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分子动力学模拟研究不同乳化剂稳定的纳米乳液油/水界面行为

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食品科学 2024年

作者：杨怡霜熊厚盛解新安黎攀杜冰李璐华南农业大学食品学院

为揭示辛烯基琥珀酸酯化改性淀粉（octenyl succinic anhydride modified starch，OSA改性淀粉）、吐温80/司盘80（Tween 80/Span 80， T/S80）和卵磷脂三种乳化剂构建的纳米乳液在油/水界面行为上的差异，采用流变仪和接触角测量仪分... 详细信息

为揭示辛烯基琥珀酸酯化改性淀粉（octenyl succinic anhydride modified starch，OSA改性淀粉）、吐温80/司盘80（Tween 80/Span 80， T/S80）和卵磷脂三种乳化剂构建的纳米乳液在油/水界面行为上的差异，采用流变仪和接触角测量仪分析三者构建的乳液体系的剪切流变特性和界面吸附动力学，进而运用分子动力学模拟对其微观油/水界面行为机制进行了深入探究。结果发现：OSA分子在油/水处界面张力最低，而T/S80在油/水界面层的扩散速率最大，这与以碳链为骨架的T/S80易分散在水中有关。OSA乳液与水产生的氢键数最多，达到1300左右，展现出更强的疏水作用，同时也解释了其液滴形态为何最接近球形。以碳链为基本骨架的OSA改性淀粉分子和T/S80分子，倾向于与水分子形成了范德华力；而以甘油为骨架的卵磷脂的两条碳链有一定的相互排斥作用，表现出更为多样的弱相互作用。

关键词：分子动力学模拟 OSA淀粉 T/S80 卵磷脂界面行为纳米乳液

收缩徐变对钢-混凝土组合梁界面行为影响的有限元分析

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森林工程 2024年第3期40卷 197-203页

作者：王文锋谭建平曹明辉保利长大工程有限公司广州511400 长沙理工大学土木工程学院长沙410114 中山市东区街道办事处农业服务中心广东中山528403

为研究混凝土收缩徐变对长期荷载作用下钢-混组合梁界面剪力和相对滑移的影响,提出一个简单实用的有限元分析方法。在假定荷载-滑移为线性以及钢梁与混凝土层之间无掀起的前提下,基于混凝土收缩徐变分析的初应变法,建立部分剪力连接钢-... 详细信息

为研究混凝土收缩徐变对长期荷载作用下钢-混组合梁界面剪力和相对滑移的影响,提出一个简单实用的有限元分析方法。在假定荷载-滑移为线性以及钢梁与混凝土层之间无掀起的前提下,基于混凝土收缩徐变分析的初应变法,建立部分剪力连接钢-混凝土组合梁长期性能分析的有限元模型,其中界面行为通过建立混凝土板与钢梁之间对应节点的主从关系及特殊单元予以模拟。对比集中荷载作用下简支梁的计算结果与已有文献,验证所提方法的有效性。在此基础上研究收缩徐变对钢-混组合梁界面剪力和相对滑移的影响。结果表明,收缩徐变共同作用使得简支钢-混组合梁的界面滑移随着时间有较大程度地增加,但单独的收缩效应反而使界面滑移减小,尽管变化量可忽略不计;同时,由于界面剪力与滑移的正相关性,收缩徐变效应也使得端部界面剪力随时间增大,呈现出前期增长很快而后期增长缓慢的特点。

关键词：钢-混凝土组合梁收缩徐变界面行为剪力连接件有限元分析

镧系玻璃连接透明尖晶石陶瓷的界面行为及接头性能研究

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镧系玻璃连接透明尖晶石陶瓷的界面行为及接头性能研究

作者：李悦长春工业大学

学位级别：硕士

透明镁铝尖晶石陶瓷（Mg AlO）具有优异的耐腐蚀性、耐磨性,良好的化学稳定性,高透光率等优点,被广泛应用于透明装甲、中红外窗口和整流罩等领域。由于气孔率是影响透明陶瓷透光率的关键因素,因此,为了降低透明陶瓷气孔率,只能采用热压... 详细信息

