纳米结构表面有助于飞机表面除冰

飞机表面结冰经常会导致飞行事故,防止结冰和除冰的方法有:用除冰材料,如盐或乙二醇喷洒表面;表面材料间设置加热线圈;表面敷超疏水涂层(Superhydrophobic coating)。超疏水涂层能使水成珠状,而不沿表面漫延,还可设想用此类涂层防止表面结冰。麻省理工学院(Massachusetts     

环氧树脂/SiO2涂层混凝土表面主动抗凝冰性及除冰性能研究

目的 了解超疏水涂层混凝土路面的抗凝冰性能,克服混凝土路面除冰困难问题。方法 将环氧树脂与无水乙醇混合得到涂料底层,纳米二氧化硅与无水乙醇混合得到涂料面层,分别将涂料底层和面层喷涂于混凝土表面,制备了一种由环氧树脂及二氧化硅纳米颗粒组成超疏水涂层。利用水滴在超疏水表面易滚落的特性来减少低温下混凝土表面的结冰量。同时由于混凝土表面存在超疏水涂层,混凝土表面与结冰接触面之间存在一层空气膜,可大幅减小路面冰层与混凝土接触面间的粘附力,达到易除冰的目的。结果 制备的超疏水涂层有良好的超疏水性,静态水接触角达到152°±1.9°,滚动角约为4°±1.2°;在–20 ℃下,冷冻2 h仍能保持超疏水性;同时,还能大幅度降低混凝土的渗水率。与普通混凝土相比,超疏水涂层混凝土表面的结冰量明显减少,并且冰层与混凝土表面的粘附力仅为普通混凝土的14%,结冰更易清除。结论 超疏水涂层能很好地改善混凝土表面的抗结冰性能,减少混凝土表面结冰量,降低冰层与混凝土表面的粘附力。     

激光加工超疏水表面抗结冰性能研究进展

在低温环境中，表面结冰会严重影响户外装备的运行效率和安全，基于疏水材料的新型被动式防除冰方法引起了广泛关注。超疏水表面凭借其优越的拒水、抑制冰核形成和降低冰黏附强度等能力，在防除冰技术领域表现出广阔的应用前景。激光加工技术具有高效率和灵活性，成为制备超疏水表面的有效方法，并被进一步用来研究表面的抗结冰性能。首先，概述了固体表面润湿理论和结冰机理。其次，综合评估了激光加工超疏水表面的抗结冰性能，包括静态水滴延迟结冰时间、动态水滴累积、冰黏附强度、延迟结霜与抗冻能力、表面积冰与除冰等方面。静态水滴延迟结冰时间受到水滴与表面接触界面的成核速率和传热速率的影响，动态水滴累积与表面润湿性密切相关，冰黏附强度反映了表面对冰的附着性和除冰的难易程度。超疏水表面具有显著的延迟结冰能力，但在低温高湿条件下，表面的超疏水性可能会减弱，甚至失效。除冰过程也可能破坏超疏水表面的微观结构，进而影响其持续的抗结冰性能。最后，对超疏水表面激光加工与抗结冰性能的未来研究方向进行了展望。     

硅橡胶粉末/环氧树脂超疏水涂层的制备及其在架空导线抗结冰中的应用*

架空输电线路导线在服役过程中经常会受到覆冰影响,引发安全事故,我国是发生输电线路覆冰事故较多的国家之一, 为此针对架空导线开展抗结冰工作对保障电力系统安全运行具有重要意义。利用废旧硅橡胶复合绝缘子伞裙制备一种超疏水粉末,与环氧树脂按一定比例喷涂在玻璃基底上制备超疏水表面,其水接触角可达 154°。将制备的粉末喷涂在钢芯铝绞线表面上,对其自清洁、抗结冰及表面耐久性进行测试。研究结果表明：在低温环境下具有硅橡胶粉末 / 环氧树脂超疏水涂层的导线相比原始导线具有更好的抗结冰性能,在相同环境温度下,相同时间内其结冰量只有原始导线的一半,可以有效延缓结冰,且在光照、腐蚀、反复除冰的环境下,也具有抗冰耐久性。该制备方法简单可行、效率高,能实现废旧材料的循环利用, 可进一步应用于生产实践。     

