激光选区微织构增强不锈钢表面冷凝传热

目的针对特殊润湿性表面常用的化学法修饰具有高污染、热阻大和加工周期长的缺点,采用无化学的激光选区微织构技术增强不锈钢表面冷凝传热性能。方法用纳秒脉冲光纤激光正交扫描微织构不锈钢表面,获得正方形网格沟槽-凸起结构的超亲水表面,在电热恒温干燥箱中热处理降低其表面自由能,获得接触角156.7°与滚动角4.2°的不锈钢超疏水表面。然后对超疏水表面进行激光二次微织构,制备出楔形超疏水-超亲水选区微织构表面。通过SEM、XPS及三维光学显微镜分析表面形貌、化学成分及三维轮廓。对比单一超亲水、超疏水及原始表面,测得试样背面温度、冷凝水量和冷凝液滴平均脱落直径,根据相关冷凝传热理论公式计算出四种试样的表面冷凝传热系数。结果冷凝实验表明,楔形选区微织构表面冷凝传热系数可达到(159.7±1.8) W/(m~2·K),其表面冷凝液滴平均脱落直径达到1.2 mm,约为单一超疏水表面冷凝传热系数的2.0倍,冷凝液滴平均脱落直径为全超疏水的55%。结论选区微织构表面超亲水楔形通道对液流有自驱动作用,使冷凝液快速汇聚后脱离冷凝表面,这一选区微织构图案相比单一原始、超亲水及超疏水表面拥有更好的冷凝传热效果;同时表面冷凝液滴平均脱落直径减小,从而具有更高的冷凝传热系数。     

表面润湿性对微通道界面减阻特性的影响

目的降低微通道的流动阻力。方法借助激光加工、自组装技术和化学涂覆技术,在Si基底上制备了3种不同润湿性的表面,通过组装获得具有不同润湿性壁面的微通道。采用微观粒子成像测速技术(μ-PIV),对构建的微通道单侧滑移流动和双侧滑移流动进行测试。结果 Si表面沉积自组装分子膜、微结构加工结合自组装分子膜沉积及构筑微结构后,进行纳米二氧化硅涂覆的接触角分别为114.6°、142.7°和155.4°。亲水壁面A与疏水壁面B、C和超疏水壁面D组成的微通道,B、C和D壁面的滑移速度分别为0.018、0.022、0.029 m/s。B-D通道的平均流速比B-C通道提高了0.85%,C-D通道的平均流速比C-C通道提高了5.25%。结论疏水壁面处均存在较明显的滑移速度,且壁面疏水性越强,滑移速度越大。当两侧壁面均为疏水壁面时,一侧壁面疏水性的提高可以增加另一侧壁面疏水性对整体减阻效果的影响,但会迫使另一侧疏水壁面的滑移速度减小。流场中最大速度位置会偏向疏水性较强的一侧壁面,且两侧壁面润湿性的差距越大,其偏离距离越大。     

修饰不同微结构对疏水性表面浸润性的影响

目的研究修饰微结构对疏水性材料表面浸润性的影响并指导制备超疏水表面。方法基于有限元软件建立了水滴在修饰不同微结构的疏水性表面的润湿模型,通过水滴表观接触角衡量分析了疏水材料表面修饰单一粗糙结构和复合粗糙结构对疏水性提升的效果,利用硅树脂掺杂微粒制备了不同粗糙度的疏水性涂层,涂层固化后测试其实际接触角大小,并与仿真结果对比。结果仿真结果显示,对水滴接触角为100°的表面修饰单一粗糙结构后,由于微结构形成的凹槽滞留空气,阻碍了水滴在表面铺展,使得水滴在表面的接触角增大至133°。在原微结构基础上修饰更小一级的微结构后,水滴在表面的接触角达168°,材料表面达到超疏水效果。实验中,随涂层表面粗糙度的提升,水滴在表面的接触角逐渐增大,掺混两种微粒的疏水涂层固化后,表面形成复合微观结构,水滴接触角达162°,与仿真结果拟合较好。结论在疏水性表面修饰微结构可显著提升其表面疏水性,修饰复合结构后可达到超疏水效果,此方法可用于实际工程制备超疏水表面。     

