原子力显微镜针尖与样品间的材料转移

研究氮化硅针尖在十八烷基三甲氧基硅烷 (OTE) /云母表面的修饰过程。使用原子力 /摩擦力显微镜 ,以云母作为参考样品 ,研究了针尖在样品表面的修饰效应和修饰后针尖的清洁过程 ,并考察了湿度和载荷对针尖修饰效应的影响。修饰过程不是一个渐进的过程 ,在最初几次摩擦扫描中修饰较快 ,然后在 10～ 2 0次扫描后达到平衡态。在 OTE/云母表面修饰后的针尖在云母表面的摩擦力信号比修饰前针尖在云母表面的摩擦力信号小 ,并且大部分吸附在针尖表面的 OTE分子在云母表面的前 10次扫描中就被磨掉。相对湿度对针尖的修饰效应影响不大。在研究不同样品的摩擦性能时 ,尽量使用清洁针尖 ,并使用摩擦性能稳定的参考样品 (如云母 )来检测针尖的表面状态     

磁控溅射GeSbTe相变薄膜黏附与摩擦特性

室温下通过调整磁控溅射时间制备了不同厚度的GeSbTe薄膜.利用原子力显微镜和台阶仪观察薄膜的表面形貌,测量薄膜厚度,并借助TriboIndenter纳米力学测试系统,分析探讨了薄膜的黏附和摩擦特性.研究结果表明:随着溅射时间的增加,薄膜表面粗糙度减小,厚度增加,同时表面质量提高;探针直径、相对湿度、薄膜表面质量以及探针载荷等因素对薄膜的黏附和摩擦特性均有重要影响;在满足存储要求的前提下,通过减小探针直径、降低相对湿度能够有效降低黏附力和摩擦力;而提高薄膜表面质量,为探针施加合适的载荷,有助于改善探针与薄膜表面之间的摩擦特性.     

Effect of hydrogen on the friction and wear of Ni-P coatings

The effects of charging and outgassing on the friction and wear of Ni-P amorphous and nanocrystalline coatings were studied under ambient humidity and temperature. The results indicate that hydrogen charging can greatly decrease the volume loss during friction and increase the wear durability. However, the wear durability can be restored after outgassing. There are many cracks on the brittle nanocrystalline before charging, and no crack appears after charging, but there are only a few cracks on the outgassed sample. This indicates that hydrogen charging can inhibit the crack formation during friction for the brittle Ni-P nanocrystalline. For the charged sample, after the surface layer was removed by polishing, the wear track and the friction coefficient are consistent with those of an uncharged sample. The friction coefficient of the charged amorphous coating is very small within the first 140 s and then increases suddenly to the value corresponding to the uncharged sample. The absorbed surface layer lubricates the surface, reduces the friction coefficient, and improves the wear durability.     

基于加州承载比试验的隧道弃渣颗粒接触力场形状影响因素分析

对级配碎石而言，不同的颗粒表面性质会影响颗粒接触力场形状、大小及梯度，进而改变试样所受约束力。分析CBR试验过程中试样侧板及底板的受力演变，探究试样颗粒细观参数对试样颗粒接触力场及试样约束力的影响。通过对比不同刚度比、摩擦系数与粘结强度（设定其比值为1下）对试样接触力场形状的影响，发现：以刚度比值6为界，随法向刚度的增大，颗粒接触力场长细比先增加后减小；随摩擦系数或粘结强度增大，接触力场长细比相应减小。考虑颗粒相对运动中粘结强度比中法向及切向参数作用不同，以粘结强度比4为界，随法向粘结强度增大，其接触力场长细比先增加后减小；随切向粘结强度增大，所得接触力场长细比变化趋势则为先减小后增加。可为研究隧道弃渣制成的级配碎石颗粒细观参数与其接触力场形状间关联性提供一定参考     

解理云母表面粘着特性的实验

为了解粘着行为的机理,对法向力测量系统进行了改进,利用应变测量和动态应变仪连续采集信号实现对分离力的实时动态测量,理论分辨率达到0.023mN。利用该系统对新鲜解理云母作为接触副的趋近分离实验现象进行了测量,发现新鲜解理云母直接接触时的分离力随着接触次数的增加而减小。在中间层存在水膜时,分离力增加约3倍,这验证了弯月面力对粘着力有显著影响,同时证明系统的动力学特性能够导致突跳现象的发生,且不一定伴随表面的破坏或塑性变形。     

