Cu_2O改性ZnO纳米阵列表面的润湿性与紫外响应行为研究

在ITO基底上采用电化学沉积法制备了Cu_2O改性的ZnO纳米阵列,通过场发射电子显微镜(SEM)、X射线衍射仪(XRD)和接触角测量仪等对其微纳结构和表面润湿行为进行了研究。实验结果显示,低表面能Cu_2O粒子的吸附增强了ZnO纳米阵列的超疏水性。很多材料表面对水滴有较高黏附力是因为材料表面微槽中密封的空气而产生的毛细管附着力,而ZnO纳米棒阵列表面对水滴的高黏附性是因为其表面的范德华力作用。改性后样品表面形成的ZnO-Cu_2O微纳分层结构减小了样品表面与水的接触面积。另外,加上Cu_2O自身的低表面自由能,共同导致范德华力减小从而使得表面对水滴的黏附小而具有很好的超疏水性。     

二氧化硅改性后超疏水性质的粒径效应研究

本文采用水热法对不同粒径的SiO_2进行改性,获得了低表面能的超疏水材料。研究了粒径对超疏水性能的影响,并通过傅立叶变换红外光谱仪、场发射扫描电子显微镜、X射线衍射和接触角测量仪对材料的表面形貌和润湿性进行了分析。结果表明:改性后的SiO_2疏水性增强。而且粒径越小,材料表面越粗糙,疏水性越强。纳米级SiO_2改性后疏水性远高于微米级SiO_2,其静态接触角可达到158.0°±5.4°,滚动角小于2°。超疏水材料具有广阔应用前景。     

纳米SiO_2/氟碳杂化透明疏水耐磨涂层的制备及其性能研究

通过低温微波法制备了纳米二氧化硅(SiO_2)粒子,对其进行表面疏水化改性后,引入双键官能团处理,制备了一种高透明、耐磨性好且疏水的纳米SiO_2/氟碳杂化涂料。采用XRD、TEM、FTIR等手段对纳米SiO_2粒子进行了表征,并研究了改性纳米SiO_2的用量对杂化涂层的透明性、耐磨性、疏水性、强度、硬度以及耐沾污性的影响。结果表明:改性纳米SiO_2的含量对杂化涂层的透明性影响很小,杂化涂层具有较好的附着力、硬度、耐磨性、疏水性和耐沾污性,改性纳米SiO_2的最佳用量为5%。     

超疏水旋转圆盘气膜层减阻的实验研究

在冯卡门旋流中，对均匀超疏水表面与网纹超疏水表面在雷诺数Re~O（105）量级上的减阻性能与表面气膜状态进行了实验观测。2种超疏水表面均使用物理喷涂法在有机玻璃板上喷涂纳米疏水颗粒制备。网纹超疏水表面制备时增加了丝网掩模的步骤，因此其表面增加了毫米级网格纹理。实验结果表明:对于冯卡门旋流中的超疏水表面减阻而言，存在一个临界雷诺数Re_c，当Re < Re_c时，超疏水表面具有稳定的减阻效果，减阻率高达30%；当Re>Re_c时，减阻效果随Re的增加快速丧失。相较均匀超疏水表面，网纹超疏水表面可以有效提高其表面附着的气膜层的动态稳定性。此外，可通过主动补气的方式有效恢复网纹超疏水表面气膜层，进而恢复减阻效果，这将为超疏水表面实现可持续的减阻提供新的技术方案。     

氧化锌/葵花籽油超疏水表面的制备及性能研究

通过简单的热处理在铁片表面形成均匀的纳米氧化锌超疏水涂层。涂层由改性后的无机纳米粒子和葵花籽油在高温下交联而成,该涂层在铁和腐蚀性物质之间形成屏障,为铁提供腐蚀防护。探讨了葵花籽油与超疏水纳米粒子的比例对涂层润湿性和附着力的影响。研究证实:油与超疏水纳米粒子的质量比为0.9∶1时,该涂层的性能在润湿性、稳定性和耐腐蚀方面达到了相对均衡的水平,涂层的水接触角为158.1°±2.3°,滚动角为5.1°±0.5°,经过长时间的超声、磨损以及静态和动态盐水腐蚀处理都能保持良好的疏水效果。这项工作表明,从可持续和可再生资源开发环保、无毒的微纳米级超疏水防腐涂料具有广阔的前景,是一种简单有效的金属防腐方法。     

