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工科《材料表面与界面》课程教学改革初探

科技创新导报 2016年第12期13卷 125-126页

作者：王凤燕夏慧芸高莉宁宋家乐长安大学材料科学与工程学院陕西西安710061

《材料表面与界面》课程内容丰富、涉及内容广泛,是工科类专业的一门重要的技术基础课程。然而,由于该课程所涉及的基础理论、公式定律、材料种类较多,课程内容抽象、繁杂,学生们普遍反映该课程非常难学。因此,该文针对该课程本身及教... 详细信息

《材料表面与界面》课程内容丰富、涉及内容广泛,是工科类专业的一门重要的技术基础课程。然而,由于该课程所涉及的基础理论、公式定律、材料种类较多,课程内容抽象、繁杂,学生们普遍反映该课程非常难学。因此,该文针对该课程本身及教学对象的特点,结合课堂教学实践,对教材选用、教学方法和考核方式的改革进行了探讨,希望能够提高该课程的教学质量,使学生的学习兴趣和创新能力得到提高。

关键词：材料表面与界面教学方法教学改革

Cu掺杂非晶碳薄膜的电学性能及其载流子输运行为

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材料研究学报 2023年第10期37卷 747-758页

作者：闫春良郭鹏周靖远汪爱英上海大学材料科学与工程学院上海200444 中国科学院宁波材料技术与工程研究所、中国科学院海洋新材料与应用技术重点实验室、浙江省海洋材料与防护技术重点实验室宁波315201 中国科学院大学材料与光电研究中心北京100049

以Cu-C拼接靶为靶材,用高功率脉冲磁控溅射制备出4种Cu含量(原子分数)低于10%的Cu掺杂非晶碳(a-C:Cu)薄膜,研究了Cu含量对a-C:Cu薄膜组分结构、电学性能以及载流子输运行为的影响。结果表明:随着非晶碳中Cu含量的提高,a-C:Cu薄膜中sp2-... 详细信息

以Cu-C拼接靶为靶材,用高功率脉冲磁控溅射制备出4种Cu含量(原子分数)低于10%的Cu掺杂非晶碳(a-C:Cu)薄膜,研究了Cu含量对a-C:Cu薄膜组分结构、电学性能以及载流子输运行为的影响。结果表明:随着非晶碳中Cu含量的提高,a-C:Cu薄膜中sp2-C的含量提高、团簇尺寸增大、薄膜电阻率、透过率和光学带隙均减小,费米能级向价带偏移。Cu含量为2.77%和3.88%的样品在150~250 K的载流子输运机制为Mott型三维变程跳跃传导,在250~350 K则为热激活传导;而Cu含量(原子分数)为5.4%和7.28%的样品在150~350 K均为Mott型三维变程跳跃传导。掺入Cu,可控制非晶碳薄膜的光学和电学性能。

关键词：材料表面与界面电学性能高功率脉冲磁控溅射 Cu掺杂非晶碳能带结构

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莫来石粉末化学镀镍和涂层的高温摩擦学性能

材料研究学报 2023年第1期37卷 39-46页

作者：陈开旺张鹏林李树旺牛显明胡春莲兰州理工大学有色金属先进加工与再利用国家重点实验室兰州730050 兰州理工大学材料科学与工程学院兰州730050

先进行正交试验优化镀液的工艺参数,然后用化学镀对莫来石粉末进行表面包覆并对包覆粉末进行850℃热处理,用等离子喷涂技术在304不锈钢表面分别制备莫来石涂层和包覆粉末涂层。用附带能谱的扫描电镜(SEM)和X射线衍射仪(XRD)表征了包覆... 详细信息