超疏水微纳多级表面的可控制造及其俘能应用EI北大核心CSCD

超疏水表面在防污减阻、油水分离、生物医用等领域应用广泛,在摩擦发电蓝色能源收集领域展现出新的应用前景,但其大面积制造及结构形貌的精确调控仍充满挑战。提出光刻和模塑成形相结合的微纳多级表面的可控制造工艺,分别以光刻工艺制造的微米孔和V形孔阳极氧化铝纳米孔为微米尺度和纳米尺度模板,采用一步模塑成形工艺实现微纳多级表面的构建,并通过改变模板尺寸简易并精确调控微纳多级表面的形貌和结构尺寸。通过接触角测量仪分析发现,相比单级纳米表面和单级微米表面,构建的微纳多级表面疏水性能显著提升,并实现超疏水,静态接触角最高达158°,滚动角仅为2°。最后开展超疏水微纳多级表面在水能收集方面的应用研究,采用搭建的固-液摩擦纳米发电测试装置分析表面结构对摩擦电输出性能的影响。结果表明:相比平膜和单级微米表面,微纳多级表面由于摩擦面面积增加和疏水性能增强产生更加优异的电输出信号。当水流速度为8 mL/s时,微纳多级表面的输出电压峰值最高为46 V,短路电流峰值最高为6.3μA。提出了一步模塑成形工艺,实现了超疏水微纳多级表面的大面积、可调控制造,基于微纳多级表面构建的固-液摩擦纳米发电机有望应用于水能收集、自驱动传感等领域。     

流速和碳链长度对咪唑啉衍生物在高压CO2环境中缓蚀性能的影响

合成了5种碳链长度不同的咪唑啉衍生物以及两种碳链中带有双键的咪唑啉衍生物。通过动态失重、SEM、AFM和接触角测定等分析表征手段,研究了它们在碳钢表面上的吸附能力与疏水能力以及在高压CO2环境中在3种流速下对碳钢腐蚀的缓蚀性能。结果表明,咪唑啉碳数为21时疏水效果最好,其浓度为50,100和200 mg/L时,接触角分别为80.5°,87.8°和96.2°。通过测量力曲线,同样发现随碳链的增长,其粘附力逐渐增大,当碳数为21时,粘附力达到最大。高压釜动态失重实验表明,缓蚀剂的缓蚀性能与碳链的长度以及溶液流速有关。流速为0.3和0.6 m/s时,碳数为17时缓蚀效果最好;流速为5.5 m/s时,碳链越长,缓蚀效果越好。同样条件下,碳链中带有双键的咪唑啉的缓蚀效果总是优于碳链中没有双键的咪唑啉的缓蚀效果。     

硫醇改性超疏水铜表面的耐候性及失效机理

目的 探究户外环境中导致硫醇改性超疏水铜表面失效的因素及其超疏水性失效的机制。方法 通过化学刻蚀法在铜表面构筑纳米结构，利用正十二硫醇进行表面改性，得到具有超疏水性的铜表面。将该表面置于户外进行耐候性研究，并通过4种模拟户外环境实验探究超疏水性失效的原因，包括组合循环实验（循环条件含紫外辐射、淋雨和凝露）、紫外辐射实验、水环境实验和温度实验。结果 超疏水铜表面经过10 d的户外实验后，其接触角由初始状态的158.5°降至131.1°，表明该表面的超疏水性能已失效。经过2次组合循环实验（每次循环的时间为12 h）、20 d紫外辐射实验及30 d水环境实验后，该表面的接触角分别降至130.3°、124.5°、131.7°，表明该表面均已失去超疏水性；经过40 d高温实验后，表面的超疏水性开始失效。XPS谱图表明，在超疏水性失效后该表面不存在硫元素，即正十二硫醇已经脱离表面。结论 超疏水铜表面的硫醇分子脱落是超疏水性失效的根本原因。紫外辐射、水和高温是导致超疏水铜表面超疏水性失效的主要因素。其中，紫外辐射或水对超疏水性的破坏速度比高温快。相较于单一因素（紫外辐射、水或高温），三者的协同作用更...     

