水烛叶表面的浸润性研究及其仿生表面的制备

研究了水烛叶及其仿生表面的形貌和浸润性.通过接触角测量仪(OCA)测得水烛叶的静态接触角为111.5°±2°,其聚二甲基硅氧烷(PDMS)仿生表面的接触角为148.8°±2°.通过扫描电子显微镜(SEM)对样品的表面微观形貌进行表征,发现水烛叶表面的主要由亚毫米级周期性沟槽,微米级点阵乳突和纳米级鳞屑状蜡质层组成.此外,通过Cassie模型分析了水烛表面的浸润性机理,水烛叶表面复杂的微观结构和蜡质层的结合使其表面具有较好的疏水性.利用PDMS复制了水烛叶表面的微结构,由SEM测试结果可知PDMS仿生表面达到了很好的复制效果,从亚毫米级到微米级范围的复杂分层结构得到很好的再现,然而纳米结构在固化过程中因为植物表面蜡质层的熔化导致无法被复制.水烛叶和PDMS仿生表面之间的浸润性差异源自于叶片表面上蜡质化学性质不稳定以及微观结构的差异.但是同平滑的PDMS相比,复杂的分层结构明显改善了其浸润性.该研究可为大面积制备疏水材料表面的仿生设计和构造提供参考.     

二氧化硅气凝胶的表面改性及热稳定性的研究

采用溶胶-凝胶法在常压下经三甲基氯硅烷改性后成功制备出了疏水性二氧化硅气凝胶,并通过红外光谱(IR)、接触角的测定和差热-热重(DTA-TG)分析方法对二氧化硅气凝胶改性前后的化学成份、疏水性能和热稳定性进行了研究.结果表明,经改性后的样品确实为疏水性二氧化硅气凝胶,热稳定性良好,可承受1 100 ℃的高温,足以满足航空、航天以及民用工业中对超级隔热保温材料的要求.     

基于磁致链化效应的磁控粗糙表面及其疏水特性

基于自清洁、表面减阻等技术需求,近年来,超疏水表面及其制备技术广受关注基于铁磁颗粒在聚合物基体中的磁致链化,通过构建具有微米级随机山状突起特征的磁控粗糙表面(magnetic roughness surface, MRS),其水滴接触角可达150°以上,呈现超疏水特性通过对MRS制备过程中固化磁场强度、铁磁颗粒粒径及含量等因素进行研究,建立了MRS规则锯齿结构模型,仿真分析了锯齿结构高宽比和间距比对表面疏水性的影响     

亚微观粗糙表面润湿各向异性及振动能影响研究

利用表面微观粗糙结构获得超疏水及自清洁表面已引起了学术界及工业界研究者的广泛兴趣.当微观粗糙结构在表面平均而无各向性分布时,液滴沿三相接触线接触角分布将表现一致,如阵列柱状结构排布;当微观粗糙结构的分布有方向依赖性时,表面的疏水或亲水性质将呈现各向异性,如周期性平行沟槽结构.这种润湿各向异性性质对设计符合使用要求的超疏水表面有很重要的作用.本文在对平行沟槽表面润湿各向异性机制研究的基础上,以热力学分析方法来进一步讨论外界振动能大小对液滴润湿行为的影响.通过一些理论简化后,提出一种在实验研究与实际应用中都具有普遍意义的平行沟槽模型,经热力学分析计算后发现随着外界振动能的增加,在平行沟槽各方向上的非复合及复合润湿态的接触角滞后都将减小.进一步分析表明,非复合动态润湿的各向异性随外界振动能增加而减小,而复合动态润湿的各向异性则增加.     

锌基底上超疏水表面的制备

采用硝酸为刻蚀剂、CS2与液体石蜡的混合溶液为疏水剂,经简单处理在锌基底上构建了微纳米结构,通过SEM,XRD等进行了结构表征和疏水性能测试．结果表明锌表面经过硝酸溶液刻蚀处理后具有了树立的不规则排列的片状结构,形成了一个阶层,表面上的阶层结构对超疏水性起到了一个关键的作用．     

聚砜-有机改性粘土超滤膜的制备及其水处理增强性能(英文)

采用相转化法制备了聚砜/蒙脱土纳米复合超滤膜,并通过死端过滤的方式评价复合膜的透水及抗污染性能。在纳米复合膜的制备过程中,采用有机蒙脱土(OMMT)作为添加剂,用聚乙烯吡咯烷酮(PVP)来提高有机蒙脱土粒子在聚砜膜基体中的分散性。对复合膜进行了FT-IR、WAXRD和SEM测试,结果表明有机蒙脱土存在于膜表面并较好地分散于聚砜膜基体中。水处理超滤实验表明,聚砜/蒙脱土纳米复合超滤膜的水通量可由原来的122.37 L.m-2.h-1提高至253 L.m-2.h-1,接触角可降低至60.5°,说明有机改性蒙脱土的掺杂能够大幅度提高聚砜超滤膜的水透过性能及抗污染特性。     

具有滑移边界圆管层流减阻的CFD模拟

超疏水表面能够减阻的一个重要原因是在流固界面上存在无剪切空气-水界面.从流体力学的角度来看,这个无剪切界面对应着流体中的滑移边界条件,而与此相关的概念是有效滑移长度.采用计算流体动力学方法,引入速度滑移边界条件来模拟超疏水表面的减阻.计算结果表明,在给定的简单模型中,无量纲压降比最高可达19.2 % .     