滑动接触效应对裂纹尖端J积分值影响分析

采用断裂力学和有限元法对无润滑摩擦条件下滑动接触效应对摩擦表面裂纹尖端J积分值的影响进行研究,分别得到了不同摩擦因数、接触压力、裂纹长度和裂纹形态下裂纹尖端J积分值的变化规律.结果表明:摩擦效应对裂纹尖端J积分值的影响因裂纹形态不同而变化;对于竖直型裂纹,摩擦效应的增加加剧了裂纹尖端J积分值的变化;对于斜裂纹,在滑动至裂纹附近时,摩擦效应的增加减弱了裂纹尖端J积分值的变化.裂纹尖端J积分值波动幅度随着接触压力的增大而增大.相同接触压力和摩擦效应下,裂纹与滑动速度方向的夹角越小,裂纹尖端J积分值变化越显著.裂纹尖端J积分值随着裂纹深度的增加先增大后减小.     

Determination of hydration film thickness using atomic force microscopy

Surface forces between particles control phenomenasuch as dispersion, agglomeration, coatings, adhesion,wetting, friction, and polishing, which play a crucial rolein materials processing. The importance of surface forcesis more appreciated especially in colloidal processing,while materials in a colloidal state are frequently preferredin industrial processing operations (e.g., printing inks,toners, paints, skin creams, blood substitutes, gels used asdrug-delivery systems, etc.) because their lar…     

用STM研究云母表面Au原子团的行为

用扫描隧道显微镜(STM)研究了沉积在白云母(001)表面上的金(Au)薄膜表面的形貌,这个Au膜是在高真空中,蒸发到在大气中解理的白云母(001)表面上,其Au膜厚约为40um。用STM测量样品表面形貌,我们发现在Au膜表面存在原子团,这些原子团作随机运动,其形状和大小随时间变化。     

基因转运载体的原子力显微镜研究

通过原子力显微镜观测阳离子脂质体及其与DNA复合物的结构。将一定量的阳离子脂质体以及阳离子脂质体／DAN复合物滴加到新解理的云母片上,干燥后用原子力显微镜观测。结果表明,阳离子脂质体在云母片上形成的颗粒为球形或椭圆形,粒径分布较为均匀;阳离子脂质体／DNA复合物在云母片上的颗粒形状不规则,粒径分布不均且比空白脂质体的粒径大。通过原子力显微镜可以快速有效地观测脂质体以及脂质体／DNA复合物的粒径、表面形态等,为分析脂质体的物理化学性质与基因转运效率的关系提供了一种研究方法。     

矩形直肋热质传递时传热特性的数值分析

为研究矩形肋片的传热传质性能,考虑汽化潜热随温度变化,引用Hyland的温湿度关系函数建立肋片表面传热方程,此时的传热方程无法获得解析解。以传热方程为基础建立传热差分方程,并采用超松弛迭代法对肋片表面温度分布进行求解,同时计算获得肋片传热效率。结果表明：湿度增大,肋片底部和端部温差也越大,绝热边界下肋片温度分布整体高于自然对流边界;汽化潜热的增加使得实际传热量增大,肋片效率的计算结果高于已有研究结果;肋片参数增大时,无量纲化临界点位置越向肋底部靠近,肋片效率减小;环境湿度增大,无量纲化临界点位置向肋片端部靠近,肋片效率变小,湿度对半湿换热工况的肋片效率影响显著,全湿换热工况下,湿度越大,对肋片效率变化的影响越小。     

Heat Transfer and Friction Characteristics of Wavy Fin with Hydrophilic Coating under Dehumidifying Conditions

An experimental study on the airside heat transfer and friction characteristics of seven hydrophilic-coated wavy finned tube heat exchangers is performed under dehumidifying conditions. The effects of fin pitch, number of tube rows and inlet air relative humidity on the airside characteristics are investigated. The airside heat transfer and friction characteristics are presented in the form of Colburn factor and friction factor, respectively. The test results indicate that the Colburn factor and friction factor increase with decreasing fin pitch. The Colburn factor of 2tube row heat exchanger is higher than that of 3 row heat exchanger, while their friction factors are nearly equal. As the inlet relative humidity increases, the Colburn factor increases and the friction factor is almost unchanged. The airside heat transfer and friction correlations are proposed for the hydrophilic-coated wavy fin with mean deviations of 6.5% and 9.1%, respectively. They can be used to design or evaluate hydrophilic-coated wavy fin-and-tube heat exchangers.     