超疏水涂层在沥青路面上的抗凝冰性能分析

目的 分析超疏水涂层在沥青路面应用时的抗凝冰性能,解决中国北方和高海拔地区路面结冰易引发交通事故的问题。方法 以疏水纳米SiO2粉末和聚氨酯改性聚硅氧烷为主要材料,制备出超疏水SiO2/聚硅氧烷复合溶液,使用浸涂法在沥青马歇尔试件表面形成超疏水涂层。分析涂层的耐磨性、透光性、化学稳定性、疏水性等,同时模拟雨滴结冰试验、落锤除冰试验、低温抗冻试验,评价超疏水涂层的耐磨性、透明性、耐酸碱腐蚀性、抗凝冰性、易除冰性和低温抗冻性,并通过扫描电子显微镜对涂层表面形貌进行分析。结果 当制备的超疏水复合溶液中纳米SiO2的质量分数为7.5%时,涂层的透光率为76.3%,水滴的接触角能达到160.9°±0.7°,即使试件表面被雨水冲刷5 h,依旧可以维持一定的疏水性能。在低温箱中,将完整的试件与表面磨损的试件同时放置在?20~0 ℃环境下1 h,完整试件的接触角仍大于150°,表面磨损的试件也能保持一定的疏水性能;在?5 ℃的低温箱中,将水滴匀速喷洒在完整的超疏水沥青混凝土试件和磨损试件表面,以模拟结冰,发现完整试件表面未出现结冰现象,磨损试件表面有少量结冰;即使超疏水沥青混凝土试件表面结冰,通过“落锤”试验模拟行车荷载对试件表面冰层进行冲击,冰层也可轻易除去。除此之外,使用Abaqus软件模拟超疏水沥青路面的除冰机理,对模型仅施加车辆荷载,计算得到冰层内部的最大拉应变为3.25×10^?4,最大剪切应变为4.25×10^?4,均大于冰层的极限破坏拉应变(2.2×10^?4)和极限破坏剪切应变(2.4×10^?4)。结论 纳米SiO2粒子在涂层表面团聚形成了微纳粗糙结构,使涂层具有超疏水性。涂层的超疏水性可以降低水与路面之间的黏结力,使水滴落在超疏水沥青混凝土涂层表面时即刻滚落,有效减小了路面的结冰量,提高了沥青路面的抑冰、除冰性能。     

耐用铝基超疏水涂层的机械稳定性及抗结冰性能

通过简单的一步喷涂法,以成膜树脂和疏水纳米粒子为材料,构建具有优异机械稳定性和抗结冰性的无氟耐用超疏水涂层（RSHC）。方法 以有机硅树脂（SI）和环氧树脂（EP）为成膜物质,掺入具有疏水性的SiO2复合尺度纳米粒子,采用一步喷涂法制备涂层。采用接触角测量仪等测量涂层的表面浸润性,通过线性摩擦实验、胶带剥离实验、射流冲击实验等测定涂层的机械稳定性,通过静态结冰实验、低温弹跳和冻雨实验等测定涂层的抗结冰性能。结果 制备的涂层表现出优异的超疏水性,其接触角为158°4°,滚动角为8°0.6°。当有机硅树脂、环氧树脂和SiO2纳米粒子的质量比为2.8∶1.2∶1时,涂层表面在具有良好疏水性的同时仍具有极佳的力学性能。线性摩擦实验结果表明,涂层具有良好的耐磨损性能,经过100次摩擦循环后,其表面水滴接触角仍可达到157°;胶带剥离实验结果表明,涂层与基底间具有坚实的附着力,在测试20次后其表面的水滴接触角仍保持大于150°;射流冲击实验结果表明,涂层具有一定的抗冲击性,在射流冲击30 min后涂层的表面接触角未明显减小。此外,覆盖涂层的基底具有优异的静态结冰延迟性能和动态防覆冰性能。在静态结冰实验中,涂层表面液滴的结冰时间延迟了约7倍;在低温弹跳和冻雨实验中,滴落的水滴能从表面完全弹起滚落,并且在低温冻雨环境中其表面可以保持无覆冰。结论 制备的耐用超疏水涂层具有良好的疏水性、机械稳定性和抗结冰性能,对耐用超疏水涂层的研究及实际应用具有一定的参考价值。     

