Numerical surface characterization of wear debris from artificial joints using atomic force microscopy

Study on surface features of wear particles generated in wear process provides an insight into the progress of material failure of artificial joints. It is very important to quantify the surface features of wear particles in three dimensions. In this study, a new approach using atomic force microscopy was proposed to carry out 3D numerical surface characterization of wear debris generated from artificial joints. Atomic force microscopy combined with image processing techniques was used to acquire appropriate 3D images of wear debris. Computerized image analysis techniques were then used to quantify surface texture features of wear debris such as surface roughness parameters and surface texture index. The method developed from the present study was found to be feasible to quantity the surface characterization of nanoand micro-sized wear debris generated from artificial joints.     

金属纳米颗粒的极化率与异常光学性质

基于金属纳米材料的异常光学现象,考虑了束缚电荷作用的情况,从理论上推导出在光波照射下金属纳米颗粒的极化率与颗粒尺度关系的结果,进而得到金属颗粒对光波的吸收率,并讨论颗粒尺度对极化率和吸收率的影响,即当金属粒子尺寸达到纳米级时,将金属粒子看作纳米小球,小球极化率出现半径的立方因子,且小球半径小于电子平均自由程,电子的衰减因子受小球半径的制约.由推导结果可以得出,光吸收峰增强,并产生红移.这些结果为深入理解金属纳米颗粒的异常光学性质,揭示和开发应用金属纳米材料的性质提供理论基础.     

颗粒组成和分布对大掺量粉煤灰水泥性能的影响

中国是粉煤灰资源大国,粉煤灰综合利用率低,在水泥中粉煤灰的掺加量低于40%。研究粉煤灰掺加量大于50%的粉煤灰水泥技术已引起学术界和工程界的密切关注。将粉煤灰直接大量掺入水泥会导致水泥早期强度的降低和凝结时间的延长。本文研究的大掺量粉煤灰水泥,在水泥原材料中加入3%的晶核素,通过晶核诱导作用,使粉煤灰中的硅、铝氧化物迅速生长成稳定的水化矿物相,提高了粉煤灰水泥的早期强度,解决了大掺量粉煤灰水泥早期强度低的问题。粉煤灰的掺加量为50%和60%时,大掺量粉煤灰水泥达到了GB175-2007通用水泥标准的32.5#粉煤灰水泥性能指标要求。在此基础上,通过改变粉磨时间和粉煤灰掺加量,得到若干组不同的粉煤灰水泥试样,采用灰色关联分析研究方法,研究了颗粒组成及分布对大掺量粉煤灰水泥性能的影响。从而进一步研究颗粒级配和水泥性能之间的关系,并通过改变粉煤灰水泥的颗粒级配及组成来达到改善水泥性能的目的。结果表明：对同一配比的粉煤灰水泥,当粉磨时间改变后,影响水泥强度性能的颗粒区间会发生变化;不同配比的粉煤灰水泥,当粉磨时间不同时,其有效作用区间颗粒也有较大的差别,对不同龄期的抗压强度和抗折强度起作用的区间颗粒也不完全相同。     

流化床中烟丝颗粒的流动特性

为深入研究气流干燥原理,优化工艺参数,改进和开发气流干燥设备,对烟丝物料在流化床中的流化特性进行了研究.通过所建立实验装置,分析了送风量与进料量对烟丝在流化床内的数量浓度分布的影响.采用欧拉方法进行数值模拟,并进行了实验验证和对比,两者吻合较好.研究结果表明:流化过程中烟丝物料在流化床内分布不均匀,在近壁区域尤其是床内四角处,烟丝的数量浓度明显高于床内其他位置.数值模拟和实验研究均发现了烟丝在气流干燥过程中的结团现象和结团发生的主要区域,在此基础上提出了对流化床进行改进的方案,并进行了数值实验.结果表明,所提方案能够有效防止和减少结团的产生,为解决烟丝结团问题提供了很好的理论支持.     