纳米网状MnO_2薄膜电极的制备

针对MnO_2存在导电性差、真实比容低、离子传导性差等问题,开发了新的制备方法,制备出了纳米网状结构的Ti基IrO_2-MnO_2纳米涂层。采用2种不同脉冲阳极电沉积法制备具有纳米网状结构的IrO_2-MnO_2纳米涂层,并利用XRD和场发射扫描电镜(FESEM)表征了工艺参数(不同沉积电流、沉积时间、沉积通断比)对IrO_2-MnO_2纳米网状结构生长状况的影响。研究表明:恒电流脉冲阳极电沉积法在沉积电流为2 mA,沉积时间10 min,沉积通断比为7∶1时得到的IrO_2-MnO_2纳米涂层其表面具有网状形貌。恒电位脉冲阳极电沉积法在沉积电位为1 V,沉积时间1 min,沉积通断比为5∶1能获得纳米网状MnO_2;恒电位法脉冲阳极电沉积比恒电流法脉冲阳极电沉积制备的薄膜电极纳米网状形貌明显,电化学性能对比需进一步实验验证。     

黄麻纤维表面原位沉积纳米SiO2工艺以及机理探究

采用超声-溶胶凝胶法在黄麻纤维表面原位沉积纳米SiO_2,通过红外光谱分析,微观形貌分析以及沉积量测试,讨论了不同工艺参数对纳米SiO_2沉积效果的影响。结果表明:随着正硅酸乙酯(TEOS)浓度或氨水浓度的增加,纳米SiO_2的沉积量逐渐增多,粒径逐渐增大;随着沉积温度的升高,纳米SiO_2的沉积量逐渐减少,粒径逐渐减小;与沉积温度为20℃相比,当沉积温度为60℃时,纳米SiO_2的沉积量减少了36.4%、粒径减小了37.8%;沉积时间主要影响纳米SiO_2的沉积量,对其粒径的影响不明显。通过实验探究了纳米SiO_2成核与生长的机理:黄麻纤维表面的孔隙结构为纳米SiO_2提供了成核位点;TEOS经过水解缩合反应形成短链交联结构,通过氢键或化学键沉积于黄麻纤维表面的孔隙中;短链交联结构经过成核与生长过程,逐渐形成纳米SiO_2颗粒。因此,通过对工艺参数合理地选择,可以调控纳米SiO_2在黄麻纤维表面成核与生长阶段的形貌与沉积量。     

聚甲基丙烯酸甲酯-b-聚苯乙烯共聚物的合成与表征

采用原子转移自由基聚合方法(A tom transfer rad ica l po lym erization,ATRP),以α-溴丙酸乙酯为引发剂,溴化亚铜和联二吡啶为催化体系,合成了端基为卤原子的单分散聚甲基丙烯酸甲酯(PMM A-X)预聚体。以此PMM A-X为大分子引发剂,在同样催化体系下,引发苯乙烯聚合,得到了分子量分布较窄的聚甲基丙烯酸甲酯-b-聚苯乙烯(PMM A-b-PS t)嵌段共聚物,并用红外光谱(IR)、核磁共振谱(1H-NM R)、凝胶渗透色谱(GPC)和透射电子显微镜(TEM)对其结构和形态进行了初步表征。结果表明,嵌段共聚物中聚甲基丙烯酸甲酯的质量百分数为28%,数均分子量(M n)为4.76×104,多分散系数(PD I)为1.49。经TEM表征,发现该嵌段聚合物具有周期性层状相分离结构,层状取向周期达到了400 nm左右,在紫外-可见波长范围内。这一特征长周期为嵌段共聚物材料用作光波导等光学器件提供了结构基础。     

UV固化环氧大豆油/纳米SiO2复合涂层制备及性能研究

采用γ-巯丙基三甲氧基硅烷(KH-590)对纳米SiO2表面进行接枝改性,用傅里叶红外光谱法(FT-IR)对其结构进行表征;将改性纳米SiO2与环氧大豆油丙烯酸酯(AESO)和乙烯基醚改性环氧大豆油丙烯酸聚氨酯(VASO)按不同比例复合制备光固化纳米复合涂层。结果表明:巯基纳米SiO2的加入显著提高了丙烯酸双键的转化率,并且随着改性纳米SiO2含量的增加漆膜硬度增加,且漆膜耐水性和耐磨性能均有明显改善。     

航空用室温硫化有机硅胶粘剂的研制

本文通过γ-(甲基丙烯酰氧基)丙基三甲氧基硅烷(KH570)对M-5气相白炭黑进行表面改性,用FT-IR分析了改性前后的白炭黑的微观结构;用改性白炭黑来增强甲基嵌段室温硫化液体硅橡胶(103基胶),测试了增强改性室温硫化硅橡胶的力学性能;用不同偶联剂对铝合金和硫化硅橡胶的粘接面进行了表面处理,使用接触角仪测试了粘接面的水接触角。结果表明:偶联剂KH570处理M-5气相白炭黑能使其表面接枝上偶联剂基团;偶联剂处理后白炭黑补强效果明显,硫化后胶料的拉伸强度最大能达到2.65MPa;粘接面经偶联剂处理后,水接触角减小,粘接强度增大;铝合金与硅橡胶表面均采用KH550和KH560的混合偶联剂溶液处理后,粘接强度提高,最大能达到1.5MPa。     

