晶体塑性模型在微压缩实验误差分析中的应用

应用基于位错密度的各向异性晶体塑性理论模型,分析了轴向压缩下Ni单晶微圆柱体的力学响应.将其与实验结果对比,验证了该理论模型的合理性.进而,以单滑移[123]取向Ni金属柱体的微压缩实验为研究对象,分析晶体取向、摩擦力、接触失配以及几何锥度等常见实验误差因素对其力学测试结果的影响.研究结果表明:在单滑移取向下,晶体取向偏差(2°)导致微圆柱体整体变形从单滑移向多滑移变形转变;受摩擦力影响的横向约束效应可以显著提高塑性应变硬化程度;接触失配导致弹性模量测试值偏低,同时使得塑性剪切滑移主方向发生显著改变;在有锥度(2°~5°)条件下,屈服应力值较无锥度情况偏低.     

二氧化硅胶态晶体的合成

以正硅酸乙酯为原料，采用控制凝聚法制备出173nm和297nm两种不同粒径的单分散二氧化硅微球乳液，并在一定湿度和温度下，利用乳液的单分散性，在表面张力的驱使下完成微球的自组装，从而得到三维有序的二氧化硅胶态晶体。扫描电镜显示：晶体呈面心立方结构，晶体表面至现出鲜艳的颜色，其波长与微球的直径相对应。     

离心式昆虫微力测试系统设计

基于猪笼草叶笼滑移区表面特殊结构与良好滑移功能仿生研制致灾农业昆虫捕集滑板过程中,需要测试昆虫在仿生原型及制备滑板表面的附着力、摩擦力等毫牛尺度微力。为满足毫牛尺度微力的测试需求,依据离心力原理设计研制了一种离心式昆虫微力测试系统。该系统主要包括测试平台及附属机构、调速电机及转速控制器、视频监控系统和能够实现各部件固定安装的机座等4部分。调试运行结果表明设计研制的离心式昆虫微力测试系统能够准确采集蚂蚁、甲虫、飞蛾等体型较小昆虫附着系统产生的毫牛尺度微力,精度可达0.1mN,能够满足致灾农业昆虫捕集滑板仿生研制过程中对昆虫微力准确测试的需求。     

一种有机硅烷/稀土复合薄膜制备及纳米摩擦学性能

采用分子自组装技术在单晶硅基底上制备了有机硅烷/稀土（APTES/RE）复合薄膜.利用椭圆偏振仪、接触角测量仪及X射线光电子能谱(XPS)仪分析表征了薄膜的结构,并采用原子力显微镜（AFM）研究了硅基片和复合薄膜的纳米摩擦学性能.结果表明：随着探针的滑动速度和载荷的增加,针尖与样品间摩擦力增加;硅基片和复合薄膜表面的黏附力和摩擦力随着相对湿度的升高而增大;APTES/RE复合薄膜具有较低的摩擦系数及黏附力和显著的抗黏着及减摩效果,显示出其在微机构表面润滑中良好的应用前景.     

环境湿度对球/面微观接触的影响

为得到不同湿度环境下球/面接触副的黏着力F_a和接触压力P_c,研究了范德华力F_(vdW)和拉普拉斯力F_(Lap)对F_a和P_c的理论贡献.在此基础上,借助SiO_2/Si(100)这一球/面微观接触副,验证了不同湿度环境下F_a理论计算方法的正确性.结果表明:在低湿度环境下(样品表面未形成一层水膜),球/面微观接触的黏着力主要由范德华力构成;随着相对湿度的增加(水膜增厚至满足连续性介质条件前),拉普拉斯力逐渐形成并使黏着力逐渐增加;当相对湿度进一步增加时,拉普拉斯力和黏着力逐渐下降;基于Hertz,DMT,JKR等接触理论,不同湿度环境下球/面微观接触副的最大接触压力变化趋势与黏着力的变化趋势一致.     

八宝景天叶片表面润湿性测试与疏水机理分析

为探寻用于超疏水表面制备的仿生原型,测试了八宝景天(Hylotelephium erythrostictum)叶片表面对水滴的润湿性,采用扫描电镜和三维形貌干涉仪对叶片表面微形貌结构进行观测并提取特征参数,基于Wenzel方程和Cassie-Baxter方程构建模型用以分析叶片表面的疏水机理。结果表明:润湿性随叶片类型的不同而呈现差异,其中新鲜幼叶正、反表面的接触角分别为(147.25±3.79)°和(137.46±4.03)°,新鲜幼叶反面的接触角高达152.54°;叶片表面由排列连续致密且呈椭球形的凸包和交错排列成网状且形貌不规则但可辨别轮廓的蜡质晶体构成,不同类型叶片表面的凸包形貌呈现显著差异但蜡质晶体形貌未有明显区别;幼叶正、反表面的凸包具有相似的高度但分布密度和投影面积显著不同,蜡质晶体层的高度和面积比未有明显差异;微米级凸包和纳米级蜡质晶体的协同作用使叶片表面呈现疏水特性且蜡质晶体发挥关键作用。基于Cassie-Baxter方程构建的模型能够有效揭示叶片表面的疏水机理,并可为超疏水表面的仿生制备提供理论支持。     