老化对PTFE/PPS复合涂层的疏水和防结冰性能的影响

目的 飞机表面涂层在服役过程中受到高温、太阳光辐射作用，容易引起微观结构的破坏，失去原有的性能。本文探究了老化对PTFE/PPS复合涂层疏水、防结冰性能的影响。方法 利用一步喷涂法在TC4基体上制备出PTFE/PPS复合涂层，使用SEM和三维形貌仪进行表面形貌分析，利用傅里叶红外光谱仪以及XPS分析涂层元素组成，在对制得的PTFE/PPS复合涂层进行高温热老化（24、48、96 h）以及太阳辐射光老化（24、48、96 h）实验后，对其进行疏水防结冰性能测试。结果 原始的PTFE/PPS复合涂层和经过24、48、72高温热老化后PTFE/PPS复合涂层的表面粗糙度分别为8.075μm、5.383μm、4.583μm、5.466μm，静态水接触角由139.70°降至132.36°、131.13°、130.36°，结冰时间由最初的346 s缩短至326 s、309 s、294 s，冰晶黏附力由最初的8.65 N增加至8.90 N、9.15 N、9.65 N。经过24、48、72 h太阳辐射光老化后，PTFE/PPS复合涂层的表面粗糙度分别为10.549μm、10.974μm、9.969μm...     

空气/液体环境下一步法制备304不锈钢织构表面的润湿性研究

表面润湿性是表面技术的研究热点。为研究不同加工环境中激光制备微织构对304不锈钢表面润湿性的影响,采用光纤激光打标机,在空气、无水乙醇环境中采用一步法制备了微织构表面,从织构形貌、织构表面化学成分分析加工环境及激光参数对304不锈钢表面润湿性的调控机理。结果表明,无织构304不锈钢表面接触角为56.89°,表现出了亲水特性;空气环境中制备的织构为微米尺度的沟槽织构,与无织构304不锈钢表面相比O原子明显增多,其表面接触角为10.61°,表现出了高亲水特性;试验所选参数范围内,无水乙醇环境中制备的织构为不规则的微纳织构,与无织构304不锈钢表面相比新增了大量C原子,其表面接触角为66.14°～117.83°,表现出了疏水特性;亲/疏水表面可以应用在微量液体的定向输运。影响304不锈钢表面润湿性的因素主要有:织构形貌,表面化学成分。该研究为304不锈钢表面润湿性调控提供了参考。     

TC4钛合金超疏水表面/超润滑表面的制备及防冷凝性防冰性能研究

目的 为研究疏水表面与润滑表面的防冷凝及防冰机理，拓宽TC4钛合金在航空航天、医疗、化工石油、船舶制造等多个领域的应用。方法 采用阳极氧化法，在TC4表面构建了不同粗糙微结构，利用扫描电镜和原子力显微镜分别对表面形貌和粗糙度进行表征，对表面进行氟化和注油后，应用接触角测量仪测试表面的接触角、滚动角和滑动角，并在恒温恒湿箱内对氟化超疏水TC4表面和注油超润滑TC4表面的冷凝行为和结冰行为进行观测。结果 以HF溶液为电解液，10 V恒定电压下，在TC4表面制备得到了突触状微结构，20 V恒定电压下制备得到了排列有序的纳米管状结构。氟化改性后，纳米管状结构TC4表面接触角可达156.1°，滚动角为8°，表现为超疏水性。注油后的纳米管状超润滑TC4表面接触角为109.1°，滑动角为2°，表现为超润滑性。在冷凝测试中，超疏水表面出现了液滴自发滑移和自发跳跃行为。在结冰测试中，注油后的纳米管状超润滑TC4表面比其他测试样品表面具有最长的结冰延迟时间45s和最低冰黏附强度8.8 kPa。结论 超疏水TC4表面比其他测试样品表面具有更加优异的防冷凝性，进行注油润滑后，超润滑表面的防结冰性优于超疏水表面...     

仿生亲水微轨道-超疏水复合表面液滴可控定向引导研究

目的 实现液滴在超疏水表面定向可控滑动.方法 通过一种简单而有效的方法制备复合仿水稻叶亲水微轨道的超疏水表面.首先使用NaOH腐蚀铝合金表面形成微纳结构,然后浸泡硬脂酸溶液使得粗糙表面自生长硬脂酸超疏水层,最后使用纳秒激光系统去除局部超疏水层,形成用于引导液滴的仿水稻叶微轨道.利用超疏水表面的超强憎水特性及亲水微轨道的亲水性,得到水滴运动各向异性的微结构化表面.通过优化微轨道参数,改变液滴各向异性润湿及滑动特性.结果 随着相邻亲水微轨道间隔的减小,平行微轨道方向接触角也明显减小,液滴沿轨道方向的滑动阻力明显增加.当相邻微轨道间距为500μm时,达到平行亲水微轨道方向和垂直亲水微轨道方向滑动角的差值超过50°,为液滴可控定向引导最佳间距.进一步提出了具有变密度亲水微轨道和曲线排列亲水微轨道的超疏水表面,其具有在特定单方向液滴可控引导的特性,并引导水滴沿微轨道聚集到亲水末端点.通过机理分析得出,液滴在复合表面的各向异性润湿和定向滑动,是由于超疏水表面和亲水微轨道之间的表面能性质差异,以及毛细作用引起的预润湿效应等.结论 本研究制备的复合亲水微轨道超疏水表面可实现液滴定向引导,在集水、水滴混合及污渍去除等领域具有应用潜力.     

