关键词： ZnO薄膜   电沉积   微结构   润湿性  

摘要： ZnO是具有3.37eV能隙的宽带隙半导体,由于其在电子、光子和光学及生物等领域的出色表现,可广泛应用于各类高科技领域。为了制备不同尺寸,晶体结构,晶形和颗粒形状的ZnO,开发了多种制造方法。本文使用阴极电沉积法制备ZnO纳米棒阵列,利用X射线衍射仪、扫描电镜、接触角测量仪、拉曼光谱仪等测试仪器,研究两种基底(ITO/Ti片)上改变沉积时间、电解液组成成分比例对其微观结构形貌、润湿性以及光学性能等的影响。首先,通过改变电化学沉积的时间在ITO基底上制备ZnO纳米棒阵列。XRD结果表明ZnO呈六方纤锌矿结构,随着电沉积时间的增长,结晶度以及002方向的择优取向生长都得到增强,同时纳米棒的直径、表面粗糙度和ZnO纳米棒阵列的厚度都变大。所有的样品都展现出疏水性,水接触角在电沉积120min时逐渐上升到120°,经过10min紫外光照,ZnO纳米棒阵列表面润湿性转化为亲水性,光照后水接触角与未经紫外照射前的比例为73.5%、63.5%、48.3%和24.2%,分别对应沉积时间10min、30min、60min和120min的样品。光致发光(PL)光谱结果显示随着电沉积时间的增加,ZnO的紫外发光峰(本征发光峰)的峰强比由2.26%提升到63.84%,同时可见光发光峰(缺陷导致的发光峰)的峰强比降低,说明沉积时间从10min增长至120min,ZnO薄膜的内在缺陷减少。拉曼图谱的分析表明,ZnO纳米棒阵列在这些条件下呈现439cm-1,566cm-1,和1097cm-1三处特征峰,分别对应了ZnO阵列的E2光声子振动模、EIL光声子振动模以及E3单晶振动模。随后,保持其他条件不变,改变电解液浓度组成(Zn2+浓度不变),在Zn(N03)2中掺入ZnCl2溶液,XRD结果表明,所有的峰都归因于六方纤锌矿结构,晶粒尺寸随着ZnCl2浓度的增加而变小,晶核数量增加,同时c轴(002)方向择优取向减弱。SEM结果显示,随着Zn(NO3)2浓度的降低,纳米结构由棒状变为锥状,其中ZnO的直径,除了浓度比为1:1的样品之外,持续减小,且纳米结构的顶端由"吞并"状态改变为远离,间隙得到增加。PL光谱显示Zn(NO3)2电解液制备的样品A紫外发射峰相对较强,随着电解液中ZnCl2浓度比的增加,紫外发射峰比率增强,纯ZnCl2电解液制备的样品E的紫外发射峰比率为最小,缺陷最多,随着氯离子浓度的增大,一个极少见的位于350nm处的发光峰逐渐显现。在紫外照射之前所有的样品均表现为较强的疏水性,且随着ZnC12浓度的增长,水接触角有先增加后减小的趋势,可能与表面粗糙度变大以及结晶度变差的综合结果有关。ZnO纳米棒阵列的可润湿性在15分钟紫外照射后从疏水性改变为亲水性,并且水接触角的光诱导变化从45 8至12.9%,这可能是与润湿模型的变化、ZnO纳米结构的表面粗糙度大小差异以及间隙有关。紫外吸收谱表明,随电解液中氯离子浓度的增加而增加,禁带宽度不断增加至3.34接近标准值3.37eV。最后,改变沉积时间在Ti片上制备ZnO纳米棒阵列。SEM结果显示,所有样品均为棒状六棱锥形貌,随着电沉积时间的增加,纳米棒的直径、棒之间的间隙减小。在PL光谱中所有样品都具有窄的紫外发射峰,在可见光区显示宽的发光区,并且随着电沉积时间增加,缺陷先减小后增加,在45 min时候达到最小。样品的沉积时间由15分钟增长到60分钟,在紫外照射之前的水接触角逐渐变小,这可能与表面粗糙度变小有关。ZnO纳米棒阵列的可润湿性在2小时紫外照射后全部转换为超亲水性,并且水接触角还原率的光诱导变化先变大后变小,在45 min时达到最大,这可能与润湿模型的转变、ZnO纳米棒阵列的表面粗糙度大小差异以及薄膜的缺陷多少有关。禁带宽度曲线与光电流曲线都与PL光谱有相同的规律性,都在45 min时候达到最大值(紫外峰强、禁带宽度与光电流大小)。