果蝇纤维毛状爪垫与不同粗糙度表面接触的黏附力研究(英文)

总结了昆虫爪垫与接触面的黏附现象以及可能的黏附机理.在回顾了现存黏附力的测试方法后,本文提出了2种自制测试装置并测量了黑腹果蝇(双翅目,果蝇科)与不同粗糙度表面接触的黏附力.2种测试装置中,第2种天平测试法简单有效,为本文所创.文中描述了测试装置的特点和具体的测试过程,测试结果也同其他测试方法得到的结果进行了比较分析,并做了进一步的阐述和总结.     

胶态晶体模板法制备三维有序大孔钙钛矿锰材料

以单分散的聚苯乙烯(PS)胶态微球自组装得到三维有序排列的胶态晶体为模板,采用胶态晶体模板法制备出三维有序大孔(3DOM)的钙钛矿锰材料。利用透射电子显微镜、扫描电子显微镜、紫外/可见/近红外分光光谱仪和X射线衍射仪等技术对PS微球的粒径分布、PS胶态晶体和3DOM材料的表面形貌、光谱性能和晶体结构等进行了测试。测试结果表明:合成的PS微球粒径大小非常均匀,自组装得到的胶态晶体模板形成面心立方密堆积结构,得到的3DOM材料形成三维空间网状结构,孔结构均匀;同时,制备的PS胶态晶体具有较好的光子禁带效应,3DOM材料已形成单相钙钛矿晶体结构。     

基于AFM的钛合金表面红细胞力学性能

从微摩擦的角度研究血液的吸附机理,建立血细胞黏附力模型,利用CSPM5000型原子力显微镜(AFM)观察钛合金表面及吸附在其基底上的红细胞表面的二维和三维形貌,从材料的表面特征出发,研究不同红细胞压积HCT的血液在不同粗糙度的钛合金表面的接触角、黏附功的变化规律,以及材料表面性能对血液的润湿性、润滑性能和相容性的影响规律.结果表明:随着血液HCT的增加,血液对钛合金表面的接触角上升,润滑性能提高;随着合金表面粗糙度值的增加,其黏附功呈均匀上升,接触角下降;钛合金表面的亲水性越好,其表面血液润滑性能越好.研究结果为改进血液润滑效果、提高润滑效率、减少血细胞受损提供基础和依据.     

紫外老化下温拌沥青黏附性能的微观表征方法

为探究紫外线老化(UV)条件下温拌沥青黏附性能的表征方法,采用增力电动搅拌器,以基质沥青、Evotherm温拌剂为原材料制备Evotherm温拌改性沥青,根据表面自由能理论计算UV老化条件下Evotherm温拌改性沥青的宏观黏附性能指标(黏附功、剥落功),通过原子力显微镜(AFM)试验获取紫外老化条件下Evotherm温拌改性沥青的微观参数(纳观黏附力、蜂面积比、表面粗糙度),分析UV老化时间(0、50、100、150、200 h)和老化方式(隔氧、光氧耦合)对其微观参数、宏观黏附性能指标的影响规律,并对其进行线性回归分析。结果表明:Evotherm温拌改性沥青UV老化之后与石灰岩的黏附功逐渐减小,剥落功逐渐增大,在150 h UV老化后Evotherm温拌改性沥青的黏附功和剥落功都趋于稳定,且在有氧条件下黏附性能较隔氧条件下更差;UV老化时间在0～150 h时,温拌沥青纳观黏附力、蜂面积比和表面粗糙度降低幅度明显,延长老化时间至200 h时则逐渐趋于平衡,失去沥青的属性。经表面能理论得到的温拌沥青UV老化后的黏附功和剥落功与AFM试验得到的纳观黏附力、蜂面积比、表面粗糙度之间具有良好的相关性;且在隔氧和光氧耦合2种UV老化下,其微观参数与黏附性能指标的相关性基本一致。建议采用纳观黏附力、蜂面积比和表面粗糙度表征温拌沥青UV老化过程中黏附性能。     

