铜表面物理化学有序度对蒸汽冷凝特性的影响

研究了经不同粒度砂纸研磨后不同粗糙度纯铜表面的润湿性和蒸汽冷凝性能,分析了表面物理粗糙度和氧化引起的表面化学成分异质性对润湿性和冷凝传热性能的影响规律。结果表明,当铜表面粗糙度小于0.15 μm,增大粗糙度有利于增大接触角,而当粗糙度增大到0.15 μm后,继续增大粗糙度反而会减小其表面接触角。铜表面氧化后造成的化学成分异质性有利于增大接触角。表面微观结构和化学成分异质性的共同作用决定了铜表面的润湿性与蒸汽在其表面的冷凝模式。当粗糙度为0.15 μm左右时,氧化后铜表面表现出最佳的滴状冷凝状态,其冷凝传热系数达到Nusselt理论模型的3.5倍左右。但是表面粗糙结构同时也会增大液滴在金属表面的运动阻力,对冷凝传热性能产生不利影响。     

高能Ni离子注入对PTFE表面结构的影响

对聚四氟乙烯(PTFE)表面进行不同剂量、能量的Ni离子注入,比较注入前后PTFE的表面粗糙度和润湿性变化,研究表面形貌与润湿性之间关系。结果表明,Ni离子注入改变了PTFE的表面结构,随着注入加速电压的增大,表面粗糙度增大,接触角减小,离子溅射作用破坏了表面疏水性的C—F键,而亲水性的C—C键及其少量的C—H键和C—O键相对增强,使得PTFE表面润湿性得到改善。     

基于分子动力学的氧化锌疏水性模拟研究

ZnO材料因其具有油水分离效率高、制备工艺简单、费用低廉等特点,在油水分离领域具有重要的作用。采用分子动力学方法研究了ZnO材料微观疏水机理。通过改变壁面分子与水分子之间的势能函数参数获得不同的固液作用强度与界面自由能的关系;模拟水滴在不同能量表面上的接触角,统计分析液滴在表面上的稳态接触特征,对比基于液滴润湿形态测得的接触角和基于界面能计算获得的接触角之间的差异;基于氧化锌最低表面能界面构造微纳结构,对不同微纳结构的润湿性进行分析。结果表明,ZnO材料气固界面自由能(γ_sv)和固液界面自由能(γ_sl)均随固液作用强度f的增大而增大,固液作用强度的大小可以用于区分ZnO材料的润湿性。随着固液作用强度的减少,改性后的氧化锌刚性表面的疏水性增强。在固液作用强度一定的条件下,微纳结构会使疏水性增强。     

碳源入射角对超薄四面体非晶碳膜结构和性能的影响

利用45°双弯曲磁过滤阴极真空电弧技术制备超薄四面体非晶碳膜,研究碳源入射角变化对超薄四面体非晶碳膜润湿性、表面能、粗糙度、表面形貌、摩擦系数和微观结构的影响以及它们之间的构效关系.结果表明:碳源入射角从0°增加到60°,薄膜与水的接触角由77.6°小幅增加到了82.4°,与甘油的接触角由64.7°小幅增加到71.2°...     

几种机械表面处理方法对6013铝合金接头胶接性能的影响

采用砂纸打磨、湿喷砂、纳米化等3种机械处理方法对6013铝合金表面进行处理,测试其粘接剪切强度,并与P2化学表面处理方法的结果进行对比。利用SEM、AFM、接触角测量仪等技术对铝合金表面处理前后的表面微观结构、微观粗糙度、润湿性等特性进行了研究。结果表明,不同的表面处理方法对铝合金接头的胶接性能影响不同。湿喷砂和砂纸打磨方法处理后铝合金接头的胶接性能与P2化学法表处的效果接近。纳米化方法不利于铝合金胶接性能的提高。微观粗糙度对铝合金的粘接性能具有重要影响,粗糙度越大,铝板胶接性能越好。润湿性不是影响胶接性能的关键因素。     

