫描电子显微镜研究了甲醇/水混合溶液在蝴蝶翅表面的润湿行为,根据Cassie方程分析了甲醇对蝴蝶翅表面的润湿机理。结果表明,蝴蝶翅表面具有较强的疏水性(蒸馏水接触角为134.0°～159.2°)和疏甲醇性(45%甲醇溶液接触角为91.3°～128.5°)。甲醇溶液在32种蝴蝶翅表面润湿和铺展的临界体积分数分别为50%和70%。在黄钩蛱蝶(Polygonia c-aureum)翅表面,当甲醇体积分数<45%时,液滴在纳米级结构上的体相力大于表面力,液体填满纳米级缝隙,而在微米级结构上体相力小于表面力,液滴由微米级结构支撑,翅表面不发生润湿;当45%≤甲醇体积分数<65%时,液滴在纳/微米级结构上的体相力均大于表面力,液滴塌陷;当甲醇体积分数≥65%时,翅表面发生润湿,由复合接触转为湿接触。     

敞开式TBM护盾半径适应性设计

为了研究敞开式岩石隧道掘进机（TBM）护盾半径与开挖洞径的适应性问题,建立护盾与洞壁接触理论模型;基于护盾与洞壁接触间隙的变化规律,结合有限元力学性能分析和实际工况,提出护盾半径的设计方法. 结果表明：底侧护盾最下部应与最小洞壁保持5~10 mm的间隙,在水平位置附近与洞壁相切接触,护盾半径由开挖洞径上、下限共同决定;顶护盾的设计半径应比隧洞开挖半径小30~50 mm,其和洞壁的最大间隙与两者的半径差呈正相关关系,受开挖洞径大小影响微小;底护盾半径设计应保证护盾底部与最小开挖洞壁底部接触,护盾半径应比隧洞开挖半径小15~50 mm.     

轮胎与转鼓之间接触界面特性研究

轮胎室内性能试验主要是在转鼓试验机上进行,转鼓试验机表面曲率对轮胎性能有很大影响,采用改进的可变约束法,利用自行开发的轮胎专用三维非线性有限元分析软件,研究了转鼓试验机和轮胎之间的滚动滑移接触,分析了试验半径对轮胎－转鼓接触界面特性的影响,结果表明,转鼓半径对轮胎接地正应力、切应力及接地面积等都有显著影响,随转鼓半径增大,接地正应力分布趋于均匀,垂直载荷和接地印迹面积也增大,转鼓半径越大,其模拟平面路面效果越好,转鼓半径在1m以上时,半径对轮胎－转鼓接触界面特性影响效应逐渐减小。     

可伸长弹性软薄膜的毛细黏附

软薄膜的毛细黏附问题在微机电系统(MEMS)、生物系统中大量存在,同时在薄膜的生产工艺中也至关重要。研究了任意形状的软薄膜在毛细力作用下的黏附,建立了相应的能量泛函,推导出了薄膜的挠度曲线以及相应的横截条件。并针对圆形软薄膜的毛细黏附,求解其挠曲线、横截条件,从而得到其临界黏附半径。计算中引入了表征黏附半径以及表面张力、薄膜张力组合的无量纲参数,得到了薄膜能够发生毛细黏附的参数临界值。这些分析对于工程设计,以及MEMS、生物系统的毛细黏附等有一定的参考价值。     

顶空气相色谱法测定盐酸托泊替康中残留有机溶剂

采用顶空气相色谱法测定盐酸托泊替康中的残留有机溶剂。载气为氮气,检测器为FID,色谱柱为DB-624毛细管柱,柱温为55℃,检测器温度为250℃,进样口温度为250℃,测定盐酸托泊替康中甲醇、丙酮、乙腈、乙酸乙酯和二氧六环的残留量。结果显示5种溶剂达到完全分离,在考察的质量浓度范围内具有良好的线性关系,r均达到0.999,平均回收率为98.6%～99.9%。用所建立的分析方法测定盐酸托泊替康中的残留有机溶剂,结果准确、可靠。