焦磷酸锰引发丙烯酸——丙烯酰胺——淀粉接枝共聚反应研究

以〔Mn(H2 P2 O7) 3〕3- 作为引发剂 ,引发丙烯酸、丙烯酰胺与淀粉接枝共聚反应 ,研究了引发剂浓度、单体浓度配比、反应时间、反应温度等因素对接枝共聚反应的影响 ,结果表明 :引发剂浓度为 2 .7× 10 - 3mol/L ,单体浓度配比 (丙烯酸 :丙烯酰胺 )为 1∶1,反应温度为 5 0℃左右 ,反应时间为 5h时 ,接枝效率较高     

表面微纳结构对气-水界面稳定性和流动减阻的影响

利用压力-流量测量和流动显示方法研究了6种具有不同微纳结构尺寸的超疏水表面的减阻效果以及表面微结构形状对气-水界面稳定性的影响。实验结果表明:设计的各种超疏水表面在层流和湍流下均具有一定的减阻效果；在相同的固体面积分数情况下，微结构间距越小，减阻效果越好；在具有最小结构间距的微纳二级结构表面上实现了最大减阻率（38.6±4.5）%。流动显示观测发现:减阻率与微结构的层级、尺寸、形貌及槽道流态有关，它们均对气-水界面稳定性有一定的影响，揭示了复合微纳结构之所以能够显著提升减阻效果，是由于添加纳米二级结构减小了原有表面的固体面积分数，并提高了气-水界面的稳定性。此外，对于具有双内凹（伞状）微结构表面的微槽道，即使表面为亲水材料，也可以有效捕捉气体，形成稳定的气-水界面，从而实现超疏水性能。     

表面活性剂对纳米CeO2在水介质中分散性能的影响

在对纳米CeO2粉体的Zeta电位进行测量的基础上,采用阴离子表面活性剂油酸和非离子型表面活性剂聚乙烯吡咯烷酮(PVP)对纳米CeO2粉体进行了分散实验,系统研究了超声分散时间、表面活性剂种类和浓度对纳米CeO2粉体在水相介质中分散稳定性能的影响。结果表明:随超声时间的延长,纳米CeO2粉体的分散稳定性出现先增后降的变化规律;分散剂种类和浓度不同,纳米CeO2的紫外吸收效果和可见光透光性也不同;对于每一种分散剂均存在最佳超声时间和最佳浓度。纳米CeO2粉体在水相介质中的最佳分散工艺为:超声时间10 min,浓度(质量分数)为2.0%的PVP。     

不同微结构超疏水表面的光热防除冰特性（英文）

超疏水光热防除冰表面作为一种新兴的防除冰手段，在防除冰领域具有巨大的应用潜能。本研究通过数值模拟和物理实验相结合的手段研究了不同微结构超疏水表面的光热防除冰特性。基于有限元模拟，得到了纳米颗粒的粒径、种类、体积分数、涂层厚度及微纳复合结构表面的结构参数对表面光热转化效率和升温效果的影响。另外，考虑了微柱和微锥两种微纳复合结构，数值结果表明微纳复合结构具有更好的光热特性，微锥结构的光热特性最好。同时，详细讨论了微结构尺寸参数，如特征尺度和高宽比，对表面吸收率与光热转化效率的影响。光照升温和融冰试验结果表明制备的超疏水光热表面能够实现高效的光热转化和防除冰功能，最优结构的表面在一个太阳光照条件下的温升可以达到45℃。本研究的研究工作可以为防除冰材料的优化设计提供参考。     

马来酸酐接枝壳聚糖的微波法合成及其吸附性能

以硝酸铈铵为引发剂,采用微波辐射,合成了马来酸酐接枝壳聚糖。通过正交实验考察了微波辐射功率、微波辐射时间和反应温度等因素对接枝率和接枝效率的影响。当马来酸酐与壳聚糖的摩尔比为2:1,硝酸铈铵浓度为1.5mmol/L时,经优化确定的合成条件是:微波功率为600w,反应温度为90℃,反应时间为30min。并用红外光谱对产物的结构进行了表征,同时比较了接枝壳聚糖的吸附性能。结果表明马来酸酐接枝壳聚糖对Cd2 的吸附率及对污水的去浊率都大于壳聚糖。     

