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Ni-金刚石复合电沉积的界面作用力及其对复合量的影响

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材料工程 2008年第2期36卷 23-26,30页

作者：杜楠周海飞赵晴廖强南昌航空大学材料科学与工程学院南昌330063 北京航空航天大学北京100083

采用复合电沉积技术制备Ni-金刚石复合镀层，实验中镀层微粒含量可控制在1．47％～15．6％（质量分数）范围；测定了金刚石微粒在电极上的附着率和金刚石微粒与新生镍间的界面作用力，研究了电流密度、搅拌强度及方式、微粒粒径等工艺... 详细信息

采用复合电沉积技术制备Ni-金刚石复合镀层，实验中镀层微粒含量可控制在1．47％～15．6％（质量分数）范围；测定了金刚石微粒在电极上的附着率和金刚石微粒与新生镍间的界面作用力，研究了电流密度、搅拌强度及方式、微粒粒径等工艺参数对复合量的影响。结果表明：金刚石微粒进入镍镀层所需要的滞留时间极短，在此过程中，界面作用力是主要因素，而非简单的几何形状的锁定或机械啮合作用，该作用力大小约3．3×10^3N/m^2；间歇搅拌可提高复合量。

关键词：复合电沉积 Ni-金刚石界面作用力

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双层石墨烯/PET基底多界面作用力分析

材料科学与工程学报 2022年第6期40卷 929-939页

作者：龚露阳乐午阳刘文台周何乐子周华民华中科技大学材料成形与模具技术国家重点实验室湖北武汉430074

研究大尺寸双层石墨烯/基底结构的多界面作用力对其在工程领域的实际应用具有十分重要的现实意义。本研究设计了一种从宏观尺寸分析石墨烯/PET结构界面作用力的方法,通过内聚力模型定义石墨烯/PET和石墨烯/石墨烯界面的本构关系,基于剪... 详细信息

研究大尺寸双层石墨烯/基底结构的多界面作用力对其在工程领域的实际应用具有十分重要的现实意义。本研究设计了一种从宏观尺寸分析石墨烯/PET结构界面作用力的方法,通过内聚力模型定义石墨烯/PET和石墨烯/石墨烯界面的本构关系,基于剪滞模型的基本原理,将石墨烯轴向应力作为分析对象,得到在不同的界面刚度、界面剪切强度和界面粘着能时,PET受拉过程中界面作用力的变化以及双层石墨烯边界距离变化。同时进行了宏观拉伸实验,通过光学显微镜和拉曼光谱分析得到双层石墨烯边界距离变化和石墨烯受损情况数据,验证有限元分析结果,最终确认实际的界面参数。该研究结果为探索非单层石墨烯/基底结构多界面作用力参数提供了一种新思路。

关键词：石墨烯/基底结构界面作用力内聚力模型有限元模拟

人工神经网络在量化膜污染界面作用力中的应用

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膜科学与技术 2020年第3期40卷 47-54页

作者：陈镒锋申利国林红军浙江师范大学地理与环境科学学院金华321004

膜生物反应器(MBR)中膜污染的黏附过程由污染颗粒和粗糙膜表面之间的界面作用力决定.高级extended-Derjaguin-Landau-Verwey-Overbeek(XDLVO)方法无法快速实现界面作用力的量化.本研究提出了径向基函数(RBF)人工神经网络(ANN)、反向传播... 详细信息

膜生物反应器(MBR)中膜污染的黏附过程由污染颗粒和粗糙膜表面之间的界面作用力决定.高级extended-Derjaguin-Landau-Verwey-Overbeek(XDLVO)方法无法快速实现界面作用力的量化.本研究提出了径向基函数(RBF)人工神经网络(ANN)、反向传播(BP)ANN和广义回归神经网络(GRNN)3种模型用于量化这些界面作用力.RBF ANN,BP ANN和GRNN的预测结果均具有较高的回归系数和准确性,表明它们能很好地捕捉界面作用力与各种因素之间复杂的非线性映射关系.与高级XDLVO方法相比,RBF ANN,BP ANN和GRNN的量化效率均得到了显著提高.同时,BP ANN的预测性能优于RBF ANN和GRNN模型.案例研究进一步证明了BP ANN用于界面作用力定量分析的可行性.本研究为量化与膜污染相关的界面作用力提供了新方法.