透明镁铝尖晶石陶瓷（Mg AlO）具有优异的耐腐蚀性、耐磨性,良好的化学稳定性,高透光率等优点,被广泛应用于透明装甲、中红外窗口和整流罩等领域。由于气孔率是影响透明陶瓷透光率的关键因素,因此,为了降低透明陶瓷气孔率,只能采用热压烧结、热等静压烧结、放电等离子烧结等方法制备。这些烧结方法均需使用压力,难以制备大尺寸透明陶瓷部件。并且,由于陶瓷材料的本征脆性,机加工困难,因此复杂形状的部件也难于制备。连接技术是制备大尺寸或复杂形状陶瓷部件的重要方法。在众多陶瓷连接方法中,玻璃连接方法获得的接头具有优异的耐腐蚀、耐高温性,且玻璃钎料具有热膨胀系数（CTE）可调,与陶瓷材料有良好的化学相容性等优点,是一种可靠的陶瓷连接方法。因此,本文使用玻璃钎料连接透明镁铝尖晶石陶瓷,设计了LaO-SiO-BO（LSB）和LaO-SiO-BO-MgO（LSBM）玻璃钎料,分析了玻璃钎料的理化性质和晶化行为。在此基础上,研究了连接工艺对接头微观组织、力学性能及透光率的影响。首先采用具有高软化温度的LaO-SiO-BO（LSB）玻璃钎料连接透明镁铝尖晶石陶瓷。该玻璃钎料的软化温度为796℃,热膨胀系数为6.7×10/℃,在镁铝尖晶石陶瓷表面的平衡润湿角为10°。连接实验表明,在镁铝尖晶石陶瓷/LSB玻璃钎料界面处,形成了一层由AlO相组成的界面层,且界面层厚度随着连接温度的升高而逐渐变小。界面层的形成原因是,镁铝尖晶石中的MgO在LSB玻璃钎料中的溶解量大于AlO。因此,镁铝尖晶石中的MgO溶解进入玻璃钎料,而AlO被剩余在界面处,形成界面层。界面层的形成严重恶化了接头透光率。通过向玻璃钎料中加入少量的MgO,进而减小了两者溶解量差异,解决了界面层的形成问题,获得了完全玻璃态的焊缝。在此基础上采用LaO-SiO-BO-MgO（LSBM）玻璃钎料连接透明镁铝尖晶石陶瓷。LSBM玻璃钎料的软化温度为789℃,热膨胀系数为7.7×10/℃,与透明镁铝尖晶石陶瓷十分匹配。LSBM玻璃在镁铝尖晶石表面的平衡润湿角为12.6°。连接实验表明,在快冷条件下（40℃/min）,接头均无界面层形成,焊缝为完全的非晶态。当连接温度为1300℃时,焊缝处存在孔洞缺陷,接头弯曲强度仅为116 MPa。连接温度提高到1400-1550℃时,焊缝无缺陷,接头弯曲强度达到189-196 MPa。接头透光率随着连接温度的升高,呈现先升高再降低的趋势。低连接温度的气孔缺陷以及高连接温度的晶间渗入降低了接头透光性。在慢冷条件下（5-15℃/min）,焊缝中析出LaSiO晶体,且晶体含量随着冷却速度降低而逐渐增多。接头弯曲强度随冷却速度降低而降低,其原因是焊缝中析出晶体的热膨胀系数与母材存在较大差异。接头透光率随冷却速度的降低而降低,其原因是晶体的形成引起了光的折射和反射。当连接温度为1400℃,保温时间为20 min,冷却速度为40℃/min时,接头在1000nm处直线透光率达到82.9%,接头弯曲强度达到196 MPa。

关键词：镁铝尖晶石透明陶瓷玻璃钎焊界面行为力学性能光学性能

纳米纤维素稳定Pickering乳液界面行为调控及机理研究

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纳米纤维素稳定Pickering乳液界面行为调控及机理研究

作者：陈安祥齐鲁工业大学

学位级别：硕士

相比传统乳液,Pickering乳液中乳滴之间的静电作用与空间排斥作用的协同,使其具有极高的稳定性,显著降低了乳液稳定性对环境因素(如pH值、剪切力、温度、盐度)的敏感性,使其在食品、药品以及化妆品等领域中得到广泛的应用。因此,Picker... 详细信息