Molecular dynamics simulation of nanoscale contact and sliding processes for probes with different tip radius of curvature

Three-dimensional simulations were carried out molecular dynamics （MD） to study the contact and sliding processes between diamond points with different tip radius of curvature and surfaces of single crystal copper. The material deformation, abrasion mechanism, lattice defects, the force of contact process, and the sliding friction process were investigated. The simulation results show that the contact force, dislocations, and stacking fault defects, increase during the contact process with increasing contact depth or tip radius of curvature. The dislocations emit along the [10i-] and [i-01] direction and then a glide band is formed. It was also found that a greater tip radius of cur- vature results in a larger groove and more material defor- mation. The normal force and friction increase with increasing tip radius of curvature, but the coefficient of friction decreases. The stacking faults spread along the sliding direction and increase with increasing tip radius of curvature. In addition, the number of upheaval atoms increases as the radius of tip curvature or sliding distance increases.     

建筑抗震中单桩摩阻力动力效应分析

研究了地震发生时单桩摩阻力动力.为揭示摩擦桩与土体在考虑基本地震荷载作用下的耦合响应规律,采用拉格朗日数值分析方法建立桩与土体计算模型,通过施加地震荷载,分析桩周摩阻力、桩体轴力以及土体的变形在不同地震历时下的情况,得到:1)桩周负摩阻力从桩顶向下呈先增大后减小的态势,在桩长0.35倍范围内出现负摩阻力;2)由于地震荷载的作用,桩侧摩阻力和轴力均不断变化,当地震时间为3s时,桩侧摩阻力和轴力达到最大值;3)随着地震的持续进行,桩体和土体之间的相对位移的变化导致中性点位置发生往复变化;4)由于地震荷载的作用,土体的位移明显增大.在地震历时0~10s范围内,地表沉降迅速增大;在地震历时10~15s时,地震沉降增加的速度明显减慢;当地震历时持续到15~20s时,地表沉降逐渐减小.     

水镁石润滑剂的研制及其润滑性能的研究

研制一种润滑性能较好的水基粘土润滑剂.在MMW-5G摩擦试验机上比较13种粘土材料的干粉摩擦性能,发现水镁石的润滑效果最好,以水镁石为基料,配置成环保水基润滑剂,然后以四球为摩擦副,比较含不同量的聚丙烯酰胺(PAM)、硼酸的该润滑剂的摩擦系数,得到最优配比下PAM、硼酸的浓度分别为1%和5%,摩擦系数相对于空磨降低了85%.关于PAM含量、硼酸含量、粘土种类的三因素三水平的正交试验(L9(34)),验证了单因素的最优配比.参考最优配比,研究不同粘土材料的摩擦性能、该润滑剂在不同载荷、转速下摩擦性能的变化.结果表明:同其他粘土材料相比,该润滑剂的润滑效果较好;随着载荷的增加摩擦系数先减小后增大;随着转速的增加摩擦系数逐渐减小.     

基于分形接触的湿度对静摩擦因数影响分析

采用分形接触模型推导并计算了由水膜的弯月面效应引起的附加静摩擦力,得到了由水膜的弯月面效应引起的附加静摩擦力的表达式,表明随着分形维数D的增大和分形粗糙度G的减小,计算的附加静摩擦系数增大,同时随着相对湿度的增加,水膜厚度增加,附加的静摩擦系数增加.     