超亲水SnO_2@不锈钢网的制备及在油水分离中的应用

采用溶胶凝胶法制备SnO_2凝胶,通过一步浸泡法将SnO_2凝胶修饰到不锈钢网上,通过高温煅烧和紫外照射得到接触角为0°的超亲水SnO_2@不锈钢网.用接触角、扫描电子显微镜及能量弥散X射线谱对制备的改性不锈钢网进行表征,表明SnO_2粒子被成功修饰到不锈钢网表面.SnO_2@不锈钢网对有机溶剂和油类物质具有高选择性和分离效果,仅通过重力作用即可分离油水混合物,油的回收率可达90%以上.该研究为油水分离提供了一种经济、高效、环境友好的方案.     

ZnO纳米棒的CBD法制备及表征

在低温条件下,采用化学溶液沉积法(CBD)生长出ZnO纳米棒.探讨了反应的最佳温度,并在最佳实验条件下成功在光滑的玻璃衬底上制备了近一维ZnO纳米棒阵列.利用差热(TG-DTA)、X射线衍射(XRD),扫描电子显微镜(SEM)和光致发光谱(PL)对产物进行结构、形貌和光学性能表征.结果表明:反应的最佳温度为92 ℃,产物为结晶良好的六角结构晶体.PL测试显示紫外发射峰较强,这说明产物的结晶状况很好,另外通过计算紫外峰和缺陷峰的比值,可知其比值可以达到2.21,这说明产物有较好的光致发光性能.     

电子束蒸发法制备的Eu掺杂ZnO薄膜的结构及其发光性质

采用电子束蒸发法在蓝宝石衬底上制备了ZnO∶Eu3+薄膜.通过X射线衍射仪、扫描电子显微镜和光致发光(PL)光谱仪测试了不同退火温度下薄膜结构、形貌以及光致发光谱,分析了薄膜光致发光中的能量传递原理.结果表明:ZnO∶Eu粒子为六角纤锌矿结构,且600℃退火后结晶更好;光致发光谱中Eu3+的特征发光中心波长分别位于617 nm和667 nm,且600℃退火温度下的Eu3+特征发光最强.适当的退火温度可有效形成Eu离子的发光中心.     

磷酸酯的合成及其原位改性纳米碳酸钙的研究

在较佳的合成条件下合成了十八碳醇磷酸酯（ODP）表面活性剂,并以其作为改性剂对碳酸钙进行原位表面改性.同时利用透射电镜TEM、XRD、红外光谱（IR）等测试手段对产品的形貌、晶型等方面进行表征.实验结果表明,磷酸酯改性后的碳酸钙具有纺锤形,当其用量达到2%时,活化指数可达到0.99,这充分说明了改性碳酸钙表面由亲水变为疏水,达到了很好的改性效果.     

侧向铁磁/铁磁超晶格的静磁模式

用等效介质理论计算了半无限侧向铁磁／铁磁超晶格的静磁模．以Fe／Ni超晶格为例具体计算了该超晶格的表面模式和体模式,展示出一些与磁性／非磁性超晶格不同的有趣性质．在这种超晶格中表面模式有两个分支,将这两支表面模与大块镍的表面模做比较．对于一个固定的传播角,其中一支表面模的频率高于大块镍的表面模的频率,另一支表面模的频率低于大块镍的表面模的频率．     

捷联惯导初始对准的超球体采样SRUKF算法

平淡卡尔曼滤波(UKF)在捷联惯导系统静基座大方位失准角初始对准中计算量大,且滤波数值不稳定. 针对这一问题,该文将超球体采样策略与平方根UKF(SRUKF)算法相结合,提出一种改进的SRUKF算法. 该算法在保证其滤波精度和UKF算法相当的前提下,通过引入超球体采样减少了采样点数,提高了计算速度. 并以协方差阵的平方根矩阵代替协方差阵参加递推运算,减少了计算机舍入误差,提高了滤波数值稳定性. 仿真结果表明,该算法在保证初始对准滤波精度的前提下降低了计算量,提高了滤波性能.     

等离子体改性聚合物表面动力学的动态接触角法研究

详细研究了有关高分子材料的动态接触角.对于未处理高分子材料,其前进接触角都大于后退接触角,有滞后现象主要是由于材料表面化学组成不均匀性引起的.经CF₄/CH₄等离子体处理后,使得前进接触角增大而后退接触角变化幅度较小,滞后程度增大是由于表面化学组成不均匀性增大引起的.聚合物薄膜经CF₄/CH₄等离子体处理在浸水过程中,表面动力学衰减常数随等离子体处理条件CF₄(%)的变化而变化,可将整个浓度区域分为三个区域,这是由于各区域内等离子体作用机制和改性聚合膜的性质不同而引起的.预先经CH₄等离子体处理的表面动力学衰减常数普遍小于未经CH₄等离子体前处理的表面动力学衰减常数,证实了高度交联的炭阻挡层可在一定程度上阻止表面动力学的运动.     