相比传统乳液,Pickering乳液中乳滴之间的静电作用与空间排斥作用的协同,使其具有极高的稳定性,显著降低了乳液稳定性对环境因素(如pH值、剪切力、温度、盐度)的敏感性,使其在食品、药品以及化妆品等领域中得到广泛的应用。因此,Pickering乳液的颗粒稳定剂,非常注重绿色、安全、无毒等特性的胶体颗粒。纤维素作为储量最丰富的生物质资源,其两亲性的纳米颗粒纳米纤维素可以作为Pickering乳液稳定剂。以纤维素作为Pickering乳液稳定剂的研究备受关注。纤维素的乳化性能受多种因素的影响,如纤维素本身的颗粒大小、形状、浓度等,此外,Zeta、pH、离子浓度、温度、多组分等环境因素对纤维素的乳化性能影响也至关重要。然后,这些因素均通过影响其在界面的分布行为影响乳化特性。本文分别通过静电作用与空间位阻作用调控纳米纤维素界面行为稳定Pickering乳液,对乳液的理化性质、稳定性、流变学特性、环境适用性进行了探索和研究,最后揭示两种乳液的稳定机理,为拓宽纤维基Pickering乳液的应用领域提供理论指导,本论文主要研究内容与和结果如下:(1)为了探究纤维素纳米晶(CNCs)电荷作用力变化调控界面行为稳定Pickering乳液,将带正电荷的抗菌ε-聚赖氨酸(ε-PL)引入水相中,通过改变ε-PL浓度以电荷作用力调节CNC的界面行为并制备Pickering乳液。当CNCs/ε-PL水相中CNCs为0.25%,ε-PL为0.07 g/L时,Pickering乳液表现出最优的稳定性、更大的乳液相体积分数;光学显微镜和马尔文粒径测试显示乳液粒径达到最小,D[4,3]为3.95μm。在稳定性分析测试中该浓度的乳液也对离心力具有较强的抵抗力,同时抑菌测试发现CNCs/ε-PL协同稳定的乳液比仅由CNCs稳定的乳液表现出更好的抗菌能力。(2)为了进一步强化纤维素稳定乳液的性能,片状的氧化石墨烯引入球形纤维素纳米晶体(S-CNCs)悬浮液中,通过空间位阻作用协同稳定Pickering乳液,探索GO调控S-CNCs在乳液的界面行为。S-CNCs/GO之间存在氢键,两者在油水界面处形成强铠装层。同时,2D片材GO在空间上组装成3D网络结构,通过空间位阻进一步提高了Pickering乳液的稳定性。随着GO的加入,乳液液滴直径趋于变小,当GO浓度为3.0 g/L时,乳液达到100%的稳定性。乳液在储存31 d后不会分层,并表现出良好的动力学稳定性。此外,通过离子强度(0～1 M)、温度(0～100℃)、pH(2～12)等不同环境因子评估Pickering乳液的环境适用性。除了碱性条件下GO表面含氧官能团的电离导致乳液稳定性下降外,乳液在所有其他环境中均表现出良好的稳定性。(3)以上述两种乳液为研究对象,探究了纳米纤维素稳定Pickering乳液时的界面行为,揭示稳定机理。首先,研究了ε-PL对CNCs界面行为的影响,通过测量Zeta电位,发现ε-PL的正电荷与CNCs的负电荷之间存在电荷作用力。ε-PL浓度为0.07 wt%时,CNCs的Zeta电位约为35～40 m V,表明CNCs的分散性更均匀。通过界面张力测试发现,随着ε-PL浓度增加,界面张力呈现先增加后减小趋势。然而研究表明ε-PL对CNCs静电力调节作用远大于界面张力变化对乳液稳定性的影响。其次,GO对S-CNCs界面行为的影响,SEM显示GO在低、中、高浓度下与S-CNCs结合状态不同。随着GO浓度增加,乳液表面壳层由薄变厚,S-CNCs通过氢键作用紧密相连。低浓度下GO与S-CNCs相互穿插,仍有部分S-CNCs暴露成小液滴。高浓度下GO完全包裹S-CNCs形成稳定乳液。激光共聚焦证实随着GO包裹,乳液透光性下降,S-CNCs与GO协同制备稳定Pickering乳液。

关键词：纳米纤维素 Pickering乳液界面行为乳液稳定性稳定机理

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颗粒增强铝基复合材料的制备与界面行为

中国粉体技术 2024年第4期30卷 1-14页

作者：唐彬彬冯思雨段君元金培鹏青海大学机械工程学院青海省新型轻合金重点实验室青海西宁810016 武汉工程大学材料科学与工程学院湖北省等离子体化学与新材料重点实验室武汉湖北430025

【目的】探讨颗粒增强铝基复合材料(particle-reinforced aluminum matrix composites,PAMCs)性能提升、应用前景等。【研究现状】概述PAMCs复合材料的主要制备方法,主要包括搅拌铸造法、原位合成法、粉末冶金法、喷射成形法、挤压铸造... 详细信息

