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。     

硬质合金润湿图案化表面的超快无泵水自输运特性研究（英文）

提出了一种在硬质合金表面制备可以实现水自输送的润湿图案化表面的方法,即激光加工法,该方法可以不需要在基底表面上沉积材料。该润湿图案化表面包含楔形超亲液沟槽以及外围的超疏液表面,借助该图案化表面,液滴可以实现快速自输送。通过单因素试验发现,导致硬质合金表面极端润湿的关键因素是激光加工过程中产生的微纳织构,且微纳织构的形成受激光加工参数的影响。与此同时,通过单因素试验找到了微纳织构产生的合理激光加工参数。最后,通过水滴运输实验发现,当超亲液的楔形槽楔角是3°时,该润湿图案化表面对水的运输速度能够达到362 mm/s。还分析了水在该表面上的运输机制,发现水的自驱动运输是由图案化表面引起的水滴自身拉普拉斯压力梯度控制的。     

润湿异性表面液滴定向运动研究进展

液滴在润湿异性表面的定向运动具有重要应用价值,如油水分离、水收集等,已成为表界面领域的研究热点.开展润湿异性表面液滴定向运动研究,对于理解固-液相互作用、开发高性能润湿异性表面具有重要意义.从楔形表面、沟槽阵列表面、亲水-疏水表面、非对称形貌表面和生物表面等角度,详细介绍了润湿异性表面液滴定向运动的最新研究进展,展示了...     

超疏水表面减阻水洞实验及减阻机理研究

针对超疏水表面功能材料在流动减阻方面的潜在应用,通过水洞实验研究了具有超疏水表面航行器模型的阻力特性,获得了其减阻特性曲线,并得到了超过20%的减阻效果.对超疏水表面进行了表面能特性和滑移特性分析,认为表面组分中的疏水基团和表面微观结构分别导致了超疏水表面的低表面能效应和壁面滑移效应,两者是超疏水表面具有减阻作用的直接原因.     

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。     

氮气油雾介质下Ti-6Al-4V钛合金高速铣削试验研究

通过以氮气油雾作为切削介质的切削方法,应用硬质合金刀具对T i-6A l-4V钛合金材料进行了高速铣削试验,分析了铣削过程中的切屑形成、刀具磨损、已加工表面粗糙度等因素的变化。对氮气油雾介质下的钛合金高速铣削机理进行了探讨,同时通过氮气油雾介质、空气油雾介质以及干切削状况下的钛合金高速铣削对比试验,证明了以氮气油雾为切削介质进行钛合金高速铣削的可行性。研究结果表明,与空气油雾介质及干切削相比,氮气油雾介质下的钛合金切屑表面较为平整,刀具磨损与已加工表面粗糙度均相对较低。利用氮气油雾作为切削介质,是实现钛合金绿色高速切削加工的有效方法。     

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。     

钛基材上羟基磷灰石生物活性研究

考察了电沉积时添加双氧水(H2O2)与不添加H2O2对羟基磷灰石涂层在模拟体液(Simulated body fluid,SBF)和柠檬酸修饰的磷酸缓冲液(Citric acid-containing phosphate buffer solutions,CPBS)中浸泡时生物活性的影响。扫描电镜(SEM)观察了涂层的形貌,X射线衍射仪(XRD)与傅里叶变换红外吸收光谱测试仪(FTIR)对涂层的物相组成、结构进行了分析。SBF浸泡试验表明涂层具有良好的生物活性;CPBS浸泡试验表明电沉积时加入H2O2的涂层的溶解性降低。本项工作对研制钛基材上高生物活性、长效性的羟基磷灰石涂层有积极意义。     

Ti6Al4V钛合金表面羟基磷灰石陶瓷膜的制备

Ti6Al4V钛合金在不同钙磷浓度电解液体系中进行微弧氧化制得氧化膜,并进行水热处理。采用SEM观察微弧氧化膜微观形貌,使用EDS、XRD分析膜层成分和相组成。结果表明:电解液中钙磷浓度直接影响其在膜层中的含量,且钙离子主要靠扩散作用进入膜层,而磷离子靠电迁移进入膜层;微弧氧化膜中的钙盐、磷盐水热处理后转化成具有生物活性的羟基磷灰石,但处理温度过高,会出现晶粒粗大,适宜的水热处理工艺是200℃水热处理12小时。     

聚乙二醇对聚偏氟乙烯/亲水性高聚物性能影响

文章以聚乙二醇为聚偏氟乙烯/亲水性高聚物共混体系的添加剂,研究了聚乙二醇含量对聚偏氟乙烯/亲水性高聚物共混膜的水通量、孔径、孔隙率和耐污染性的影响。结果表明当共混体系中聚乙二醇含量为7.5%,膜的最大水通量达到1050 L/m2.h,孔隙率为73.0%,平均孔径为0.19μm,聚乙二醇含量对PVDF/B共混膜的结构和性能变化起了重要的作用,可通过调节聚乙二醇的含量来控制膜的孔径和孔隙率。     

烟火药水下燃烧的声辐射机理与实验研究

烟火药水下燃烧能够形成低频的水下声.法国烟火集团拉克鲁瓦防御公司研制出了一种"烟火--声电"声诱饵(1995),但是至今还没有进行深入的研究与报道.本文就烟火药水下燃烧的声辐射机理进行了探讨.结果显示,其所辐射的噪声主要包括喷注噪声和气泡噪声,进一步的分析发现主要以气泡噪声为主,喷注湍流噪声为辅.为了证明此观点,实验研究了具有脉动燃烧效应的烟火药水下燃烧时的声辐射特性.     