颗粒流本构关系的实验研究

基于"拟流体"的思想,给出了测量颗粒流本构关系的实验方法.在颗粒斜槽流实验中,通过颗粒的抛物线运动计算流层速度分布,根据非牛顿流体理论求得颗粒流黏性的本构关系;建立了颗粒斜槽流的数学模型,流层的速度为指数分布,流量为斜槽倾角和流层厚度的函数.以小麦颗粒为例,实验结果与用"拟流体"方法所得的预测值进行比较,相对误差在13%以内.     

Al2O3,Al3Zr颗粒增强Al-12%Si基原位复合材料的高温热膨胀性

以Al-12%Si和Zr(CO3)2作为反应组元,通过原位反应法制备出Al2O3,Al3Zr颗粒增强铝硅基复合材料,通过快速凝固成型得到铸态试样.用热膨胀仪测试了材料在50～500℃范围内的膨胀位移与温度的关系,进而得出平均线膨胀系数.结果表明:在同一温度条件下,随颗粒理论体积分数增加,复合材料的平均线膨胀系数减小.温度是影响平均线膨胀系数的重要因素.当试样温度在50～300℃时,随温度增加,平均线膨胀系数逐渐增加;当试样温度在300～500℃时,随温度增加,平均线膨胀系数逐渐减小;300℃时平均线膨胀系数最大.用Rom、Turner和Kerner模型计算了理论热膨胀系数.比较发现,实测值更接近Turner模型理论预测值.最后通过界面残余热应力分析指出具有高温低膨胀性的(Al2O3+Al3Zr)p/Al-12%Si颗粒增强铝基复合材料能有效防止材料高温时的塑性变形.     

纳米颗粒与铒共掺平面光波导制备的关键技术研究

集成光学器件在光连接、光耦合等方面比光纤更有优势,除微光路结构外,器件功能取决于少量掺杂的光功能物质。Er^3＋在约1．55μm波长的光通信系统（如DWDM）中起到关键作用,     

基于流体动力学理论的颗粒物质本构关系

利用流体动力学(hydrodynamic)方法, 普通固体的弹性理论能自然地推广到颗粒物质, 从而得到一组可用来具体计算包括应力、变形、能量、能流、热产生等所有物理量在内的完备偏微分方程. 特别地, 它们能确定具有重要工程意义、至今尚未完全建立的颗粒物质本构关系. 本文具体推导了这个本构关系的一般热力学表达式. 结果显示, 即使在自由能模型和耗散系数都比较简单的情况下, 本构关系也是非常复杂的非线性关系, 有繁多的关于应力、速度、密度等变量的空间导数项. 因此, 直接从实验数据建立严格的, 特别是非均匀情况下的本构关系将是一件非常困难的事情.     

低浓度颗粒流Boltzmann方程的同伦分析方法解

同伦分析方法(homotopy analysis method, HAM)是求解强非线性问题的有力手段. 针对颗粒流的动理学理论中的非线性微分积分方程——?Boltzmann方程, 采用 HAM方法选取局域Maxwell速度分布函数作为初始猜测解, 得到了低浓度颗粒流的Boltzmann方程的一阶近似解, 与传统的Chapman-Enskog方法得到的一阶近似解表达式的结构一致, 初步显示了HAM方法求解Boltzmann方程的有效性, 为一般Boltzmann方程的HAM方法求解奠定了基础.     

SnO2纳米颗粒对CH4气敏特性的研究

使用溶胶-凝胶法制备了SnO2纳米颗粒.通过X射线衍射和扫描电子显微镜手段对材料的晶体结构和表面进行分析,结果表明所得材料为纯SnO2纳米颗粒.以所制备的SnO2纳米颗粒为气敏材料制备电阻式气敏元件,在CH4体积分数为2.5×10-4时,测试SnO2纳米颗粒对CH4气体的气敏特性,包括工作温度-气体灵敏度和响应-恢复特性,结果表明SnO2颗粒在工作温度为350℃时对CH4的最大灵敏度为11,响应-恢复时间分别为5s和8s.实验结果表明,该SnO2纳米颗粒气敏传感器对CH4具有快速响应和高灵敏度的特性,在工矿安全运行和环境保护方面具有重要的应用价值.