关键词：人工神经网络膜生物反应器膜污染界面作用力

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HMX与粘结剂界面作用力定性表征

HMX与粘结剂界面作用力定性表征

作者：杜泽林中北大学

学位级别：硕士

高聚物粘结炸药(PBX)具有能量密度高、力学性能良好、易于成型和加工、机械感度低等多种优点。是由单质炸药晶粒(如HMX、RDX、TATB)等为主体炸药和少量的高聚物粘结剂组成的多向脆性非均质材料,由于是多种材料组成的复合材料,其复合材... 详细信息

高聚物粘结炸药(PBX)具有能量密度高、力学性能良好、易于成型和加工、机械感度低等多种优点。是由单质炸药晶粒(如HMX、RDX、TATB)等为主体炸药和少量的高聚物粘结剂组成的多向脆性非均质材料,由于是多种材料组成的复合材料,其复合材料内部必然存在大量的界面。如果界面作用力不强,就会遇到炸药晶体出现裂纹、颗粒断裂、炸药晶体与粘结剂之间的界面脱粘以及界面开裂等问题,进而使得PBX复合材料密度降低、能量降低、热点增加、力学性能变差等问题。针对这一问题,本文拟利用原子力学显微镜(AFM)的力曲线这一技术,结合目前较为热门的颗粒探针修饰技术,将炸药晶体修饰在探针上,以此来研究炸药晶体与高分子聚合物之间的界面相互作用力。其主要内容如下:首先,先用接触角仪器测出所选出的四种粘结剂的接触角,进而利用Owens与Wendt法计算出这四种高分子聚合物的表面能,最后再求出1,3,5,7-四硝基-1,3,5,7-四氮环杂辛烷(HMX)与这四种高分子聚合物的黏附功,从黏附功这一参量来评判HMX与这四种高分子聚合物间的相互作用。最终的结果表明:HMX与其黏附功的大小顺序为LBA-332>JM-01>LBA-06>F2314。接着用AFM对HMX与这四种高分子聚合物之间的相互作用力进行表征,发现其相互作用力的大小顺序也是LBA-332>JM-01>LBA-06>F2314。由此初步证明了AFM可以作为探究炸药晶体与高分子聚合物之间的相互作用力的表征手段。其次,利用AFM以及接触角分别对不同成膜条件的高分子膜(是否在真空状态下成膜、不同的热处理时间成膜、以及不同热处理温度成膜)进行了探究,探究这些条件对其界面作用力的影响。两种表征手段的分析结果均表明:真空状态下成膜会减少两相间的相互作用。在一定的热处理时间内增加热处理时间会减少粘结剂等高分子聚合物与HMX间的界面相互作用。在一定的热处理温度范围内,热处理温度越高,HMX与这四种高分子聚合物间的相互作用就会减少。最后,根据AFM所测的HMX与上文所使用的粘结剂之间的界面相互作用力与其包覆效果以及所制备的复合材料的热性能关系进行了研究分析。SEM的数据表明其相互作用力越大,包覆效果越好;DSC数据结果表明对于这四种高分子聚合物来说,与HMX间的相互作力越大,放热峰的温度越低。分析认为高分子聚合物与HMX间的相互作用力会影响所制备复合物的表面形貌、热性能等。推断也和相变、感度等存在一定的联系。

关键词：原子力显微镜力曲线高聚物粘结炸药接触角黏附功界面作用力

任意粗糙膜表面的构建及其与膜污染界面作用力的关系研究

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任意粗糙膜表面的构建及其与膜污染界面作用力的关系研究

作者：屈晓璐浙江师范大学

学位级别：硕士

我国是水资源贫乏的国家之一,随着人口急剧增长,工业迅速发展,水资源短缺和水污染问题严重制约了我国经济的发展。一方面人类对水资源的需求显示出惊人的增长,另一方面日益严重的水污染蚕食大量可利用的水资源。污水处理与废水回用是解... 详细信息