先进行正交试验优化镀液的工艺参数,然后用化学镀对莫来石粉末进行表面包覆并对包覆粉末进行850℃热处理,用等离子喷涂技术在304不锈钢表面分别制备莫来石涂层和包覆粉末涂层。用附带能谱的扫描电镜(SEM)和X射线衍射仪(XRD)表征了包覆粉末和涂层的微观结构,用HV-1000维氏显微硬度仪测试了涂层硬度,用HT-1000摩擦实验机测试了800℃时涂层的摩擦磨损性能。结果表明:镀液的优化工艺参数为:硫酸镍20 g/L,次磷酸钠30 g/L,柠檬酸钠20 g/L,氯化铵20 g/L,pH=5.5,水浴温度80℃,施镀时间1 h。在莫来石粉末表面包覆的Ni-P镀层均匀致密,热处理使包覆镀层由非晶态向晶态转变,生成了Ni和Ni_(3)P相。莫来石涂层主要由莫来石相和γ-Al_(2)O_(3)相组成,包覆粉末涂层主要由Ni、AlNi_(3)、Ni_(3)P和莫来石相组成。在包覆粉末涂层中引入Ni-P镀层使涂层的硬度由417.5 HV_(0.2)提高到500.1 HV_(0.2)。包覆粉末涂层的耐磨性优于莫来石涂层,包覆粉末涂层的摩擦系数比莫来石涂层明显减小,包覆粉末涂层的磨损率为13×10^(-4)mm^(3)/(N·m),是莫来石涂层的0.59倍。磨损后莫来石涂层的表面有明显的梨沟和涂层剥落,而包覆粉末涂层的表面光滑,涂层剥落较少。两组涂层的磨损形式,主要为塑性变形和磨粒磨损。

关键词：材料表面与界面摩擦磨损化学镀莫来石 Ni-P合金正交试验

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碳纤维/环氧复合材料界面改性的不均匀性

材料研究学报 2023年第9期37卷 668-674页

作者：王乾蒲磊贾彩霞李志歆李俊沈阳航空航天大学航空宇航学院沈阳110136 中国南方航空股份有限公司沈阳维修基地沈阳110169

研究了等离子体表面改性和等离子体接枝改性碳纤维/环氧树脂基复合材料界面的不均匀性。层间剪切强度(ILSS)测量及其偏差评估的结果表明,在相同等离子体条件下,等离子体表面改性对ILSS的提升率只有8.6%,而等离子体接枝改性的提升率高达3... 详细信息

研究了等离子体表面改性和等离子体接枝改性碳纤维/环氧树脂基复合材料界面的不均匀性。层间剪切强度(ILSS)测量及其偏差评估的结果表明,在相同等离子体条件下,等离子体表面改性对ILSS的提升率只有8.6%,而等离子体接枝改性的提升率高达37%;但是,接枝改性ILSS的离散程度比较高。扫描电镜、金相显微镜和红外光谱分析的结果进一步表明,接枝改性可通过取代反应将较多的活性基团键接在碳纤维表面从而更容易实现界面提升,但是接枝层的不均匀及其产生的纤维粘连使ILSS的离散程度提高。

关键词：材料表面与界面不均匀性等离子体改性离散程度

基于聚多巴胺的超疏水棉织物的一锅法制备及其油水分离性能

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材料研究学报 2022年第2期36卷 114-122页

作者：张红亮赵国庆欧军飞 Alidad Amirfazli 江苏理工学院材料工程学院常州213000

将棉织物浸入多巴胺、硝酸银、十六烷基三甲氧基硅烷的乙醇溶液中,取出烘干制备出超疏水棉织物。用扫描电子显微镜和X射线光电子能谱表征其表面形貌和元素,用接触角测量仪测量其接触角并进行摩擦或液体浸泡(如酸、碱、沸水)实验检测其... 详细信息

将棉织物浸入多巴胺、硝酸银、十六烷基三甲氧基硅烷的乙醇溶液中,取出烘干制备出超疏水棉织物。用扫描电子显微镜和X射线光电子能谱表征其表面形貌和元素,用接触角测量仪测量其接触角并进行摩擦或液体浸泡(如酸、碱、沸水)实验检测其耐用性。结果表明,聚多巴胺的强附着性使原位生成的银纳米粒子能经受摩擦或不同液体的浸泡,从而使超疏水织物具有良好的耐用性。超疏水棉织物还具有良好的油水分离性能,其油水分离效率高达97%,油流量最高可达15.93 m^(3)·m^(-2)·h^(-1)。

关键词：材料表面与界面荷叶效应贻贝效应耐用性废水处理

沉积时间对聚醚醚酮表面类金刚石薄膜的结构和性能的影响

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材料研究学报 2022年第11期36卷 801-810页