Synthesis of Cr-Al2O3 Cermet Selective Surfaces Coated by SnO2 Thin Film by Air Plasma Spraying

High efficient Cr-Al2O3 cermet selective surfaces coated by sol-gel SnO2 thin film for high-temperature application were synthesized by air plasma spraying(APS),followed further heat and polish treatment.The phase composition and micro morphology of coating samples were characterized by X-ray diffractions(XRD),scanning electron microscope(SEM)and roughmeter respectively.The solar absorptance(α)and thermal emittance(ε)were determined by optical spectrum instrument.The results show that Cr-Al2O3 cermet coating has a high absorptivity nearly 0.90.But unfortunately,the emissivity of these coatings is nearly 0.50 because of the big thickness and coarse surface prepared by APS technique.However,once coated SnO2 thin film,the composite coatings exhibit excellent selective absorbing property of α=0.89 and ε=0.12.Thus,SnO2 thin film plays a significant role in decreasing the emissivity of coatings as antireflection layer.And furthermore,the optical performance shows that more metal content and smooth surface are favorable for the selective absorbing property.Moreover,the coatings have excellent bond strength with stainless steel substrate and thermal shock resistance at high temperature.     

碳掺杂氧化钛薄膜可见光催化性能及机制研究

以四异丙醇钛为原料,用大气开放式MOCVD装置通过控制工艺参数制备不同含碳量的氧化钛薄膜.分别采用EDS、XRD、SEM、UV-VIS、罗丹明B光催化降解的方法对不同碳含量的碳掺杂氧化钛薄膜的光吸收性能以及可见光下的光催化活性进行研究.研究结果表明,随着碳掺杂量的增加,薄膜的可见光吸收和可见光催化活性均增强.     

发动机凸轮表面耐磨减摩薄膜的制备与表征

采用闭环磁场非平衡磁控溅射技术在发动机80B钢凸轮表面分别制备了类金刚石(DLC)和CrTiAlN两种薄膜,并从显微硬度、微观形貌、摩擦因数和磨损量、接触疲劳寿命等方面对薄膜进行了表征。结果表明,薄膜硬度大于凸轮基体材料,薄膜均匀致密且膜基结合良好;镀膜凸轮在油润滑下的情况下减摩效果不明显,但耐磨性能大大提升,且其接触疲劳寿命均明显提高为凸轮基体的约2.5倍。DLC薄膜由于在摩擦的过程中形成了转移膜从而具有较小的磨损量和较高的抗接触疲劳寿命,在大马力发动机上具有更广阔的应用前景。     

Effect of humid air exposure between successive helium plasma treatments on PET foils

It is well known that helium plasmas can successfully alter the surface properties of polyethylene terephthalate (PET). However, the influence of humid (atmospheric) air exposure between successive helium plasma treatment steps has not been previously examined. In this work, PET foils are treated in successive short treatment steps of 5 s with a DBD operating in helium at medium pressure (5.0 kPa). Between every plasma treatment step, the samples are either kept in the plasma chamber at 5.0 kPa under helium atmosphere or are exposed to humid air at atmospheric pressure. The plasma-treated samples are examined using contact angle measurements and X-ray photoelectron spectroscopy (XPS). Results clearly show that exposure to humid air between successive helium plasma treatment steps leads to a larger decrease in water contact angle and a more pronounced oxygen incorporation. XPS results have shown that during each helium plasma treatment, O-C═O groups are introduced on the PET surfaces. However, when the samples are exposed to humid air between plasma treatments, also C-O groups are created on the PET surfaces. These C-O groups are mainly introduced during exposure to humid air: every helium plasma treatment creates surface radicals, which can in turn react with oxygen species present in the atmosphere during subsequent humid air exposure, leading to the incorporation of C-O groups.     