我国是水资源贫乏的国家之一,随着人口急剧增长,工业迅速发展,水资源短缺和水污染问题严重制约了我国经济的发展。一方面人类对水资源的需求显示出惊人的增长,另一方面日益严重的水污染蚕食大量可利用的水资源。污水处理与废水回用是解决水资源短缺的重要办法。膜生物反应器由于其优异的污水处理性能受到各国水处理技术研究者的广泛关注。膜生物反应器是在传统活性污泥处理技术基础上结合了膜分离技术的新兴污水处理技术。相比于传统活性污泥法,MBR具有出水水质高、污泥产量低、运行费用低等优点,被广泛应用于污水处理中。然而在长期运行过程中,膜污染是不可避免的,它将导致使用寿命减少,增加膜组件清洗和更换频率,提高运行成本。因此,研究MBR运行中膜污染的形成机制,寻求有效的污染控制策略显得尤为重要。本课题以稳定运行的实验室规模浸没式膜生物反应器为研究基础,深入探究了膜污染潜在机制。主要探究了随机粗糙膜表面及污泥絮体建模,以及相关参数对表面形貌的影响。并且以 XDLVO(Extended Derjaguin-Landau-Verwey-Overbeek)为基础,探究了污染颗粒与随机粗糙膜表面的作用力关系。主要研究结果如下:(1)利用原子力显微镜(AFM)分析MBR中膜表面形貌,研究发现真实膜表面具有两个基本特征:随机粗糙的表面形貌以及服从高斯分布的高度分布。基于高斯分布结合频谱法和傅立叶变换法提出随机粗糙膜表面的模拟方法。此方法模拟的随机表面很好地展现了天然膜表面的两个基本特征。统计并比较模拟粗糙面和真实膜表面粗糙度参数,较小的偏差进一步证明了新方法的可行性。对比传统建模方法(随机放置常规几何,使用正弦波或周期函数和分形法)新方法具有显著优势。(2)探究构建参数对膜表面形貌的影响:相关长度(/)和分割段数(N)是影响模拟膜表面形貌的重要参数。粗糙面峰密度随着/的增大而减小;分割段数的增加可提高膜表面精确性,减少随机误差的产生。该方法模拟的粗糙膜表面可用于研究包括膜污染在内的界面行为。(3)对污泥表面性质进行表征,发现膜生物反应器中的悬浮颗粒为球体结构,且表面随机粗糙。统计得到,污泥悬浮颗粒直径在20μm左右。本研究基于高斯分布、傅里叶变换、频谱法以及坐标变换法,提出模拟MBR中污泥絮体的新方法。构建的污泥絮体表面形貌与实际污泥絮体有高度的相似性,并体现了真实颗粒的随机粗糙性。(4)探究污泥絮体构建参数对絮体表面形貌的影响,发现自相关长度(/),均方根粗糙度(σ)以及分割段数(N)在污泥絮体表面形貌构建中起着决定性作用。絮体表面粗糙度随着/的增加而增加;高σ值将产生尖锐和密集的峰;分割段数越大,球体表面粗糙度值越小。通过比较本文提出的方法与常规三种建模法,明显新方法具有显著优异性。此外本文提出的污泥絮体构建法还可用于模拟各种粗糙颗粒。(5)基于XDLVO理论对膜-污染物之间界面作用力进行建模,并结合表面元积分法(SEI)、高斯面三点建面法以及复合Simpson法则定量计算了污泥絮体与高斯粗糙膜表面之间相互作用力。从热力学角度描述污泥絮体在膜表面的粘附机制。计算发现,在0.158-4nm分离距离内,静电作用力(EL)为连续排斥,酸碱作用力(AB)和范德华作用力(LW)相互作用力为连续吸引。同时,相比于EL和LW相互作用力,AB作用力明显较大。同时粗糙膜表面作用力比光滑膜表面作用力小十几倍,说明膜表面形貌对热力学相互作用和污泥粘附具有非常大的影响。本文成功量化了污泥絮体和高斯膜表面的热力学相互作用力。由于热力学相互作用在污染物粘附中起着决定性的作用,因此该方法对污染物粘附提供了更深入的了解,对膜污染研究有着巨大启示。