【目的】探讨颗粒增强铝基复合材料(particle-reinforced aluminum matrix composites,PAMCs)性能提升、应用前景等。【研究现状】概述PAMCs复合材料的主要制备方法,主要包括搅拌铸造法、原位合成法、粉末冶金法、喷射成形法、挤压铸造法、直接氧化法、高温水热合成法等;从结合方式、结合强度、界面表征等方面对PAMCs界面进行介绍;从强化机制和增强体因素等方面对界面力学性能进行概括。【结论与展望】复合材料的制备方法对增强体在基体中的分布、界面结合和性能产生显著影响,选择制备方法时应综合考虑所需的材料性能、生产成本及工艺可行性;界面结合对PAMCs的整体性能至关重要,良好的界面结合能提高材料的强度和韧性;强化机制决定材料的特性,通过成分设计、微观结构调控以及制备工艺优化等手段,实现多种强化机制的协同作用,可最大限度地提升材料的性能。未来的研究应致力于开发低成本、绿色环保等新型高效的制备技术,优化PAMCs的微观结构和性能;通过设计界面结构并调控界面反应等,可以进一步提升PAMCs的性能;控制界面反应也是PAMCs关键发展方向之一。

关键词：铝基复合材料制备工艺颗粒增强界面行为

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Sn-8.8Zn-x Bi合金在烧结NdFeB上的润湿过程及界面反应行为

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有色金属（冶炼部分） 2024年第7期 109-115页

作者：周俊宏王容岳袁章福北京科技大学钢铁共性技术协同创新中心北京100083

采用座滴法研究了在Ar-5%H_(2)气氛中Sn-8.8Zn-x Bi合金在NdFeB基体上的润湿性和润湿界面形貌。结果表明,Sn-8.8Zn-x Bi合金在NdFeB基板上润湿过程分为两个阶段:以范德华力和扩散力为驱动力的非反应性润湿阶段及由界面反应产物和反应产... 详细信息

采用座滴法研究了在Ar-5%H_(2)气氛中Sn-8.8Zn-x Bi合金在NdFeB基体上的润湿性和润湿界面形貌。结果表明,Sn-8.8Zn-x Bi合金在NdFeB基板上润湿过程分为两个阶段:以范德华力和扩散力为驱动力的非反应性润湿阶段及由界面反应产物和反应产物的吸附作用影响的反应性润湿阶段。Sn-8.8Zn-x Bi合金中随着Bi含量提高,合金的润湿性得到改善,相同加热条件下润湿时间缩短,其中Sn-8.8Zn-7Bi在NdFeB基板表面接触角为120.11°。Sn-8.8Zn-x Bi合金在NdFeB基板上的润湿类型为反应性润湿,反应产物为ζ-FeZn_(13)相。ζ-FeZn_(13)相提高了Sn-8.8Zn-x Bi合金在NdFeB表面的黏结强度,证明Sn-8.8Zn-x Bi合金可作为NdFeB表面焊料。

关键词：润湿性 NdFeB Sn-8.8Zn-x Bi合金界面行为

钛/铝层合板双面电子束焊接接头界面行为及力学性能

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复合材料学报 2023年第11期40卷 6439-6449页

作者：巩鹏飞陈洪胜王文先柴斐汪卓然高会良太原理工大学机械与运载工程学院太原030024 太原理工大学材料科学与工程学院太原030024 太原理工大学智能水下装备山西省重点实验室太原030024

钛/铝层状复合板兼具了钛合金高强耐腐蚀和铝合金轻质、价格低廉的多重优势,在航空航天、汽车制造、水下装备等领域具有广泛的潜在应用前景。为探究Ti/Al层状复合构件的连接行为,采用真空电子束焊(EBW)对Ti/Al层状复合板进行焊接,对焊... 详细信息

钛/铝层状复合板兼具了钛合金高强耐腐蚀和铝合金轻质、价格低廉的多重优势,在航空航天、汽车制造、水下装备等领域具有广泛的潜在应用前景。为探究Ti/Al层状复合构件的连接行为,采用真空电子束焊(EBW)对Ti/Al层状复合板进行焊接,对焊接接头的微观组织、界面行为及力学性能进行了研究。研究结果表明:相比于单面焊,先Al后Ti双面焊可以有效提高Ti/Al层状复合板焊接接头的力学性能,焊接接头界面处无明显缺陷,在焊接接头Ti/Al界面处存在明显的金属间化合物(IMCs)层,化合物的形成顺序分别为TiAl_(3)、TiAl、TiAl_(2)。其中,TiAl_(2)是TiAl作为中间物经过一系列反应的产物。在保持Al层电子束流为43 mA不变条件下,随着Ti层焊接电子束流的增大,焊接接头的抗拉强度和延伸率均呈现先增大后减小的趋势,抗拉强度和延伸率最高可达304.6 MPa和10.4%,达到了母材强度的57%,焊接接头的断裂机制主要为在IMCs位置产生的脆性断裂。