自固化载硒纳米微球/磷酸钙复合骨修复材料的制备及性能

研究制备具有促修复、抗肿瘤的可注射缓释硒纳米微球复合磷酸钙骨水泥材料.采用乳化交联法制备Na_2SeO_3/CS缓释硒纳米微球,将微球与磷酸钙骨水泥(CPC)复合,制备Na_2SeO_3/CS/CPC骨修复系统,对该系统的固化时间、力学强度、缓释硒及降解性能、形貌、晶相构成进行测定和表征分析,并对其体外细胞活性进行研究.结果表明:相对于纯的CPC,当掺入Na_2SeO_3/CS纳米微球的量为4%时,复合CPC的注射性良好,固化时间5.75～11.5 min,固化强度提高,微观结构显示CPC均匀地包裹在壳聚糖微球表面并形成了针片状HA晶体,微球的添加对复合CPC材料的晶相组分无显著影响,缓释硒效应良好,有效缓释达22 d,降解性优于纯CPC,形成了蜂窝状完善的网状三维立体多孔结构,利于组织细胞和血管及神经的黏附长入.体外细胞实验表明,复合CPC对人乳腺癌细胞MCF-7及MG-63人骨肉瘤细胞增生的抑制作用显著,且对两株细胞增生的抑制性差异不显著.本研究为非承骨微创、缺陷修复及骨肿瘤的术后恢复、防止复发和转移的预防和治疗提供一种新思路,同时为拓展功能元素硒的合理应用奠定实验基础.     

氧化锌多孔空心微球湿敏性能的直交流分析

以枸橼酸钠为表面活性剂,采用共沉淀法制备了氧化锌(ZnO)空心微球.利用X射线衍射(XRD)和透射电镜(TEM)对样品的微结构和表面形貌进行了表征.将ZnO空心球旋涂在金叉指电极上构成湿敏元件.通过半导体测试仪Keithley2400和高精度数字电桥TH2828测量湿敏元件在不同湿度环境中的直流电阻、交流电容和交流阻抗.结果表明,随着湿度的增加,元件的电阻减小,交流电容和阻抗增大(低频范围).通过ZnO空心球在不同湿度环境下复阻抗谱,给出等效电路并解释其湿敏机制.     

Na~+对氢氧化镁晶体在纤维素膜上原位生长的影响及应用

采用氨水和氯化镁为原料制备氢氧化镁晶体,在自制的纤维素膜上进行原位生长,对纤维素膜进行羧基改性,使纤维素膜表面产生具有能与氢氧化镁结合的活性结合点,控制氯化钠的添加,研究Na+对氢氧化镁晶体生长的影响.利用扫描电子显微镜(SEM)观察氢氧化镁晶体的表面形态;X-射线衍射(XRD)分析其晶型结构;电感耦合等离子体(ICP)分析纤维素膜上镁元素的含量.研究结果表明,添加氯化钠,纤维素膜上得到棒状氢氧化镁晶体;不添加氯化钠,纤维素膜上得到片状的氢氧化镁晶体;生长有棒状氢氧化镁晶体的纤维素膜上镁元素含量比片状氢氧化镁晶体高.另外,生长有氢氧化镁晶体后纤维素膜的热稳定性有所提高,且生长有棒状氢氧化镁晶体的纤维素膜比生长有片状氢氧化镁晶体纤维素膜的热稳定性更好.     

垂直沉积法制备二氧化硅胶体晶体及其表征

利用垂直沉积法将单分散的二氧化硅胶体微球自组装生长为胶体晶体 ,并用扫描电子显微镜和紫外可见光分光光度计对其显微形貌和光学特性进行了表征 .结果表明二氧化硅微球有序堆积 ,自组装成胶体晶体 ,其结构为FCC密排结构 ,表面为FCC密排结构的 ( 1 1 1 )面 ;反射光谱还表明 ,所制备的胶体晶体的光子带隙位于可见光波段 .与重力沉淀等其他自组装方法相比 ,垂直沉积法制备胶体晶体具有能够用胶体微球粒径和胶体溶液浓度精确控制样品厚度等优点     

模板剂的用量对SAPO-5分子筛微球大小和形貌的影响

在高压微波条件下制备了具有特殊表面结构的SAPO-5分子筛微球,研究了模板剂用量对分子筛微球表面大小及形貌的影响,通过X射线衍射(XRD)、扫描电镜(SEM)进行了表征.实验结果表明,模板剂对分子筛微球的合成具有结构导向作用,且模板剂的用量对分子筛微球的聚集状态影响很大,模板剂的用量比在2.00~2.60范围时,生成由粒径为5μm左右的大粒径SAPO-5分子筛的晶体;当模板剂的用量减少到1.12~1.30时,生成由粒径为2~3μmSAPO-5分子筛小颗粒组成的18~25μm微球.     

