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纳米纤维素在摩擦学领域的应用研究进展

摩擦学学报（中英文） 2024年第2期44卷 254-265页

作者：苏凯琪孟元刘秀波蔡宇滔中南林业科技大学材料科学与工程学院材料表界面科学与技术湖南省重点实验室湖南长沙410004

纳米纤维素具有多种独特的优良性质,其摩擦学性能十分优越,是新型绿色纳米润滑材料,已在摩擦学领域展现出巨大的应用潜力与发展前景.本文中以纳米纤维素的摩擦学应用研究为主线,概述了纳米纤维素的有关重要特性,详述了纳米纤维素在聚合... 详细信息

纳米纤维素具有多种独特的优良性质,其摩擦学性能十分优越,是新型绿色纳米润滑材料,已在摩擦学领域展现出巨大的应用潜力与发展前景.本文中以纳米纤维素的摩擦学应用研究为主线,概述了纳米纤维素的有关重要特性,详述了纳米纤维素在聚合物增强填料、水基润滑添加剂、润滑油添加剂、润滑脂添加剂以及润滑电活性调控几方面的研究现状,并相应评述了作用原理与机制,指出了各方面研究仍需解决的重要问题,并展望了未来发展方向.

关键词：纳米纤维素填充增强润滑添加剂减摩抗磨智能润滑

3D打印炭黑/水性聚氨酯导电复合材料的制备及性能

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精细化工 2023年第3期40卷 565-571,583页

作者：郑玲邓鑫焦晓岚赵秀平中南林业科技大学材料科学与工程学院湖南长沙410004 中南林业科技大学材料表界面科学与技术湖南省重点实验室湖南长沙410004

采用硅烷偶联剂KH550对炭黑(CB)进行了改性,得到了KH550改性的CB(KH550/CB),通过FTIR、DLS和SEM对CB和KH550/CB进行了表征,采用共混法和流延浇铸法分别制备了CB/水性聚氨酯(CB/WPU)复合材料与KH550/CB/水性聚氨酯(KH550/CB/WPU)复合材... 详细信息

采用硅烷偶联剂KH550对炭黑(CB)进行了改性,得到了KH550改性的CB(KH550/CB),通过FTIR、DLS和SEM对CB和KH550/CB进行了表征,采用共混法和流延浇铸法分别制备了CB/水性聚氨酯(CB/WPU)复合材料与KH550/CB/水性聚氨酯(KH550/CB/WPU)复合材料。利用直写式3D打印,探讨了不同的填充图案和填充率对KH550/CB/WPU复合材料性能的影响。结果表明,KH550/CB粒径约为620 nm,分散均匀,在WPU基体中分散性更好,导电粒子之间连接得更紧密。当CB与KH550/CB含量(以WPU质量为基准,下同)均为3%时,KH550/CB/WPU复合材料的电导率为1.79×10^(-3)S/m,比CB/WPU复合材料的电导率增加了14倍;CB与KH550/CB含量均为2%时,KH550/CB/WPU复合材料的拉伸强度比CB/WPU复合材料增加了175%。选择填充图案为线形、填充率为80%时,KH550/CB/WPU导电性能较好,电导率达到2.66×10^(-3)S/m,与其他非3D打印产品相比,其导电性能提升了1~2个数量级。

关键词：水性聚氨酯炭黑共混电导率直写3D打印功能材料

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苛刻制动能量密度下铜基粉末冶金摩擦材料摩擦学行为

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中南大学学报（自然科学版） 2024年第8期55卷 3047-3059页

作者：周佩禹徐宇轩周海滨王兴邓敏文陈琦康丽姚萍屏中南大学粉末冶金国家重点实验室湖南长沙410083 中南林业科技大学材料表界面科学与技术湖南省重点实验室湖南长沙410004

基于国家标准中高速列车200、340和400 km/h紧急制动参数,利用MM−3000摩擦磨损试验机,设计基于等制动能量密度、等压强的等效放缩实验,研究铜基粉末冶金摩擦材料配对铸钢在不同苛刻制动能量密度(157、446和616 J/mm^(2))下的摩擦学行为... 详细信息