一种可以实现线-圆和线-交叉极化转换的反射型超表面

提出了一种可以通过反射同时实现2种不同极化形式的极化转换超表面.仿真结果表明,该超表面在频带范围14.21～16.70 GHz内可以实现比较理想的线-圆极化波的转换,并且可以在近5GHz的频带范围(25.50～30.42GHz)内实现线-交叉极化波的转换,且极化转换率的均值高达97%左右.该极化转换超表面在毫米波雷达、天线设计等军事领域具有广泛的应用价值.     

烧结温度对0.5Li2MnO3·0.5Li\[Mn1/3Ni1/3Co1/3\]O2结构、形貌及电化学性能的影响

以乙酸锂、乙酸锰、乙酸镍和乙酸钴为原料,去离子水为溶剂,乙醇酸作为配位剂,采用溶胶凝胶法分别在800℃、850℃、900℃和950℃烧结制备了0.5Li2MnO3·0.5Li[Mn1/3Ni1/3Co1/3]O2富锂锰基固溶体粉末.采用X射线衍射(XRD)和扫描电子显微镜(SEM)表征了不同烧结温度制备的粉末的结构和形貌;并将制备的粉末材料经过涂布,冲压等工艺,在真空手套箱中组装成扣式电池.采用电池充放电测试系统以及阻抗分析仪测试了样品的循环稳定性和电化学性能.实验结果表明:在850℃烧结的粉末样品具有最佳的电化学性能.在2~4.8V电压范围内,以0.1C大小的电流对850℃烧结的样品进行充放电测试,其首次放电容量可达240.3mAhg-1,首次库仑效率约为70%,50次循环后其可逆容量为148mAhg-1.该样品在0.2C、0.5C和1C的不同倍率下测试,得到相对应的放电容量分别为181.25mAhg-1、142mAhg-1和130.7mAg-1.     

炭化对活性炭电极电容去离子性能影响的研究

利用自制粘结剂与活性炭(AC)粉末混合制备活性炭电极(ACE),为了提高电极的电容去离子性能,将ACE进行炭化处理.利用数码相机、接触角测定仪、循环伏安、交流阻抗研究炭化温度对ACE的表面形貌、亲水性、电容和扩散内阻的影响,并对电极在NaCl溶液中电容去离子除盐性能进行考察.实验结果表明:当炭化温度为850℃时,电极的强度和韧性适中,亲水性好,双电层形成速率快,比电容大,扩散阻力小,电容去离子过程中除盐性能高.     

氮气中退火制备（Bi，Dy）4Ti3O12铁电薄膜

采用化学溶液沉积法(CSD)将Bi3.4Dy0.6Ti3O12(BDT)前驱体溶液沉积在Pt(111)/Ti/SiO2/Si(111)基底上,然后在氮气环境中分别于600℃、650℃、700℃和750℃四个温度下退火,成功地制作出BDT铁电薄膜.用X射线衍射(XRD)和扫描电镜(SEM)等分别对其表面形貌、结构及其成份进行了表征;用铁电分析仪测试了其铁电性能.随着退火温度的升高,薄膜的晶粒尺寸逐渐增大,但其剩余极化不是随着退火温度的升高而单调增加.氮气中650℃退火的BDT铁电薄膜结晶良好,并且具有最大的剩余极化值(2Pr=7.8μC/cm2;Ec=95.7 kV/cm).另外,就温度对BDT铁电薄膜性能的影响机理进行了讨论.     

SiO_2/TiO_2超亲水膜的制备与性能研究

超亲水膜由于润湿角非常小,在光学领域有着广泛的应用.采用溶胶提拉法制备了一种SiO_2/TiO_2复合超亲水薄膜.研究了薄膜的制备工艺,并且对薄膜进行了紫外光照射和热处理,考察了处理后的薄膜润湿角的变化.结果表明,SiO_2/TiO_2复合超亲水薄膜具有非常低的润湿角,该薄膜热处理后超亲水性能增加,润湿角接近0°.     

退火温度对镁、铕共掺杂氧化锌纳米材料光学性能的影响

采用化学溶液沉积法制备了镁、铕共掺杂氧化锌纳米材料,通过X射线衍射仪(XRD)、扫描电镜(SEM)和光致发光谱(PL)等测试,选取了5个退火温度,研究了退火温度对镁、铕共掺杂氧化锌纳米材料结构和光学性能的影响.结果表明:所制备的镁、铕共掺杂氧化锌纳米材料均为六角纤锌矿结构,其光学性能与退火温度关系密切,当退火温度为400℃时,发光性能最好.