Effect of humidity on the surface adhesion force of inorganic crystals by the force spectrum method

Effect of relative humidity on the surface adhesion force of several inorganic crystals of mica, CaF₂ and KCl was studied by atomic force microscopy (AFM). The results showed that the magnitude of surface adhesion force is mainly dependent on the surface free energy of the adsorbed liquid film, but almost independent of the thickness of the film. Furthermore, the deliquescence on the crystal surface was investigated, which demonstrated the capability of the force spectrum method to monitor changes in ionic concentrations of adsorbed liquid film in real-time.     

离心铸造高铅锡青铜合金摩擦磨损性能研究

采用离心铸造方法制备了高铅锡青铜(ZCu Pb22Sn1.5)合金,研究了载荷和摩擦速度对其摩擦磨损性能的影响及摩擦磨损机理.研究发现:在0.05 m/s摩擦速度下,随着载荷的增加,高铅锡青铜合金摩擦系数减小,磨损率增加,当载荷增加到120 N后,摩擦系数趋于稳定;在100 N载荷下,随着摩擦速度的增加,摩擦系数逐渐减小,磨损率增加,摩擦速度增加到0.10 m/s以后,摩擦系数迅速减小,到0.20 m/s以后摩擦系数趋于稳定;当继续增加载荷和摩擦速度时,由于铅润滑膜的破坏而增加了磨损率.在摩擦磨损过程中容易在摩擦表面形成软质铅润滑膜从而起到耐磨作用.     

含泥量与含水率对三峡库区花岗岩风化砂细集料抗剪强度的影响

为了研究含泥量和含水率的变化对三峡库区花岗岩细集料强度特性的影响,通过控制含泥量和含水率的变化,采用四联式电动直剪仪在四个不同垂直应力下进行16组直剪试验。结果表明：花岗岩风化砂细集料抗剪强度随含水率和含泥量的增加表现为不同程度的减小;细集料的内摩擦角随含泥量的增大而减小,当含水率为15%时,含水率对内摩擦角不再具有明显的影响;而黏聚力随含泥量的增大而增加,随含水量的增大而减小。花岗岩风化砂细集料的内摩擦角 在20.9°～24.9°之间变化,黏聚力 值6.4 kPa ～21.3kPa之间变化。研究结果可为三峡库区地基或路基工程作参考。     

高温冻土剪切力学特性试验研究

利用重塑土的直剪试验,探讨-2℃条件下青藏地区3种不同土性(粉质黏土、粉砂、细砂)冻土的直剪力学特性。结果表明:高温冻土剪切特性与土性、密度、含冰量密切相关;剪切位移-剪应力曲线在相对密实条件下呈应变软化型,而在相对松散状态下呈应变硬化型;不同密实条件下粉质黏土的内摩擦角随含冰量的增加表现为先降低后增加,而细砂的内摩擦角随含冰量的增加而增加;在相同含冰量条件下粉质黏土、细砂的内摩擦角随密度的增加而增加;粉砂在不同密实条件下内摩擦角随密度的变化规律与粉质黏土类似,但在相同含冰量条件下内摩擦角随密度的变化规律与粉质黏土、细砂相反;-2℃条件下不同土性高温冻土黏聚力随密度、含冰量变化的规律不明显。高温冻土地区的工程建设应根据土性、密度、含冰量情况合理选取抗剪强度指标。     

典型盐岩力学特性分析

通过单轴、三轴压缩实验及劈裂等实验研究了湖北云应、江苏淮安和河南平顶山3 个地区层状盐矿岩样的短 期力学特性,并对不同地区及不同深度地层的纯盐岩力学特性进行比较分析。结果表明：（1）3 地区中单轴抗压强度 和弹性模量最大的岩样为泥岩和含泥岩的盐岩,而其泊松比却是最小的,证明了泥岩变形性能差的特性。含有不同杂 质的盐岩其抗压强度和弹性模量有所增加,其泊松比对杂质的变化不是太敏感。纯盐岩抗压强度、弹性模量和泊松比 随地层深度的增加而增大,取自较浅地层的岩样单轴实验有明显的压密阶段。（2）不同地区的岩样都有随围压的增大 峰值强度相应增大的规律。纯盐岩的内摩擦角基本都大于其他岩样的值,而黏聚力则都小于其他岩样的值。反映了纯 盐岩晶体颗粒大,含杂质少的特点。（3）不同地区的纯盐岩相对于其他岩样的抗拉强度最小。