关键词： 聚丙烯酸酯   ZnO纳米棒   物理共混法   原位聚合法   复合乳液  

摘要： 聚丙烯酸酯因具有一系列优异的性能特点,其用量占到了皮革涂饰剂的70%左右,但由于聚丙烯酸酯涂膜的致密性,严重阻碍了革制品的卫生性能,而且涂膜中含有较多的极性基团,降低了涂膜的耐水性。ZnO纳米材料,尤其是一维纳米ZnO,由于具有优异的力学性能、卫生性能、抗菌性能等,对于克服聚丙烯酸酯涂膜的上述缺陷,提升其性能具有潜在价值。基于上述背景,本研究以提高聚丙烯酸酯涂膜的性能为指标,分别采用物理共混法和原位聚合法将ZnO纳米棒引入聚丙烯酸酯乳液中,系统地研究了乳液制备过程中和成膜过程中ZnO纳米棒的形貌变化及复合乳胶粒的结构变化,建立ZnO纳米棒分布状态与薄膜各项性能间的相互影响规律。采用一步煅烧法成功制备了ZnO纳米棒,其长度在3μm,直径约300 nm。采用物理共混法制备聚丙烯酸酯/ZnO纳米棒复合乳液,结果表明,物理共混法制备的复合乳液整体微观形貌为ZnO纳米棒包覆在乳胶粒表面,反应条件对复合乳胶粒结构和ZnO纳米棒分布状态的影响顺序为:乳液固含量>搅拌速率>反应时间>反应温度>反应pH。成膜过程对Zn O纳米棒的形貌无影响,当ZnO纳米棒在薄膜中聚集行为严重时,复合薄膜的透水汽性能明显提高,耐水性能和力学性能则不佳;当ZnO纳米棒在薄膜中的分散性良好时,复合薄膜的耐水性能和力学性能明显提高,透水汽性能则不佳。采用原位聚合法制备聚丙烯酸酯/ZnO纳米棒复合乳液,发现在种子阶段引入ZnO纳米棒,减少SDS与Span80的复配比例,或者使用DNS-86反应型乳化剂,可成功制备出以ZnO为核、聚丙烯酸酯为壳的复合乳液。当ZnO纳米棒位于乳胶粒外部时,复合薄膜的抗张强度和透水汽性能优异,断裂伸长率则不佳;当ZnO纳米棒位于乳胶粒内部时,复合薄膜的断裂伸长率和耐水性能明显提升,抗张强度则不佳。

关键词： Alloy coatings   Unmelted particles   Oxidation resistance   TGOs growth   Molecular dynamics simulation  

摘要： This paper aims to improve the oxidation resistance of plasma-sprayed CoNiCrAlY coatings by optimizing microstructure. A series of coatings that contained 22.5 +/- 2.3%, 35.4 +/- 2.2%, and 57.8 +/- 2.5% unmelted particles were fabricated by a high efficiency supersonic plasma spraying (SAPS) system. Experimental results showed that the beta phase mainly existed in the unmelted particles, and its content increased with increasing the content of unmelted particles. The coating that contained 35.4 +/- 2.2% unmelted particles showed the best oxidation resistance. An accurate numerical model obtained from molecular dynamics simulation was used to explain the experimental results. Our study confirmed that an appropriate amount of unmelted particles can improve the oxidation resistance of CoNiCrAlY coating. (C) 2016 Elsevier B.V. All rights reserved.

关键词： Zr-Excel   Heat-treatment   Martensitic structure   Texture   Variant selection   Texture randomization  

摘要： Dual phase (alpha - beta) Zr-Excel (Zr-3.5 wt% Sn-0.8 wt% Mo-0.8 wt% Nb) Pressure Tube (PT) material was solution treated at a range of temperatures in the (alpha + beta)(zr),or (beta(zr),-phase field, and cooled in water or air to generate various microstructures. TEM and neutron diffraction revealed significant alterations during the heat-treatments in both the microstructure and the initial strong transverse texture of the As-Received (ASR) PT material. The proportion of transformed beta-phase (beta -> alpha) or martensitic/acicular alpha-phase increased progressively with increasing solution temperature. The morphologies of the transformed beta products are different in the water-quenched material (martensitic plates) than in the air-cooled material (relatively wide, parallel plates). The room temperature texture of the heat-treated material shows that: the extent to which the initially strong transverse texture is modified (basal poles shifting towards the axial direction) increases with increasing solution temperature, yielding a relatively random texture at higher solution treatment temperature (quenching from similar to 930 degrees C). This texture modification through heat-treatment is more effective by water-quenching than by air-cooling. Although, a randomized texture is developed in the alpha -> beta -> alpha a phase transformation, variant selection is observed. It is suggested that this selection occurs primarily during cooling (alpha -> beta), whereas no (or very weak) variant selection occurs during heating (alpha -> beta), as indicated by the identical room temperature beta-phase (remnant) textures in the heat-treated and ASR materials. (C) 2016 Elsevier B.V. All rights reserved.