粗糙度对水汽在细颗粒表面异质核化影响的数值模拟

为研究水汽在细颗粒物粗糙表面上的异质核化特性,基于Fletcher经典核化理论、分子运动学理论等提出了一个考虑水汽分子表面扩散机制、线张力、粗糙度的异质核化模型,并将理论预测的临界过饱和度与已有的实验值进行对比,验证了模型的有效性。采用数值模拟的方法,研究了线粗糙度因子、表面粗糙度因子对临界成核自由能、成核速率、临界过饱和度的影响规律。研究结果表明：与表面光滑的细颗粒物相比,粗糙表面的细颗粒物与水汽间的微观接触角更小,细颗粒物的润湿性更好,更易于发生异质核化凝结;在线张力为负时,细颗粒物的表面越粗糙,其成核自由能和临界过饱和度越小,成核速率越大,有利于水汽分子在细颗粒物表面发生异质核化;表面粗糙度因子比线粗糙度因子对水汽在细颗粒物表面异质核化凝结的影响更大。     

低阶煤微表面形貌特征对其润湿性影响的试验研究

选取彬长矿区典型低阶煤样开展煤质微表面形貌特征分析,分别进行粉尘粒径分布试验、矿物组分分析试验、煤尘微观特征试验及粉尘接触角测定,分析低阶煤微表面形貌特征对其润湿性影响特征。试验结果表明：岩尘粒径整体大于煤尘粒径,煤样表面粗糙且孔隙多,矿物质成分以石英和高岭石为主,石英是氧化物类原生矿物,润湿性较好;高岭石是黏土类矿物,润湿性较差,试验低阶煤样均为疏水性粉尘。     

基于核磁-能谱实验的中变质烟煤煤尘低润湿性分析

为从微观角度分析中变质烟煤的低润湿特性,以巨野煤田赵楼气肥煤为例,选用核磁共振（NMR）与X射线光电子能谱（XPS）手段对其微观分子结构进行实验,并分析了分子结构参数对其润湿性的影响规律。结果表明,赵楼气肥煤煤尘的芳香度为0.77,芳香结构含量较高,且主要以质子化芳环为主;脂肪链结构中以链状烷烃和环烷烃侧链为主,且存在一定的甲基侧链;煤尘表面含氧官能团主要为醚基（C-O-C）,其次为羰基（C=O）与羟基（C-OH）,含量最少的是羧基（COOH）,上述4种含氧官能团含量之比约为4∶2∶2∶1.5。赵楼气肥煤煤尘不仅芳香度较高,芳香簇尺寸较大,缩合度偏高,而且烷基侧链少而短,导致煤尘分子结构单元表现出较强的疏水性;而对表面亲水性贡献较大的羧基（COOH）和羟基（C-OH）含量却只占表面含氧官能团总量的13.53%、21.45%。因此,受微观分子结构的影响,赵楼气肥煤煤尘总体表现出疏水性的特点,润湿性较差。     

建筑用16Mn钢超疏水膜层的制备及耐蚀性研究

为提高建筑用16Mn钢的耐蚀性,采用磷化处理、铈盐钝化再经过硬脂酸修饰在16Mn钢表面制备出超疏水膜层。表征了膜层微观形貌和成分,并测试了表面粗糙度、水滴接触角和耐蚀性。结果表明:铈盐钝化、硬脂酸修饰后磷化膜的微观形貌、成分和表面粗糙度存在差异,导致表面润湿性和耐蚀性不同。只是通过增加表面粗糙度的方式无法制备出超疏水膜层,膜层呈亲水性或超疏水性与其耐蚀性之间存在关联性。钝化-修饰磷化膜表面水滴接触角达到150.7°,表现出超疏水性还具有良好的耐蚀性,能有效抑制16Mn钢腐蚀从而提高其耐蚀性。原因是钝化-修饰磷化膜表面形成微纳米粗糙结构,有利于俘获空气形成气垫,对腐蚀介质具有较好的阻隔作用,有效抑制腐蚀并降低腐蚀程度。     

建筑用16Mn钢超疏水膜层的制备及耐蚀性研究

为提高建筑用16Mn钢的耐蚀性,采用磷化处理、铈盐钝化再经过硬脂酸修饰在16Mn钢表面制备出超疏水膜层。表征了膜层微观形貌和成分,并测试了表面粗糙度、水滴接触角和耐蚀性。结果表明:铈盐钝化、硬脂酸修饰后磷化膜的微观形貌、成分和表面粗糙度存在差异,导致表面润湿性和耐蚀性不同。只是通过增加表面粗糙度的方式无法制备出超疏水膜层,膜层呈亲水性或超疏水性与其耐蚀性之间存在关联性。钝化-修饰磷化膜表面水滴接触角达到150.7°,表现出超疏水性还具有良好的耐蚀性,能有效抑制16Mn钢腐蚀从而提高其耐蚀性。原因是钝化-修饰磷化膜表面形成微纳米粗糙结构,有利于俘获空气形成气垫,对腐蚀介质具有较好的阻隔作用,有效抑制腐蚀并降低腐蚀程度。     