机械加工对烧结金属多孔材料孔隙的影响

建立了烧结金属多孔材料连通孔隙形成的模型,通过控制机械压制压力获得了一定孔隙率的金属多孔材料。为了拓展烧结金属多孔材料在工业领域中的应用,文中研究了放电线切割、水切割和磨削加工对材料表面孔隙结构及材料透气性的影响,采用扫描电镜和显微镜分析了材料加工后表面上孔隙的形貌。实验结果表明,放电线切割、水切割和磨削对烧结金属多孔材料加工之后,材料被加工的表面孔隙被部分堵塞,材料的透气性有一定程度的降低,但材料内部的孔隙仍有较好的连通性。     

高速自然超空泡射弹阻力特性试验研究

为了研究水下高速自然超空泡射弹的阻力特性,针对带有圆盘空化器的多锥体射弹模型,设计了多种结构参数的射弹模型,进行了高速射弹从空气射入水中形成超空泡的试验.通过对试验数据的分析和处理,得到了不同空化数,不同空化器直径以及不同射弹长细比对射弹阻力系数的影响.试验结果表明:在空化器直径和射弹长细比不变的情况下,随着空化数的增加,射弹阻力系数变化很小;在空化数和射弹长细比不变的情况下,随着空化器直径的增加,射弹阻力系数增大;在空化数和空化器直径不变的情况下,随着射弹长细比的增加,射弹阻力系数减小.试验结果为进一步研究高速超空泡射弹的水动力特性和水下弹道特性提供了参考.     

光引发活性ATRP聚合制备纳米二氧化硅超疏水表面

利用3-氨基丙基三乙氧基硅烷(KH-550)和2-溴代异丁酰溴(BIB)对纳米二氧化硅进行改性制备了原子转移自由基聚合(ATRP)纳米活性中心,采用紫外光引发丙烯酸十二氟庚酯活性聚合接枝在纳米二氧化硅表面并沉积在玻璃基材表面制备了超疏水表面。通过热失重分析纳米活性中心的接枝率,采用水接触角研究了纳米活性中心含量和光聚合时间对超疏水性能的影响。结果表明:随着纳米二氧化硅活性中心浓度增加,工艺稳定性变好,但光聚合沉积形成超疏水表面所需的时间要长。纳米二氧化硅活性中心浓度为3.63μmol/g为最佳,经40 min光引发活性聚合后,二氧化硅表面含氟聚合物的接枝率达到34.12%,接触角达到164°,表面微纳结构致密。     

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。     

准二维水下超声速垂直过膨胀射流研究

阐述了水下超声速气体垂直过膨胀射流的准二维实验研究和射流的数值计算结果.利用高速摄影仪在1000帧/s的拍摄速度下实时记录了过膨胀工况下水下垂直射流的喷射状态,清晰显示了水下气体垂直射流的演化过程;并利用专业软件FLUENT,对实验Laval喷嘴内外纯气相流场进行了数值计算,发现喷口附近存在复杂激波区,辅助分析了水下高速气体垂直射流的动态不稳定性形貌.实验与计算表明:在保持较小射流流量和保障较大马赫数的条件下,水下超声速垂直射流在水环境中引发的回击频率会得到减弱;准回击现象的发现证实了这一结论.这对于工程应用中的风口材料的"空蚀效应"的减弱提供了理论依据.     

"核——壳"IPN型聚丙烯酸酯类阻尼涂膜综合性能

本文合成了Poly(MMA-Co-AA-Co-HEMA)/Poly(BA-Co-HEMA)"核——壳"IPN型聚丙烯酸酯类水性涂料。用凝胶渗透色谱(GPC)、示差扫描量热仪(DSC)、动态粘弹谱(DMA)等表征手段分析IPN聚合物的分子量、组成和力学阻尼性能,对BA/MMA(软核/硬壳)IPN结构的水溶胶和MMA/BA(硬壳/软壳)IPN结构水溶胶作了对比研究,后者极其不稳定故应选择前者。同时用旋转粘度计测定该IPN水溶胶和水性涂料的流变性能,IPN水溶胶为牛顿型流体,而IPN水性涂料为假塑性流体。IPN水性涂料具有触变性,并能满足施工要求。经检测,该涂膜具有优良的综合性能。     

多胞局域共振型超材料的减振实验研究

弹性波/声波超材料具有许多超常力学性质,为航空、航天和船舶等领域的装备减振降噪提供了新途径。本文介绍多胞局域共振型超材料的减振实验研究。该研究基于局域共振元胞的频散分析、波动传递率分析和周期结构的振动响应计算,讨论了超材料在带隙频率区内外的波动传播。设计制造了具有低频带隙的轻质周期性局域共振超材料构型,并用于空间桁架结构的振动抑制实验。实验结果表明,在15～45 Hz的带隙频率区间,多胞超材料减振装置可使振动传递率降低30 dB以上,展现出良好的减振效果。     

高温含水气流条件下燃烧室材料考核的电弧加热试验模拟方法

在燃烧室的内流热环境下,燃烧室壁面的部分防热材料(如 C/SiC 或超高温陶瓷)与碳氢燃料燃烧产物水蒸气发生的氧化反应速率比与空气中的氧气还要快。水蒸气的存在加剧了防热材料的氧化。另外,水蒸气还能与材料表面玻璃状的 SiO2保护层发生挥发性的化学反应,破坏了 SiO2保护层。这些因素对燃烧室防热材料的防热效果有明显的影响。本文采用等离子电弧加热矩形湍流导管试验方法模拟超燃冲压发动机燃烧室的内流热环境,并在试验喷管前的混合稳压室内横向喷射4%~5%的常温水与高温气体混合,模拟燃烧室内水蒸气的组份、浓度和温度,采用数值计算的方法分析混合稳压室内水与高温气体的掺混程度,研究含水的高温气体的总温(总焓)计算方法。