关键词：膜生物反应器膜污染 XDLVO理论高斯分布表面形貌界面作用力

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石墨烯-纳米探针相互作用有限元准静态计算

物理学报 2014年第15期63卷 264-271页

作者：张保磊王家序肖科李俊阳机械传动国家重点实验室重庆大学重庆400038

纳米尺度探针是研究纳米薄膜材料的重要工具.针对纳米探针和石墨烯相互作用有限元模型静态计算中难以收敛的困难,应用动态显式算法通过间歇式探针进给方式进行能量耗散,得出静态计算结果.模型中界面作用力由界面黏结能和原子间作用势导... 详细信息

纳米尺度探针是研究纳米薄膜材料的重要工具.针对纳米探针和石墨烯相互作用有限元模型静态计算中难以收敛的困难,应用动态显式算法通过间歇式探针进给方式进行能量耗散,得出静态计算结果.模型中界面作用力由界面黏结能和原子间作用势导出并植入Abaqus软件中界面作用子程序,实现对石墨烯、探针,基体系统内相互作用的仿真计算.通过对比计算结果和实验数据,对实验结果给出了一致性解释.

关键词：石墨烯有限元界面作用力原子间作用势

有机修饰剂对柔性环氧树脂/黏土纳米复合材料热/力学性能的影响

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高分子材料科学与工程 2019年第3期35卷 79-85页

作者：陈斌王峰董英杰曾宝华赵丽萍张学全沈阳化工大学材料科学与工程学院辽宁沈阳110142 中国科学院长春应用化学研究所吉林长春130022

分别选用十六烷基三甲基溴化铵(CTAB)、氯化胆碱(CC)及2,3-环氧丙基三甲基氯化铵(GMAC)为有机修饰剂制备了3种不同性质的有机化黏土(CTAB-clay、CC-clay及GMAC-clay)。通过"黏土淤浆复合法"合成了3种具有不同界面强度的柔性环氧树脂/黏... 详细信息

分别选用十六烷基三甲基溴化铵(CTAB)、氯化胆碱(CC)及2,3-环氧丙基三甲基氯化铵(GMAC)为有机修饰剂制备了3种不同性质的有机化黏土(CTAB-clay、CC-clay及GMAC-clay)。通过"黏土淤浆复合法"合成了3种具有不同界面强度的柔性环氧树脂/黏土纳米复合材料。采用X射线衍射、透射电子显微镜、拉伸性能测试及动态力学热分析等方法对所制备的纳米复合材料结构及性能进行了表征。结果显示,CTAB-clay形成了插层结构的纳米复合材料;而CC-clay及GMAC-clay得到了剥离/插层混合结构。环氧树脂/黏土纳米复合材料的力学性能随界面强度的增强而增加:3种有机化黏土使环氧树脂的拉伸强度分别提高了333%(3.5%GMAC-clay)、195%(3%CC-clay)、100%(3.5%CTAB-clay);环氧树脂的模量及断裂伸长率亦随有机黏土的加入而同时获得显著提高。CTAB-clay导致环氧树脂的玻璃化转变温度(T_g)有所降低;而GMAC-clay和CC-clay则使T_g略有升高。