SiO2-H2O纳米流体强化煤尘润湿性的微观机理研究

煤尘污染是世界煤炭行业亟需解决的难题之一,探索绿色高效的新型煤尘润湿剂对于该领域来说具有潜在的应用价值。以Wender模型为研究对象,借助Materials Studio分子模拟软件与物理实验探究了SiO₂-H₂O纳米流体对煤尘润湿性的影响机制。研究表明：SiO₂纳米颗粒(NPs)的反应活性较高,其表面羟基容易与煤分子和水分子形成氢键,从而影响煤尘的润湿特性。NPs与煤分子的相互作用能力较强,其吸附在煤尘表面后能吸附更多的水分子。当体系中NPs的吸附数量为0～5时,随NPs数量的增加,吸附体系中煤和NPs、NPs和水之间的相互作用能以及固-液分子间氢键的数量呈增大的趋势。煤和NPs中氢、氧原子之间的g(r)曲线值最大,峰值较高,而煤和水中氢、氧原子之间的g(r)曲线与之相反。随着NPs吸附数量的增加,水分子均方位移与扩散系数呈增大的趋势,加速了对煤尘的润湿。与水相比,纳米流体具有较低的表面张力,当颗粒浓度为2.0%(质量)时,改性煤尘接触角下降率达到了52.85%～61.51%,同时纳米流体处理后的煤尘表面NPs吸附集聚...     

管道表面润湿性对层流流动阻力的影响

基于建立的小型循环管路实验平台,实验研究了自来水、乙二醇和26#白油分别在304不锈钢管、有机玻璃管、聚丙烯管(PP管)和聚四氟乙烯管(PTFE管)内层流流动的阻力特性。通过测量不同流量下的压降,计算得到了摩阻系数和泊肃叶数随雷诺数的变化关系以及相同雷诺数下摩阻系数随接触角的变化关系,同时采用接触角测定仪分别测量了3种液体在4种管道表面的接触角,讨论了管道表面润湿性对流动阻力的影响规律。实验结果均表明,管道表面润湿性对流动阻力产生了一定的影响:在相同雷诺数下,随着液体在管道表面接触角的增大,液体的泊肃叶数和摩阻系数均呈现减小的趋势;疏液管道表面润湿性对摩阻系数的影响大于亲液管道,并且在雷诺数较小时这种现象表现得更加明显。     

改性明胶表面润湿性的研究

测定了几种参照液体在改性明胶涂层及凝胶表面上的接触角,定量地估算了涂层及凝胶表面自由能并与明胶作比较;加入不同类型表面活性剂对表面自由能的影响不同;非离子型表面活性剂能大大改善涂层及凝胶表面的润湿性,而阳离子表面活性剂在一定浓度下可使凝胶表面更加憎水化。本文对上述实验结果作了初步解释。     

低阶煤物理性质与化学组成对其润湿性影响

以神华新疆、神东两大矿区中8个矿的煤层煤样作为研究对象,应用Washburn法测试低阶煤煤粉毛细常数、接触角,考察了低阶煤物理性质及化学组成对其润湿性能的影响。实验表明:煤粉粒度分布、孔隙率等是影响低阶煤润湿性的结构因素。颗粒体积平均粒径(D_([4,3]))越小、90%颗粒粒径(D_(90))越小,毛细常数越大;随孔隙率增大,吸液速率增加,毛细常数越大,间接提高润湿特性。在低阶煤化学组成中,内水含量越高,接触角越小,低阶煤对水润湿性越好(线性相关系数R~2=0.81)。此外,元素分析结果与接触角关联发现,随C_(daf)、H_(daf)降低或者O_(daf)增加,煤粉与水接触角变小,表明了润湿性随含氧官能团(如羧基)含量的增加而变好,亲水性随煤化程度降低变强。     