低冰粘附力涂层的设计与制备技术研究进展

基于飞机快速、高效除冰的目的,设计与制备低冰粘附力的涂层,以期实现较低(甚至超低)的冰层粘附强度,减轻对现有高能耗主动防/除冰技术的依赖程度.总结了现有疏冰涂层的发展历程,基于不同涂层的防覆冰机理,以冰粘附性能或除冰外力作为主要技术指标来评估涂层的防/除冰性能,依次阐明了超疏水涂层、超润滑涂层和低界面韧性涂层的除冰机理,具体介绍了三者的疏水/冰效果,对比分析了各自的优劣性.其中重点阐述了低界面韧性涂层大面积除冰的优势,即在大面积结冰条件下,以冰层剪切粘附强度定义的(超)疏冰涂层材料,其除冰外力都受限于结冰面积,随着结冰面积的增加而成比例增加.但新型的低界面韧性涂层通过诱导材料表面萌生固-冰界面微裂纹,降低其界面断裂韧性,使得微裂纹在较低的除冰外力(甚至冰层自身重力)作用下快速扩展,从而实现冰层脱离.以此总结了设计、制备新型(超)疏冰涂层的方法,展望了低冰粘附力涂层在防/除冰领域的发展方向.     

光热超疏水材料防除冰机理及应用研究进展

液滴的冻结、积聚往往会对生产、生活造成不利影响,降低设备的运行功效,甚至严重危害生命安全。相较于需要借助外力的主动式防除冰技术,超疏水表面优异的拒水性使其能够实现被动式防除冰,且无需消耗外部能量,从而受到广泛关注。在此基础上,光热超疏水表面结合了主动防除冰和被动防除冰两方面的优势,能在结冰过程的各个时期发挥作用。比如,在结冰前促进液滴的自清除,在结冰时升温表面、延缓成核,在结冰后加速融冰、快速除冰,从而实现节能且高效的固体表面防除冰。概述了超疏水表面的润湿特性和防除冰机理,重点介绍了不同种类光热材料的光热转化机理,包括基于分子热振动的碳纳米光热材料,基于纳米粒子等离激元效应的光热材料,以及基于电子?空穴对非辐射弛豫的半导体光热材料。总结了常用的提高光热转化效率的思路方法,并对比了各类光热超疏水表面在结冰、防冰、除冰及光热响应等方面的性能。最后,针对光热超疏水材料在制备和实际应用中可能存在的问题,分析了未来的发展方向与面临的挑战,为光热超疏水材料的进一步发展与应用提供思路。     

单向碳纤维增强复合材料的锁相涡流热成像检测盲区

以单向碳纤维复合材料为研究对象,使用锁相涡流热成像技术对试件加热并记录了红外热像图,获得具有较高信噪比的幅值和相位图;对涡流加热过程建立了有限元模型并进行了仿真分析。试验结果表明:单向碳纤维复合材料会产生加热盲区,涡流加热存在非均匀性;仿真结果与试验结果有较高的一致性,涡流向量中与碳纤维垂直的分量直接导致了涡流加热的非均匀性。检测盲区的发现,有助于指导碳纤维增强复合材料的涡流热成像无损检测。     

基于超疏水表面的主被动复合防/除冰技术研究进展

介绍了光热、电加热、磁能、声波能与超疏水表面相结合的主被动复合防/除冰技术及其机理与应用，阐述了以上复合型防/除冰技术的优势与不足。其中，光热复合技术具有耗能低、材料选择多样化等优点；电加热复合技术工艺简单，易于规模化制造；磁能复合技术可满足复杂场景的防/除冰应用需求；声波复合技术则具有结构简单的优势。此外，同时复合多种能场可进一步提升防/除冰工作效率，是主被动复合技术的发展趋势之一。最后，阐述了基于超疏水表面的主被动复合防/除冰技术的不足之处，并展望了复合防/除冰技术的应用研究前景。     