作者：崔丽孙丽丽郭鹏马鑫王舒远汪爱英中国科学院宁波材料技术与工程研究所、中国科学院海洋新材料与应用技术重点实验室、浙江省海洋材料与防护技术重点实验室宁波315201 中国科学院大学材料与光电研究中心北京100049 西安交通大学机械制造系统工程国家重点实验室西安710049

采用直流磁控溅射技术在聚醚醚酮(PEEK)表面制备不同厚度的类金刚石(DLC)薄膜,研究了沉积时间对其表/界面结构、组分、疏水、力学和光透过性能的影响。结果表明,在平均沉积速率为5.71 nm/min的条件下,随着沉积时间的延长DLC薄膜的厚度... 详细信息

采用直流磁控溅射技术在聚醚醚酮(PEEK)表面制备不同厚度的类金刚石(DLC)薄膜,研究了沉积时间对其表/界面结构、组分、疏水、力学和光透过性能的影响。结果表明,在平均沉积速率为5.71 nm/min的条件下,随着沉积时间的延长DLC薄膜的厚度线性增大、碳原子的致密性提高、界面互锁结构增强,而界面结合强度逐渐降低。沉积时间≤15 min时,基体结构的影响使拟合计算出的I_(D)/I_(G)值为0.23~0.25和sp^(2)/sp^(3)比值较小(0.58~0.74);沉积时间>15 min时基体的影响较小,I_(D)/I_(G)值突增大至0.81,sp^(2)/sp^(3)值也比较大(0.96~1.12)。沉积时间的延长使PEEK基体的温度逐渐升高,使膜内的sp^(2)/sp^(3)值逐渐增大。薄膜表面的氧含量先降低然后趋于平缓,部分C=O转化为C-O。随着沉积时间的延长,PEEK/DLC复合薄膜的硬度、弹性模量及防紫外线和阻隔红外线性能都逐渐提高,其表面粗糙度和疏水性的变化趋势是先提高后降低。沉积时间为32 min的薄膜,其表面粗糙度和水接触角达到最大值,分别为495 nm和108.29°。

关键词：材料表面与界面聚醚醚酮类金刚石薄膜表面改性沉积时间界面结合

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输尿管支架表面化学接枝镀铜涂层及其性能

材料研究学报 2022年第10期36卷 721-729页

作者：李建中朱博轩王振宇赵静范连慧杨柯中国科学院金属研究所沈阳110016 中国人民解放军北部战区总医院沈阳110083

采用聚多巴胺接枝化学镀铜方法在316L不锈钢表面制备载铜聚多巴胺涂层,使用扫描电镜、原子力显微镜、X射线光电子能谱、电感耦合等离子体质谱仪等手段表征其表面形貌、成分和铜离子释放量并将其与细菌和细胞共培养,研究了涂层的抗感染... 详细信息

采用聚多巴胺接枝化学镀铜方法在316L不锈钢表面制备载铜聚多巴胺涂层,使用扫描电镜、原子力显微镜、X射线光电子能谱、电感耦合等离子体质谱仪等手段表征其表面形貌、成分和铜离子释放量并将其与细菌和细胞共培养,研究了涂层的抗感染、抗结石性能和生物相容性。结果表明,载铜涂层的厚度为27 nm,分布均匀,其中的铜以Cu、CuO和CuO的形式存在。将涂层在人工尿液中浸泡14 d,铜离子每天的释放量接近。将涂层分别与大肠杆菌和金黄色葡萄球菌培养24 h后,抗菌率为96.2%和95.9%。在金黄色葡萄球菌悬液中浸泡30 d后在涂层表面沉积的钙离子和镁离子含量分别为48.7 mg/L和235.3 mg/L,明显低于对照组。细胞增殖实验的结果表明,这种涂层无细胞毒性。

关键词：材料表面与界面功能涂层化学接枝镀铜法输尿管支架抗结石生物相容性

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锆合金表面Cr基涂层的耐高温氧化性能

材料研究学报 2022年第9期36卷 699-705页

作者：单位摇王永利李静熊良银杜晓明刘实中国科学院金属研究所师昌绪先进材料创新中心特种合金研究部沈阳110016 中国科学技术大学材料科学与工程学院沈阳110016 沈阳理工大学材料科学与工程学院沈阳110159