低表面能树脂的性能及固化研究

通过化学改性,合成了环氧树脂/有机硅复合树脂。探讨了不同固化剂及其复配方式对其固化性能的影响,并得到最佳的固化剂配方。通过红外光谱（IR）、扫描电子显微镜（SEM）、动态力学分析（DMA）以及接触角测试,研究并比较了改性前后有机硅树脂涂层的微观结构形貌、体系混溶性、表面性能（接触角）等的变化。研究结果表明：环氧树脂与有机硅树脂之间具有较好的微观混溶性;改性后,树脂表面的粗糙度增加,接触角增大,形成低表面能树脂。     

羟基和酯基型Gemini双季铵盐表面活性剂在煤沥青表面的润湿特性

以自制的羟基和酯基型Gemini双季铵盐表面活性剂为研究对象,在考察其表面活性的基础上,进一步研究了表面活性剂在煤沥青表面的润湿性。研究表明,羟基型Gemini表面活性剂在煤沥青表面的接触角随疏水链长度的增长呈先减小后增大趋势,其中C_(12)-OH在煤沥青表面的润湿效果最好;对于m-n-m酯基型Gemini表面活性剂而言,接触角随疏水链长度的增长而降低。当疏水链长度一定时,m-6-m在煤沥青表面的润湿效果比m-2-m好。在一定浓度范围内,C_(10)-OH、C_(12)-OH和12-2-12 3种Gemini表面活性剂的表面张力与其在煤沥青表面黏附张力呈线性关系。煤沥青表面的Zeta电位随Gemini表面活性剂浓度的增大呈先增大后趋于平稳的趋势。     

明胶凝胶表面润湿性(二)

本工作利用测定几种参照液体在明胶凝胶上的接触角,定量地估算了明胶凝胶的表面自由能;加入表面活性剂,尤其是非离子表面活性剂,能增加明胶凝胶的表面自由能(主要是其极性分量),并大大改善明胶凝胶的表面润湿性,在表面上分子的吸附与定向和明胶凝胶中非极性网状结构形成的基础上,解释了上述实验结果。     

HF/H_2SO_4溶液腐蚀时间对玻璃表面结构及其性能的影响

以HF/H2SO4混合水溶液作为复合腐蚀剂,利用金相显微镜、原子力显微镜、接触角测量仪、紫外可见分光光度计、电子万能试验机、维氏硬度计等测试手段,研究腐蚀时间对钠钙硅酸盐玻璃表面结构以及润湿性、光学和力学性能的影响。随着腐蚀时间延长,腐蚀速率逐渐降低,表面腐蚀坑尺寸先减小后增大,腐蚀坑分布均匀性先提高后降低;接触角逐渐增大并趋于稳定值;抗弯强度先增大后减小,断裂韧度变化不明显。腐蚀20 min时腐蚀深度41μm,腐蚀坑均匀细小,表面粗糙度Ra达到最低值5.8 nm,表面接触角和抗弯强度达到最大值,分别为71°和174 MPa。     

不同表面处理方式对PEEK粘接强度的影响

采用砂纸打磨、喷砂和等离子处理等方式对PEEK进行表面处理,并使用环氧胶进行粘接。通过粗糙度仪、接触角测试仪和万能材料拉伸试验机对PEEK的粗糙度、润湿性和粘接强度等特性进行表征分析。结果表明,不同的表面处理方法对PEEK粘接的性能影响不同。砂纸打磨和喷砂能够有效增加PEEK表面的粗糙度,增大PEEK与粘结剂的粘接面积,从而提高PEEK的粘结强度。而等离子处理能够有效降低PEEK表面的接触角,改善PEEK表面的润湿性,提高PEEK的粘接强度,并且等离子处理后PEEK的粘接强度比未处理、砂纸打磨和喷砂分别提高了600%、260%和110%。     

丙烯酸树脂/TiO2有机-无机杂化材料的表面性质研究

采用预水解的二氧化钛（TiO2)溶胶与丙烯酸树脂共混或原位聚合的方法成功地制备了均匀透明的丙烯酸树脂／TiO2有机—无机杂化材料。通过原子力显徽镜(AFM)、X-射线光电子能谱(XPS)和表面接触角研究了杂化材料涂层的表面性质。结果发现在杂化材料中添加TiO2后，涂层的表面粗糙度、表面Ti元素含量和表面自由能增加，接触角下降。