关键词：环氧树脂黏土纳米复合材料界面作用力有机修饰剂

反应型有机修饰剂对环氧树脂/粘土纳米复合材料热/机械性能的影响

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材料研究学报 2020年第3期34卷 161-168页

作者：陈斌裴鑫鹏徐扬张英沈阳化工大学材料科学与工程学院沈阳110142 沈阳化工大学应用化学学院沈阳110142

使带有环氧基团的三缩水甘油基对氨基苯酚(TGPAP)分别与溴代正丁烷(BB)、2-溴乙醇(BE)反应,合成了反应型粘土有机修饰剂溴化(正定烷基)双环氧基(4-环氧醚基)铵(TGPAPB)和溴化(2-羟乙基)双环氧基(4-环氧醚基)铵(TGPAPE)。用这两种修饰剂... 详细信息

使带有环氧基团的三缩水甘油基对氨基苯酚(TGPAP)分别与溴代正丁烷(BB)、2-溴乙醇(BE)反应,合成了反应型粘土有机修饰剂溴化(正定烷基)双环氧基(4-环氧醚基)铵(TGPAPB)和溴化(2-羟乙基)双环氧基(4-环氧醚基)铵(TGPAPE)。用这两种修饰剂改性粘土,分别制备出具有相同反应官能团但与环氧树脂的相容性略有不同的两种有机化粘土(B-Clay和E-Clay)。再用"粘土淤浆复合法"制备出两种环氧树脂/粘土纳米复合材料,研究了两种反应型有机修饰剂对纳米复合材料的结构和性能的影响。结果表明:带有羟基的E-Clay以高度无规剥离形式均匀分布在环氧树脂基体中;而B-Clay则形成了无规剥离/插层混合结构。两种粘土均参与固化反应在环氧树脂基体和粘土片层间产生了较强的界面作用力,从而显著提高了纳米复合材料的拉伸强度。粘土质量分数为3%的两种纳米复合材料,其拉伸强度分别达到32.4 MPa(E-Clay)和28.0 MPa(B-Clay),比对应的纯环氧树脂聚合物分别提高了76.47%和52.51%。同时,这两种纳米复合材料的玻璃化转变温度(Tg)也略有提高。

关键词：有机高分子材料环氧树脂粘土有机修饰剂纳米复合材料界面作用力

H_(2)O_(2)&Fe^(2+)预处理对天然有机物膜污染行为的影响机制

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中国环境科学 2024年第12期44卷 6691-6697页

作者：苗瑞田曼琳杨祎凡米悦王磊黄丹曦西安建筑科技大学环境与市政工程学院西北水资源与环境生态教育部重点实验室陕西省膜分离重点实验室陕西西安710055 陕西省膜分离技术研究院陕西西安710055

选用腐殖酸(HA)代表天然有机物,考察微量H_(2)O_(2)&Fe^(2+)预处理对膜污染的减缓机理及减缓效果关键影响因素.结果发现,无需提供额外酸性条件,投加100μmol/L的Fe^(2+)和H_(2)O_(2)反应20min后,膜通量衰减率可从83%降低到20%,通量恢复... 详细信息

选用腐殖酸(HA)代表天然有机物,考察微量H_(2)O_(2)&Fe^(2+)预处理对膜污染的减缓机理及减缓效果关键影响因素.结果发现,无需提供额外酸性条件,投加100μmol/L的Fe^(2+)和H_(2)O_(2)反应20min后,膜通量衰减率可从83%降低到20%,通量恢复率从26%增大到100%,且膜污染减缓能力随反应时间和H_(2)O_(2)&Fe^(2+)投加量的增大在持续增大,远优于同等剂量H_(2)O_(2)、Fe^(2+)或Fe^(3+)的膜污染减缓能力.究其原因,主要因为H_(2)O_(2)&Fe^(2+)可诱导HA产生羧酸,进而触发Fenton反应.Fenton过程的氧化和混凝协同作用,促使HA分子间团聚形成大尺寸絮体并削弱HA在膜面作用力,导致污染物在膜面的吸附累积速率降低,且形成松散的污染层,最终伴随着膜污染的大幅度减缓.

关键词：天然有机物超滤膜污染 H_(2)O_(2)&Fe^(2+)预处理界面作用力污染物尺寸