TaSi2改性ZrB2/SiC复合粉末制备及涂层抗氧化性能研究

目的 提高ZrB2/SiC涂层的致密性及抗氧化烧蚀能力。方法 设计向ZrB2/SiC涂层中掺杂TaSi2,以提升ZrB2/SiC涂层的致密度和抗氧化性能。首先通过喷雾造粒法制备了4种不同成分配比的复合团聚粉,然后采用大气等离子喷涂(APS)在C/C基体表面制备了4种团聚粉复合涂层,最后使用氧-乙炔火焰法对所制备的涂层进行了烧蚀考核。结果 通过涂层致密度对比发现,随着TaSi2的增加,涂层共晶区会有所增加,涂层致密度得到了明显改善。通过烧蚀考核发现,TaSi2的加入能够增加SiO2的含量,并产生热稳定性好的TaZr2.75O8。此外致密TaZr2.75O8的产生还能够有效改善涂层的抗氧化烧蚀性能。结论 最终得出的ZrB2/SiC涂层硅化物掺杂改性方案为30%TaSi2/42%ZrB2/28%SiC(体积分数)大气等离子喷涂制备的抗氧化烧蚀涂层,其在1 600 ℃烧蚀5 min后的质量损失率为‒1.70×10^‒4 g/s。     

纳米金刚石/镍电刷镀复合镀层机械性能研究

本文对普通快速镍镀层和纳米金刚石/镍复合镀层的显微硬度和耐磨性进行了研究,分析了纳米颗粒含量、镀层厚度、加热温度等参数对纳米复合镀层显微硬度及摩擦性能的影响。结果表明:由于纳米金刚石的弥散强化作用,使得复合镀层的硬度和耐磨性大幅提高,摩擦系数明显降低。镀液中纳米金刚石含量约30g/L时,镀层硬度最高为650HV,经过300℃处理,硬度仍能保持在480HV之上。     

无压烧结ZnAl/Fe基非晶复合材料的导热性能研究

采用无压烧结制备韧性Zn Al颗粒增强Fe基非晶复合材料,利用X射线衍射仪、扫描电镜、差热分析仪和激光闪射热导率测试仪分析了复合材料的结构、热稳定性及导热性能。结果表明:在过冷液相区内无压烧结可得到致密的Zn Al/Fe基非晶复合材料;Zn Al的引入没有影响Fe基非晶基体的本质;烧结过程中没有界面反应相生成;复合材料的热稳定性有所降低,但降低幅度不大;在298~423 K范围内,复合材料比Fe基非晶合金有更低的热传导系数,其热扩散系数随温度的升高变化不大,表明材料具有较好的保温性能。     

Ni/B微纳米复合粒子的制备与性能

采用化学镀镍的方法制备Ni/B微纳米复合粒子。运用TEM、EDS和XRD方法对复合粒子的形貌、组成和物相进行表征,并通过TG-DTA热分析仪和热常数分析仪研究Ni/B微纳米复合粒子的热稳定性和导热系数。结果表明,真空干燥得到的复合粒子为核壳结构,纳米镍的尺寸约为21.7 nm,纳米镍粒子紧密均匀地包裹在硼粉表面,并且镍和硼的质量比为1:1;与原料硼粉相比,复合粒子与空气的反应放热峰提前36 ℃左右,表明纳米镍粒子具有明显的催化效果;同时,复合粒子的导热系数也有所增大     

Al91Ni7Y2纳米非晶复合材料晶化的研究

利用差示扫描量热(DSC)、透射电镜(TEM)和X射线衍射(XRD)技术,对快速凝固Al91Ni7Y2,合金条带急冷态和不同温度退火态的晶化行为及显微结构演化进行了研究。结果表明：急冷态的Al91Ni7Y2合金为部分Al粒子均匀分布在非晶基底上的复合材料。从急冷态到高温平衡态有三阶段晶化过程,对所有的晶化温度和晶化相的测量表明,DSC曲线上第一个峰的初始和峰值温度分别为240℃和267℃(在加热速率为10℃／min条件下),这一相对高的温度表明此复合材料有高的热稳定性。     