用磁控溅射法在锆合金基体表面制备Cr和CrAl层,并使其在1200℃/1 h水蒸汽中氧化,用扫描电子显微镜(SEM)、能谱仪(EDS)和X射线衍射仪(XRD)等手段表征氧化前后涂层和Zr合金基体的微观结构,研究了两种涂层在(反应堆失水(LOCA)事故情况下的... 详细信息

用磁控溅射法在锆合金基体表面制备Cr和CrAl层,并使其在1200℃/1 h水蒸汽中氧化,用扫描电子显微镜(SEM)、能谱仪(EDS)和X射线衍射仪(XRD)等手段表征氧化前后涂层和Zr合金基体的微观结构,研究了两种涂层在(反应堆失水(LOCA)事故情况下的)高温蒸汽环境中的抗氧化性能。结果表明:在1200℃/1 h水蒸汽中氧化后没有涂层的锆合金基体表面生成厚度约为100μm的氧化膜;而在Cr涂层表面生成的致密Cr_(2)O_(3)层其厚度约为4μm,表明氧化速率显著降低。CrAl涂层氧化后表面生成致密的Cr_(2)O_(3)和Al_(2)O_(3)混合氧化层,其厚度只有0.8μm,表明氧化速率进一步降低。这些结果表明:用磁控溅射法在锆合金表面制备的Cr和CrAl涂层,在1200℃水蒸气环境中均表现出良好的耐氧化性能。在Cr涂层表面生成的氧化膜厚度约为未涂层锆合金氧化层的1/25,CrAl涂层氧化膜厚度低于锆合金表面氧化层的1/100。

关键词：材料表面与界面事故耐受燃料磁控溅射 Cr涂层 CrAl涂层耐高温蒸汽氧化性能

碳含量对CrN:a-C多相复合涂层摩擦学性能的影响

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材料研究学报 2024年第4期38卷 297-307页

作者：马飞王闯郭武明史祥东孙建颖庞刚内燃机与动力系统全国重点实验室潍坊261061 中国科学院宁波材料技术与工程研究所、中国科学院海洋新材料与应用技术重点实验室、浙江省海洋材料与防护技术重点实验室宁波315201 潍柴动力股份有限公司潍坊261061

分别以Cr靶、N_(2)与C_(2)H_(2)作为Cr源、氮源与碳源,采用多弧离子镀技术制备CrN:a-C多相复合涂层,通过调节C_(2)H_(2)的流量改变涂层中碳的含量,使用X射线衍射仪(XRD)、拉曼光谱(Raman)、场发射扫描电镜热场(FE-SEM)、多功能摩擦磨损... 详细信息

分别以Cr靶、N_(2)与C_(2)H_(2)作为Cr源、氮源与碳源,采用多弧离子镀技术制备CrN:a-C多相复合涂层,通过调节C_(2)H_(2)的流量改变涂层中碳的含量,使用X射线衍射仪(XRD)、拉曼光谱(Raman)、场发射扫描电镜热场(FE-SEM)、多功能摩擦磨损试验机等手段研究了碳含量对其组成结构、机械性能以及摩擦学性能的影响。结果表明:随着涂层内碳含量的提高涂层非晶碳的结构特征逐渐明显和涂层致密性降低,使机械性能降低但是其结合力和硬度仍然比较高。在干摩擦和5W-30润滑油环境中涂层均呈现出较好的低摩擦与低磨损特性。碳含量和摩擦产物的影响,使摩擦系数和磨损率在两种环境中均先提高后降低。在C_(2)H_(2)流量为120 sccm的条件下在干摩擦和润滑油环境中涂层的摩擦系数分别为0.33和0.12,磨损率分别为1.3×10^(-5)mm^(3)/(N·m)和7.4×10^(-6)mm^(3)/(N·m),可为摩擦副部件提供有效的减磨抗磨防护作用。

关键词：材料表面与界面 CrN:a-C多相复合涂层氮化铬非晶碳摩擦学性能