基于国家标准中高速列车200、340和400 km/h紧急制动参数,利用MM−3000摩擦磨损试验机,设计基于等制动能量密度、等压强的等效放缩实验,研究铜基粉末冶金摩擦材料配对铸钢在不同苛刻制动能量密度(157、446和616 J/mm^(2))下的摩擦学行为。研究结果表明:在157和446 J/mm^(2)制动能量密度下,材料平均摩擦因数稳定在0.250左右,制动效果较好;在616 J/mm^(2)制动能量密度下,材料平均摩擦因数从0.260迅速衰退至0.210,制动效果减弱;随着制动能量密度增加,摩擦材料亚表面存在成分与性能不同的摩擦层结构,其厚度先增加再减小,纳米压痕硬度逐渐减小,材料磨损机制发生了由犁削、黏着磨损到氧化磨损、疲劳磨损再到严重氧化磨损与剥层磨损的转变。

关键词：铜基粉末冶金摩擦材料摩擦学行为摩擦层磨损机制

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炭陶配副用碳纤维增强铜基摩擦材料及其摩擦学行为

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中南大学学报（自然科学版） 2024年第8期55卷 3105-3119页

作者：陈琦徐宇轩周海滨周佩禹邓敏文韩勇姚萍屏中南大学粉末冶金国家重点实验室湖南长沙410083 中南林业科技大学材料表界面科学与技术湖南省重点实验室湖南长沙410004

炭陶配副用铜基摩擦材料在高速制动下难以兼具高摩擦因数与高耐磨性,为此,采用粉末冶金法制备短切沥青基碳纤维增强铜基摩擦材料,对材料力学、热学与摩擦学性能进行研究。研究结果表明:在室温下,碳纤维增强铜基摩擦材料布氏硬度提升14.... 详细信息

炭陶配副用铜基摩擦材料在高速制动下难以兼具高摩擦因数与高耐磨性,为此,采用粉末冶金法制备短切沥青基碳纤维增强铜基摩擦材料,对材料力学、热学与摩擦学性能进行研究。研究结果表明:在室温下,碳纤维增强铜基摩擦材料布氏硬度提升14.8%,热扩散系数提高9.5%,比热容提升6.8%;在高速制动条件下(6000 r/min),碳纤维增强铜基摩擦材料摩擦耐磨性能显著提升,摩擦因数提升25.0%,稳定系数提升6.1%,且磨损量降低42.2%;加入碳纤维能显著提高表面平整度,增加机械混合层的厚度,降低磨屑直径,提高摩擦材料耐磨性;碳纤维增强铜基摩擦材料随速度增加发生从磨粒磨损、黏着磨损到氧化磨损、疲劳磨损的转变。

关键词：铜基摩擦材料碳纤维磨损机制摩擦学行为

微量CNTs包覆对LiNi0.8Co0.1Mn0.1O2正极材料电化学性能的影响

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材料工程 2020年第5期48卷 68-74页

作者：张淑娴邓凌峰连晓辉谭洁慧李金磊中南林业科技大学材料科学与工程学院长沙410004 中南林业科技大学材料表界面科学与技术湖南省重点实验室长沙410004 湖南烯能新材料有限公司长沙410205

利用高温固相法制备LiNi0.8Co0.1Mn0.1O2正极材料,通过混酸处理和离心过滤CNTs以得到单壁碳纳米管(SWCNTs),再添加分散剂二甲基甲酰胺(DMF)后与LiNi0.8Co0.1Mn0.1O2混合,利用超声分散与喷雾干燥法将不同量的CNTs均匀包覆在LiNi0.8Co0.1M... 详细信息

利用高温固相法制备LiNi0.8Co0.1Mn0.1O2正极材料,通过混酸处理和离心过滤CNTs以得到单壁碳纳米管(SWCNTs),再添加分散剂二甲基甲酰胺(DMF)后与LiNi0.8Co0.1Mn0.1O2混合,利用超声分散与喷雾干燥法将不同量的CNTs均匀包覆在LiNi0.8Co0.1Mn0.1O2正极材料的表面。CNTs/LiNi0.8Co0.1Mn0.1O2复合材料通过SEM、XRD以及电化学测试系统进行表征和测试。结果表明CNTs包覆量为0.5%(质量分数)的CNTs/LiNi0.8Co0.1Mn0.1O2复合材料性能最佳。在0.1,5C下的首次放电比容量分别为215.59,175.78mAh·g^-1。在0.1C下充电、大倍率5C下放电,CNTs/LiNi0.8Co0.1Mn0.1O2复合材料仍能保持首次放电容量的81.54%,比纯的LiNi0.8Co0.1Mn0.1O2提高了10.48%。在1C倍率下循环100次其容量保持率可达93.02%,比纯的LiNi0.8Co0.1Mn0.1O2提升了15.42%。