碳纳米管修饰的空心多孔NiO/SnO2纳米复合材料对丙酮传感性能的优化

通过静电纺丝法制备中空多孔的NiO/SnO2复合纳米纤维,在复合纤维表面装饰碳纳米管,在此基础上制备气敏传感器器件。利用TGA确定了复合材料热分解温度,得到热处理工艺;利用SEM、XRD、TEM、XPS分别对复合材料的形貌、结构、尺寸、表面成分进行了表征。使用WS-30A气敏元件测试仪对气敏元件响应进行测试,结果表明CNTs装饰的NiO/SnO2复合纳米材料制备的气敏传感器降低了丙酮检测最佳工作温度,为160℃,提高了检测灵敏度,对50 ppm丙酮的响应达到25.25,对检测丙酮有快速的响应(~8.2 s)以及恢复性能(~10.5 s),同时在30天的长期稳定性测试中也体现了良好的稳定性。证明了装饰CNTs 的 NiO/SnO₂复合材料在检测丙酮方面的潜在价值,同时本文也进一步讨论了CNTs, 中空多孔结构的NiO/SnO₂提高检测性能的作用机理。     

Electrochemical properties of CeMg_(11)Ni+x% Ni composites (x=0,50, 100 and 200) prepared by ball-milling

1　INTRODUCTIONMagnesium and magnesium based alloys arepromising hydrogen storage materials because oftheir absorbability of hydrogen in large quantities,low specific gravity, rich mineral resources, lowmaterial cost and so on. Nevertheless, their hy drides are too stable to be used at room tempera ture[1]. It seems impossible for application of crys talline Mg based alloys in nickel hydrogen batter ies.It is well known that amorphous alloys havemany advanta…     

Cr3C2/Ni3Al复合材料的微观组织和室温耐磨性

采用药芯焊丝法制得Ni-Al-Cr3C2复合焊丝,将该焊丝堆焊于工件表面,在堆焊过程中,利用氩弧物理热和Ni-Al反应热,Ni与Al化合反应生成Ni3Al金属间化合物,Cr3C2则发生分解,除少部分[C]与[Cr]固溶于Ni3Al基体中外,大部分反应重新析出细小的Cr3C2相,均匀地分布于Ni3Al基体中.室温磨粒磨损和微动磨损实验结果表明,Cr3C2/Ni3Al复合材料的耐磨性为Stellite12合金的2倍左右,较高的硬度、高的碳化物体积分数以及碳化物与Ni3Al基体间良好的界面结合力是Cr3C2/Ni3Al复合材料耐磨性优良的主要原因.     

高导热金刚石/铜复合材料的导热研究进展

金刚石/铜复合材料具有密度低、热导率高及热膨胀系数可调等优点,且与新一代芯片具有良好的热匹配性能,因此其在高热流密度电子封装领域具有非常广泛的应用前景。然而由于金刚石与铜界面润湿性差,界面热阻高,导致材料热导率比铜还低,限制了其应用。为了改善其界面润湿性,国内外通过在金刚石表面金属化或对铜基体预合金化等手段来修饰复合材料界面,以提高金刚石/铜复合材料的热导率。本文综述了表面改性、导热模型相关的界面理论以及有限元模拟的研究进展,讨论了制备工艺、导热模型和未来发展的关键方向,总结了金刚石添加量、颗粒尺寸等制备参数对其微观组织结构和导热性能的影响规律。     

加载热循环对Mg2B2O5w/AZ31B合材料强度的影响

对Mg2B2O5w/AZ31B复合材料不同循环条件下的试样进行了室温拉伸试验.结果表明,随循环最高温度的增加,该复合材料的抗拉强度先增大后减小,到达一定温度后又开始增大,最高循环温度对复合材料的影响要远大于循环区间温差△T;随循环次数增加,该复合材料的抗拉强度先增大后减小;AZ31B镁合金和Mg2B2O5w/AZ31B复合材料在80次加载热循环后抗拉强度都提高,但屈强比都下降,且复合材料的变化幅度较大.