关键词： 超材料   拓扑优化   水平集方法   负泊松比   负热膨胀  

摘要： 提出一种拓扑优化设计方法,用于设计同时具有负泊松比和负热膨胀系数的超材料.超材料是人工设计的复合材料,由微米或纳米结构的周期性阵列组成,并具有天然材料难以具备的超常物理性质.基于拓扑优化理论,建立了一个表示多材料微观结构的多相边界的水平集模型,并采用数值均匀化方法来计算微观结构的等效性能,然后通过参数化水平集优化方法实现边界形状的演变和拓扑结构的设计.通过两个数值算例,给出超材料微结构材料分布的优化结果,证明了设计方法的可行性,为实现具备特殊性能的人工材料设计提供了一套系统的设计方法.

关键词： 无刷直流电机   有限元   电磁特性   机械运动特性  

摘要： 无刷直流电机以其结构简单、效率高及易于控制等特点,已在汽车、航天、家用电器等领域得到了广泛的应用。新型无刷直流电机是在传统无刷直流电机的基础上提出的新结构电机,该电机采用双组凸极定转子结构,并利用中央线圈替代了转子永磁体励磁,具有高气隙磁通、启动转矩大的特点。该文对电机的结构及工作原理进行了介绍。根据电机结构的基本参数,构建电机的三维模型,运用三维有限元仿真对电机的电磁特性和机械运动特性进行研究,并通过空载实验验证了新型无刷直流电机不但具有传统无刷直流电机结构简单,可靠性高的特点,而且效率高、扩速能力强,对于实现其在工业传动系统中的应用具有参考价值。

关键词： 微结构   结构形成机理  

摘要： 水泥-沥青-环氧树脂(CAE)复合胶结材料具有很好的粘结性能、高温稳定性以及柔韧性,适于钢箱梁桥面铺装材料的使用。通过路用性能研究及SEM微观形貌进行分析,结果表明,CAE混凝土中沥青与环氧树脂形成相互交织的连续网络结构,通过水泥联接。提出CAE的形成包括机械分散、互相作用、网络形成、强度发展4个过程。并通过实验验证了所提出的CAE微观结构和形成过程。

关键词： Strain distribution   Microstructure   Metals and alloys   Simulation and modeling  

摘要： Micro-scale strain distribution, an integrated response of microstructural parameters, is crucial to designing the microstructure of two-phase titanium alloys. In this paper, a microstructure-based finite element model is used to analyze the effect of microstructural parameters, such as volume fraction and distribution of primary alpha (alpha(p)), yield stress of transformed beta (beta(t)) on micro-scale strain distribution of two-phase titanium alloys. Strain distribution factor (SDF) is proposed to quantitatively characterize the strain distribution. It is found that with increasing SDF the homogeneity of strain distribution increases. Decreasing yield stress of beta(t) and increasing volume fraction of alpha(p) will increase SDF, whereas directional distribution of alpha(p) will significantly decrease SDF. An SDF window for different alpha(p) volume fractions and beta(t) yield stress is constructed, guiding the microstructural design of two-phase titanium alloy. (C) 2016 Elsevier B.V. All rights reserved.

关键词： C/C复合材料   基体改性   反应熔渗   Al-Si-C体系   烧蚀  

摘要： 为了提高C/C复合材料的抗烧蚀性能,采用反应熔渗法制备Al-Si-C改性C/C复合材料,利用X射线衍射仪、扫描电子显微镜、能谱和电子探针分析等手段分析熔剂成分、熔渗温度和气氛等参数对复合材料微观结构的影响。利用氧-乙炔焰烧蚀仪研究Al-Si-C改性C/C复合材料的烧蚀性能、烧蚀行为及机理。结果表明,随着工艺参数不同,反应熔渗法可制备出三类典型的Al-Si-C改性C/C复合材料。在1 500℃,氩气气氛中反应熔渗2 h形成了Al+SiC均质改性C/C复合材料;随着熔渗温度的升高(1 600℃)和熔渗时间的延长(6 h),形成了Al_4SiC_4+SiC改性C/C复合材料;在1 600℃,真空气氛中反应熔渗6 h形成了SiC+Al梯度改性C/C复合材料(Al含量由内到外递减)。三类Al-Si-C改性C/C复合材料显示不同的烧蚀行为,其中,SiC+Al梯度改性C/C复合材料具有最优的抗烧蚀性能,在2 500℃下烧蚀60 s后,样品表面无明显的烧蚀坑,质量烧蚀率分别为-1.0×10^(-3)g/s和-1.2×10^(-3)g/s。

关键词： 锰基钙钛矿氧化物   低场磁电阻效应   粘结型复合材料  

摘要： 采用粘结法制备了La_(0.8)Sr_(0.2)MnO_3/石墨复合相样品,研究了一系列La_(0.8)Sr_(0.2)MnO_3/石墨复合相样品的相结构、形貌、电输运及磁电阻性质。研究发现母相的晶体结构在粘结过程中没有改变,粘结剂主要分散在母相的表面/晶界处。材料的电阻率随着环氧树脂含量的增加而增大。在整个实验温度范围内,没有出现绝缘-金属(I-M)相变。所有样品都展示了明显的低场磁电阻特征,没有观察到本征峰的出现,低场磁电阻归因于自旋极化隧穿。