关键词：碳纳米管 LiNi0.8Co0.1Mn0.1O2 微量包覆电化学性能

利用微量碳纳米管与石墨烯协同包覆提高LiCoO_(2)正极材料的性能

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材料导报 2022年第2期36卷 18-23页

作者：谭洁慧邓凌峰张淑娴李金磊王壮覃榕荣中南林业科技大学材料科学与工程学院长沙410004 中南林业科技大学材料表界面科学与技术湖南省重点实验室长沙410004 湖南烯能新材料有限公司长沙410205

采用高温固相法制备钴酸锂(LiCoO_(2))正极材料,将碳纳米管(CNTs)、氧化石墨烯(GO)与LiCoO_(2)超声分散,经喷雾干燥和高温还原后,氧化石墨烯被还原成石墨烯(GR),最终得到均匀分散的碳纳米管/石墨烯/钴酸锂(CNTs/GR/LiCoO_(2))复合正极... 详细信息

采用高温固相法制备钴酸锂(LiCoO_(2))正极材料,将碳纳米管(CNTs)、氧化石墨烯(GO)与LiCoO_(2)超声分散,经喷雾干燥和高温还原后,氧化石墨烯被还原成石墨烯(GR),最终得到均匀分散的碳纳米管/石墨烯/钴酸锂(CNTs/GR/LiCoO_(2))复合正极材料。实验采用X射线衍射(XRD)、红外光谱(FTIR)、扫描电镜(SEM)、透射电镜(TEM)以及电化学测试等方法,对材料的结构、形貌和电化学性能进行表征。实验结果表明,碳纳米管与石墨烯交替分散在LiCoO_(2)颗粒表面,形成三维分层纳米级导电网络,能有效防止复合材料的团聚,与纯LiCoO_(2)、GR/LiCoO_(2)、CNTs/LiCoO_(2)相比,CNTs/GR/LiCoO_(2)复合材料表现出更优异的电化学性能,在0.5C时放电比容量为171.28 mAh/g,循环100次后放电比容量为154.50 mAh/g,容量保持率为90.24%,5C大倍率下放电比容量达到143.60 mAh/g。

关键词：碳纳米管石墨烯钴酸锂协同包覆复合材料电化学性能

化学镀制备纳米银-石墨烯复合材料及其电化学性能

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材料工程 2021年第8期49卷 127-138页

作者：李金磊邓凌峰张淑娴谭洁慧覃榕荣王壮中南林业科技大学材料科学与工程学院长沙410004 中南林业科技大学材料表界面科学与技术湖南省重点实验室长沙410004 湖南烯能新材料有限公司长沙410205

以葡萄糖为还原剂,采用化学镀原位合成纳米银-石墨烯复合材料(Ag/GR),通过X射线衍射(XRD)、X射线能量色散谱(EDS)、X射线光电子能谱(XPS)、扫描电子显微镜(SEM)和傅里叶红外光谱(FTIR)等方法对材料的结构形态进行表征分析。结果表明,石... 详细信息

以葡萄糖为还原剂,采用化学镀原位合成纳米银-石墨烯复合材料(Ag/GR),通过X射线衍射(XRD)、X射线能量色散谱(EDS)、X射线光电子能谱(XPS)、扫描电子显微镜(SEM)和傅里叶红外光谱(FTIR)等方法对材料的结构形态进行表征分析。结果表明,石墨烯表面银的负载形态为预期的单质状态,AgNPs平均粒径约为21 nm。同时,利用循环伏安法(CV)、交流阻抗谱(EIS)、线性伏安扫描法(LSV)和差分脉冲伏安法(DPV)对抗坏血酸(AA)在Ag/GR/GCE电化学传感器上的电化学响应进行研究。电化学测试结果表明,Ag/GR复合材料具有最高的响应电化学信号212.9μA和最低的电荷转移电阻90.5Ω,峰值电流约为石墨烯电极(110μA)的2倍和玻碳电极(42.5μA)的5倍,AgNPs与石墨烯具有良好的协同作用,对AA具有明显的电催化活性。AA的阳极峰电流在5-120μmol/L浓度范围内线性增加。然而,AA的阳极峰电流与浓度范围为50-120μmol/L的自然对数高度相关,检测限为0.06μmol/L。