模糊理论在纳观摩擦机理研究中的应用

利用Greenwood-Williamson(GW)模型建立了模拟物体表面的半球体形貌模型,并利用半球的半径隶属函数来定义了物体表面的“光滑”、“一般”与“粗糙”;应用经典的Hertz理论从接触的角度提出了物体表面单球接触力学模型,并建立了动力学方程;最后利用模糊理论对单球系统动力学方程进行叠加,得到了纳观整体滑块的摩擦力与滑动速度的关系.     

NaCl溶液浓度及其腐蚀作用对Ⅱ型水合物颗粒黏附力影响

在天然气水合物资源开采和深水油气输运过程中,管道内的低温高压环境会导致气体水合物颗粒的生成和聚集并最终造成管道堵塞,严重影响生产效率.导致这一问题的根本原因是气体水合物颗粒间以及颗粒-表面间存在黏附力.因此,为了探明气体水合物在管道中的沉积和聚集机理,本文利用高压微机械力测量装置,对CH_4/C2H_6混合气生成的Ⅱ型水合物颗粒在不同盐度和碳钢表面腐蚀程度影响下的黏附力进行了原位测量.实验结果表明NaCl(1 wt.%–5 wt.%溶液)的存在能够降低水合物颗粒间的黏附力,根据毛细液桥理论模型估算结果,出现这一现象的可能原因是NaCl的存在降低了液桥与水合物颗粒表面的接触角.此外,经NaCl溶液腐蚀处理后,碳钢表面与水合物颗粒间的黏附力显著上升,最多可升高至无腐蚀条件下颗粒-碳钢表面间黏附力的5倍左右.     

一种蜂窝状三维石墨烯的制备及表征

以天然鳞片石墨为原料,采用水热法和模板法,制备了蜂窝状的三维石墨烯,并对其形貌和结构进行了表征.利用Hummers法制备氧化石墨烯,将氧化石墨烯与聚苯乙烯微球制备液超声混合,进行水热反应得到氧化石墨烯包裹的聚苯乙烯微球模板.在弱碱性条件下,利用水合肼将聚苯乙烯微球表面的氧化石墨烯还原为石墨烯.之后,在强碱性条件下,利用甲苯去除聚苯乙烯微球模板,得到三维石墨烯结构.最后,经高温活化处理,得到蜂窝状的三维石墨烯.利用扫描电镜(SEM)和X线衍射(XRD)对制备的蜂窝状三维石墨烯进行了结构和形貌的表征.结果表明,本实验采用一锅法制备三维石墨烯,操作简单、成本低廉,制备的多孔三维石墨烯具有高比表面积、高导电率、强亲水性等优点,可广泛应用于导电复合材料、电池、化学和生物传感等领域.     

形貌特征对微造型阀芯润滑及泄漏特性的影响

提出一种在煤矿水压阀阀芯表面加工规律分布的微造型形貌以改善阀芯润滑性能的方法,并着重分析其形貌特征对阀芯润滑及泄漏特性的影响。建立了相关几何及数学模型,并采用基于N-S方程的计算流体力学(CFD)进行数值求解。求解结果表明:微造型动压润滑性能受微观形貌影响大,不同形貌下的压力分布状况及承载力大小不同;合适的阀芯微造型形貌能有效改善阀芯的润滑性能,且除三角形外其他形貌均能产生液膜动压支撑;球冠形具有最小的剪切摩擦力和泄漏量,在面积率为36%时,泄漏量相对于其他形貌下降近7.5%,剪切摩擦力减小约36.5%。同时球冠形形貌加工方便,具有较大的极限面积率,因此可选用面积率较高的球冠形形貌以改善微造型阀芯的润滑及泄漏特性。     

微细粒黑钨矿疏水絮凝浮选中聚团形成机制

通过疏水絮凝实验、原子力显微镜分析和数值模拟计算等方法,系统研究了微细粒黑钨矿的疏水聚团形成机制.结果表明：pH为8.0～8.5时,油酸钠诱导黑钨矿表面疏水并产生疏水絮凝行为,微细粒黑钨矿疏水聚团D₅₀与油酸钠的质量浓度和搅拌强度正相关;油酸钠体系中黑钨矿颗粒间具有较强的黏附力,疏水作用力是疏水聚团形成的主要贡献成分;搅拌装置中形成的强湍流流场环境有助于矿物颗粒的相互接触与能量传递,增加颗粒碰撞黏附概率;在流场高剪切力和油酸钠诱导疏水力共同作用下促进了微细粒黑钨矿形成大而稳固的聚团,与常规浮选相比,疏水絮凝浮选WO₃回收率提高了12.04%.