关键词： Ti/Al层状复合板电子束焊接焊接接头界面行为力学性能

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双相共晶高熵合金中迥异的同/异相界面行为

Science China Materials 2023年第6期66卷 2454-2466页

作者：代乾宁谢碧君任少飞余朕翔徐斌孙明月 Key Laboratory of Nuclear Materials and Safety Assessment Institute of Metal ResearchChinese Academy of SciencesShenyang 110016China Shenyang National Laboratory for Materials Science Institute of Metal ResearchChinese Academy of SciencesShenyang 110016China School of Materials Science and Engineering University of Science and Technology of ChinaShenyang 110016China

界面的结构和行为对材料的性能具有重要的影响.本文旨在研究复杂成分多相体系材料中这些独特的界面结构和行为.我们报道了通过连接AlCoCrFeNi_(2.1)共晶高熵合金所获得的L1_(2)-L1_(2),B2-B2,L1_(2)-B2三种界面迥异的界面行为.具体是,... 详细信息

界面的结构和行为对材料的性能具有重要的影响.本文旨在研究复杂成分多相体系材料中这些独特的界面结构和行为.我们报道了通过连接AlCoCrFeNi_(2.1)共晶高熵合金所获得的L1_(2)-L1_(2),B2-B2,L1_(2)-B2三种界面迥异的界面行为.具体是,由于热-应变诱导的晶界演化,在L1_(2)-L1_(2)界面附近出现了明显的界面动态再结晶.相反,由于极少的界面应变,B2-B2界面几乎没有发生动态再结晶,其连接可能是由于扩散引起的.由于L1_(2)相和B2相本征的结构差异,在L1_(2)-B2界面处只在L1_(2)相侧发生了动态再结晶.这类异质界面的连接是由于界面元素的扩散.另外,由于高熵合金高的缺陷-析出敏感性,在连接界面附近出现了应变诱导析出的B2_(Ⅱ)相.B2_(Ⅱ)相的析出消耗了基体中的Ni,Al元素,造成了L1_(2)相的无序化.通过定量计算相应晶粒的极限尺寸评估了这些B2_(Ⅱ)相带来的Zener钉扎效应.这种B2_(Ⅱ)相的钉扎作用及元素的缓慢扩散效应可能导致了L1_(2)-L1_(2)界面温度依赖的动态再结晶行为.本研究有助于理解多相高熵合金独特的界面行为,并为多相、复杂成分、界面析出等因素对界面演化的影响提供了新的认识.

关键词：动态再结晶极限尺寸钉扎作用高熵合金无序化共晶界面行为双相

Al_(2)O_(3)晶须与石墨烯纳米片共增强铜基复合材料的显微结构及界面行为

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Transactions of Nonferrous Metals Society of China 2022年第9期32卷 2935-2947页

作者：邵甄胰潘恒康舒锐蒋小松朱旻昊西南交通大学材料科学与工程学院成都610031 成都工业学院材料与环境工程学院成都611730 Forschungszentrum Jülich GmbH Institut für Energie-und Klimaforschung-Plasmaphysik52425 JülichGermany

研究Al_(2)O_(3)晶须和石墨烯纳米片共增强铜基复合材料的力学性能和显微结构。采用机械合金化、真空热压烧结和热等静压工艺制备不同石墨烯含量的铜基复合材料。含0.5%石墨烯(质量分数)的铜基复合材料(GNP-0.5)具有良好的Cu/C和Cu/Al_(... 详细信息

研究Al_(2)O_(3)晶须和石墨烯纳米片共增强铜基复合材料的力学性能和显微结构。采用机械合金化、真空热压烧结和热等静压工艺制备不同石墨烯含量的铜基复合材料。含0.5%石墨烯(质量分数)的铜基复合材料(GNP-0.5)具有良好的Cu/C和Cu/Al_(2)O_(3)界面结合性能;复合材料的硬度和抗压强度随石墨烯含量的增加呈现先增加到一个临界值后减小的趋势。研究结果表明,石墨烯和Al_(2)O_(3)晶须在铜基复合材料中最主要的强化机制是能量耗散和载荷传递以及石墨烯导致的晶粒细化。石墨烯与Al_(2)O_(3)晶须的双相混杂增强效应在于:当Al_(2)O_(3)/Cu界面存在微裂纹并沿着界面扩展时,嵌于铜基复合材料中的石墨烯会阻碍裂纹扩展路径,从而强化Al_(2)O_(3)晶须在铜基复合材料中的增强作用。

关键词：石墨烯 Al_(2)O_(3)晶须铜基复合材料显微结构界面行为