用于改善飞机螺旋桨防结冰性能的硅橡胶超疏水表面耐久性和延迟结冰性能研究（英文）

飞机螺旋桨在服役过程中由于地域性差异和天气的变化可能会遇到各种苛刻的环境。因此,理想的飞机螺旋桨用橡胶复合材料必须具备极好的超疏水性能、延迟结冰性能和环境耐久性。本文通过模板法和高温处理制备了硅橡胶超疏水表面,研究了低温冷冻、高温加热和紫外辐照对超疏水硅橡胶疏水性能的影响。此外,为了揭示超疏水硅橡胶在空气湿度影响下的延迟冻结行为,设计了延迟结冰装置,并利用扫描电子显微镜（Scanning electron microscopy,SEM）和能谱仪（Enery dispersive spectrometer, EDS）分析了超疏水性能的变化和延迟冻结机理。结果表明,制备的超疏水硅橡胶具有良好的环境耐久性和延迟冻结性能,在飞机螺旋桨超疏水电热防冰方面具有实际应用价值。     

Au纳米结构的常温冷焊接研究（英文）

基于种子生长法制备了常见的Au纳米结构(纳米球,纳米棒和纳米片),并探究了这些非单晶纳米结构在常温下的冷焊接现象。系统研究表明,表面活性剂(Cetyltrimethylammonium bromide,CTAB)的浓度和干燥条件是决定焊接过程中纳米结构演变和最终构型的重要因素。表面活性剂浓度低至0.3 mmol/L是冷焊的关键因素,且焊接需在缓慢蒸发和足够的驰豫时间条件下进行,而非快速干燥过程。同时,结合电镜表征和密度泛函理论,模拟金棒头尾焊接过程中的结构演变,揭示焊接纳米结构的稳定性优于分散纳米结构:相同晶体结构的Au纳米结构在慢蒸发过程中,附着在纳米粒子表面的低表面活性剂增加了纳米粒子之间的吸引力,使得相互靠近的纳米粒子由于相互作用而出现附着,由于金属表面原子的扩散、外延和表面弛豫引起的交叉点物理性能的改善。本文结果为纳米结构的物性分析和缺陷器件的构建提供了研究基础。     

一种磁载光催化剂的制备及光催化活性的研究

采用溶胶-凝胶法,在磁性颗粒表面包覆T iO2,制备了易于固液分离的纳米级磁载光催化剂T iO2/S iO2/F e3O4,并通过TEM,IR,XRD等对样品进行表征。以有机污水为降解对象,研究了磁载光催化剂的光催化活性。研究结果表明,包覆S iO2有利于提高磁载光催化剂的光催化活性,光催化剂能使有机污水快速降解,5次循环使用后降解率达90%以上,且光催化剂能快速地从液相中分离回收。同时磁载光催化剂具有较高的光催化活性,对高盐污水、含酚污水的降解率分别可达到99%,86.8%,对染料污水也有良好的降解效果,并具有磁性回收的特点,应用前景广泛。     

连续多试样纳米金刚石膜沉积设备及工艺

首先对热丝化学气相沉积(Chem ica l vapor depos ition,CVD)系统进行改造,设计了在真空室外对室内试样进行操纵的机械手系统和储料台,实现了一次热丝碳化后完成多个不同工艺条件下试样的连续沉积。有限元仿真研究结果表明,多衬底温度场比较均匀,适合于金刚石膜的生长。最后,采用改进沉积系统,在A r-CH4-H2气氛中,在多晶钼衬底上成功制备了纳米金刚石薄膜。R am an,XRD和AFM等结果表明,制备的金刚石纯度较高,晶粒大小在30 nm左右,表面光滑。     

纳米α-Al2O3在水相介质中的分散性能

在对纳米α-Al2O3粉体的Zeta电位进行测量的基础上,采用无机电解质类分散剂（SHP）,阴离子型表面活性剂油酸,阳离子型表面活性剂十六烷基三甲基氯化铵（CTAC）以及非离子型表面活性剂异丙醇胺（DIPA）对纳米α-Al2O3粉体进行了分散实验,系统研究了超声分散时间、表面活性剂种类和浓度对纳米α-Al2O3粉体在水相介质中分散性能的影响。结果表明,随超声时间的延长和分散剂浓度的增加,纳米α-Al2O3粉体的分散性均出现先增后降的变化规律,对于每一种分散剂均存在最佳超声时间和最佳浓度。纳米α-Al2O3粉体在水相介质中的最佳分散工艺为：超声时间40 min,浓度为1.5%的CTAC。