关键词：化学镀银纳米粒子石墨烯抗坏血酸

Inconel718合金激光熔覆Co/TiN复合涂层摩擦学及氧化行为

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材料工程 2024年第3期52卷 71-81页

作者：庄宿国贺泊铭刘秀波张飞志张诗怡刘志远西北工业大学机电学院西安710072 中南林业科技大学材料表界面科学与技术湖南省重点实验室长沙410004

为了研究拓展Inconel718合金在高温环境下的应用,使用激光熔覆在其表面制备Co/TiN复合涂层,并结合XRD、SEM和EDS等分析方法,探究其在室温和600℃下的摩擦学行为及800℃下的抗氧化性能。结果表明:制备的涂层硬度相对基体有所提高,约为基... 详细信息

为了研究拓展Inconel718合金在高温环境下的应用,使用激光熔覆在其表面制备Co/TiN复合涂层,并结合XRD、SEM和EDS等分析方法,探究其在室温和600℃下的摩擦学行为及800℃下的抗氧化性能。结果表明:制备的涂层硬度相对基体有所提高,约为基体的1.3~1.4倍。另外,涂层中的物相主要为固溶体及金属间化合物。对涂层的摩擦学性能进行测试,当TiN添加量为4%(质量分数,下同)时,涂层的减摩性能最好;而添加量为6%时,涂层的耐磨性最好,磨损率最大可降低90.02%。此外,氧化实验表明:Co/TiN复合涂层具有一定的抗氧化性能,氧化速率为8.7634mg^(2)·cm^(-4)·h^(-1),与基体相差不大。由此说明该复合涂层在保留基体抗氧化性的同时,能够大幅降低高温下的磨损率,且磨损率随着TiN的增加而减小。通过磨损机理分析可知,在600℃下各涂层均发生氧化磨损,其表面氧化膜的产生一定程度上也有助于降低磨损率。

关键词： Inconel718 激光熔覆复合涂层摩擦学行为抗氧化性

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铜镍合金滑动摩擦学行为的分子动力学模拟

摩擦学学报 2023年第9期43卷 1046-1054页

作者：王权庄宿国刘秀波孟元朱正兴周安中南林业科技大学材料表界面科学与技术湖南省重点实验室湖南长沙410004 西北工业大学机电学院陕西西安710072

基于分子动力学模拟建立金刚石结构粗糙磨粒球与Ni60/10%Cu(C1)和Ni60/20%Cu(C2)铜镍合金滑动摩擦结构模型,通过探究铜镍合金在金刚石磨粒不同摩擦深度下滑动摩擦行为,结合合金的磨损形貌、磨损原子数目及分布、摩擦力和亚表面损伤对合... 详细信息

基于分子动力学模拟建立金刚石结构粗糙磨粒球与Ni60/10%Cu(C1)和Ni60/20%Cu(C2)铜镍合金滑动摩擦结构模型,通过探究铜镍合金在金刚石磨粒不同摩擦深度下滑动摩擦行为,结合合金的磨损形貌、磨损原子数目及分布、摩擦力和亚表面损伤对合金纳米尺度下磨损机理进行了研究.结果表明:在摩擦过程中,合金磨损原子首先堆积在磨粒前方,随着滑动摩擦的进行,当压入深度为10?时,磨损原子与磨粒之间黏附力较小,磨损原子流向磨痕两侧,当压入深度为20?时,磨损原子数量增加,增加的磨损原子主要堆积在磨粒前方,共同对合金进行磨损.随压入深度的增加,合金在摩擦过程中的位错密度上升,合金亚表面损伤程度提高,但在相同压入深度下,C2合金平均位错密度大于C1合金,C1合金的亚表面质量优于C2合金,这表明摩擦深度是影响合金亚表面质量的重要因素,且Cu原子数目增加会提高合金在纳米尺度下摩擦过程中亚表面损伤.

关键词：分子动力学模拟铜镍合金滑动摩擦亚表面损伤纳米摩擦

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