反应溅射TiO/AlO和TiN/AlN薄膜的微结构与力学性能

采用Ti-Al镶嵌复合靶在Ar、N2和O2混合气体中反应溅射制备了一系列TiO/AlO和TiN/AlN薄膜,并采用EDS、XRD、TEM、AFM、SEM和微力学探针研究了薄膜的化学成分、微结构和力学性能.结果表明,随氧分压的提高,TiO/AlO和TiN/AlN薄膜中的氧含量逐步增加,氮含量相应减少,但其(Ti Al):(O N)仍保持约为1:1的化学计量比.薄膜保持与(Ti,Al)N薄膜相同的NaCl结构,并形成强烈(200)织构的柱状晶.与此同时,TiO/AlO和TiN/AlN薄膜的硬度和弹性模量也仍保持在与TiN/AlN薄膜相当的35GPa和370～420GPa的高值.由于薄膜中形成了相当含量的氧化物,这类薄膜的抗氧化能力有望得到提高.     

电弧离子镀技术及其在硬质薄膜方面的应用

从电弧蒸发源控制技术和大颗粒过滤技术出发,论述了电弧离子镀技术最近的发展成果,并总结了电弧离子镀技术在氮化物、氧化物、非晶碳等薄膜方面的技术应用进展,以期能对我国电弧离子镀技术及其在硬质薄膜方面的应用起到一定的参考作用。     

铌-铬复合溅射膜对锆合金基体的附着性

研究了铬膜和铌膜的复合对锆合金基体上制备的商流磁控溅射薄膜附着性的影响。使用扫描电镜(SEM)观察了膜层界面，用原子力显微镜(AFM)观察了膜层表而，用划痕法测定了薄膜的附着性。结果表明：膜／基界面结合良好，界面成分升降区狭窄；铬膜与铌膜组成的复合薄膜结合紧密；铬膜的组织为致密、边界孔洞少的纤维状晶粒，铬膜厚度为2μm时，晶粒仍为业微米级，但晶粒顶而已出现拱形；膜厚同为2μm时，外层1μm铌膜 内层1μm铬膜组成的复合膜的附着性分别是外层1μm铬膜 内层1μm铌膜组成的复合膜的2．35倍、2μm铬膜附着性的3倍，其原因在于膜层组织及力学性能变化、铌膜韧性好和复合顺序。因此，依靠铬膜厚度的增加米提高铬膜保护性的方法具有较大局限性，通过在一定厚度的铬膜外复合铌膜的方法则有较好的可行性。     

150吨转炉顶底复吹工艺的实践

概述了唐钢第一钢轧厂转炉顶底复吹工艺的情况,通过对转炉冶炼工艺的优化,炉渣成分的有效控制、底吹模式的优化、溅渣护炉工艺的改进,解决了炉底上涨与透气砖侵蚀的问题,提高了底吹效果,改善了钢水质量。     

类石墨碳膜的制备及其与类金刚石碳膜的区分

类金刚石碳膜的碳键结构一般以sp3为主,用离子束辅助磁控溅射制备了以sp2为主的非晶碳膜,即类石墨碳膜。分析类石墨碳膜的成分、组织结构,并通过这些结果区分类石墨碳膜与类金刚石碳膜。采用卢瑟福背散射谱(RBS)、x射线衍射(XRD)、透射电镜(TEM)、x射线光电子谱(XPS)、四点探针法(FPM)分析了成分、组织结构及电阻率,结果表明:制备碳膜的晶体结构是非晶,碳键结构以sp2为主,电阻率在10-4~10-2??m之间。证明这种非晶碳膜不同于类金刚石碳膜(sp3为主)。     

反应磁控溅射沉积纳米多孔BiVO4薄膜光催化剂:总压力和基底的影响

使用脉冲直流电源、金属Bi和V靶材,在氩气和氧气气氛保护下,通过反应磁控溅射法在不同基板上沉积纳米多孔BiVO4薄膜,然后在空气中进行后退火处理,形成具有光敏性的单斜白钨矿晶体.研究总压力和基底对薄膜晶体结构、形貌、显微组织、光学和光催化性能的影响.结果表明,在石英玻璃基底上沉积的单斜白钨矿结构于250℃开始结晶,薄膜...