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多元介孔MOFs:通过调节表面亲水/疏水性实现酶固定化的多功能平台

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Chinese Journal of Catalysis 2024年第5期60卷 386-398页

作者：冯玉晓马庆庆王子辰张群力赵利雪崔建东杜英杰贾士儒天津科技大学生物工程学院食品营养与安全国家重点实验室工业发酵微生物教育部重点实验室天津300457 湖北大学生命科学学院生物催化与酶工程国家重点实验室湖北武汉430062 天津益倍生物科技集团有限公司天津300457 浙江大学生命科学学院生物质化工教育部重点实验室浙江杭州310050

作为高效的生物催化剂,酶在食品加工、医药制造、化学工业和能源开发等众多领域发挥着重要作用.然而,游离状态的酶由于存在稳定性差、易失活、难以回收利用及不适用于连续化生产等问题,限制了其广泛应用.为了解决上述难题,人们探索发展... 详细信息

作为高效的生物催化剂,酶在食品加工、医药制造、化学工业和能源开发等众多领域发挥着重要作用.然而,游离状态的酶由于存在稳定性差、易失活、难以回收利用及不适用于连续化生产等问题,限制了其广泛应用.为了解决上述难题,人们探索发展了固定化酶技术.固定化酶不仅保留了原有的催化活性,而且在稳定性方面有了显著提升,从而极大地提高了酶的利用效率.随着固定化酶材料和酶工程领域的不断发展,固定化酶技术为酶的应用开辟了更广阔的前景.沸石-咪唑骨架材料-8(ZIF-8)作为一种金属-有机骨架(MOFs)材料,因其独特的结构特性而被广泛用作酶固定化载体.然而,ZIF-8的微孔结构和固有的疏水性,以及前体物2-甲基咪唑(2-MeIm)的质子化现象,常常影响固定化酶的活性.为克服这些限制,本文采用多元配体竞争和孔隙工程相结合的策略,设计并制备了一种具有可调节亲水/疏水表面的新型多元介孔MOFs(mMOFs),并用作酶固定化载体.在mMOFs的制备过程中,采用亲水性和配位能力更强的3-甲基-1H-1,2,4-三唑(3-MTZ)和5-甲基四唑(5-MTA)配体,以部分替代传统的2-MeIm配体.随后,这些多元配体(包括2-MeIm,3-MTZ和5-MTA)与七水硫酸锌结合,在甲醇溶液中通过自凝聚作用形成透明的胶体溶液,进而完全溶解在水中.在此过程中,七水硫酸锌发挥了软模板的作用,引导介孔的形成,从而成功制备出新型多元介孔mMOFs.接着,利用这些mMOFs作为酶固定化的载体,固定了辣根过氧化物酶(HRP)和葡萄糖氧化酶(GOx),并详细研究了其催化性能.结果表明,与传统的ZIF-8载体相比,以mMOFs为载体的固定化酶展现出了更高的酶活性和稳定性.催化性能提升主要归因于mMOFs的亲水性和介孔结构改善了酶和底物间的传质,同时2-MeIm的质子化效应减弱也为酶提供了优良的微环境,稳定了酶的构象.综上,本文采用多元配体竞争与孔隙工程相结合的策略,成功构建了一种具有可调节亲水/疏水表面的新型多元介孔mMOFs,并用于酶固定化,所得固定化酶表现出较好的催化性能.通过深入的研究,揭示了该固定化酶表现出良好催化性能的作用机制,为可控设计制备性能优越的、以MOFs为载体的固定化酶提供了新思路,并为进一步拓宽MOFs材料的应用范围提供了参考.

关键词：介孔金属-有机骨架竞争性配体软模板固定化酶

橡胶模具表面FEP涂层防粘耐久性影响因素及机理

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中国表面工程 2024年第1期37卷 126-136页

作者：张秀丽刘志兰徐秀芳王旭吴永玲吴棣本山东理工大学机械工程学院淄博255000 山东省精密制造与特种加工重点实验室淄博255000 山东省轮胎模具关键技术重点实验室高密261000 山东豪迈机械科技股份有限公司高密261000

防粘性失效是橡胶模具表面涂层的主要失效形式之一,但影响涂层防粘耐久性的因素和机理尚不清晰。为了提高橡胶模具表面常用氟化乙烯丙烯共聚物(FEP)涂层的使用寿命,通过橡胶硫化试验并利用SEM和EDS测试,分析试样表面微观形貌和元素成分... 详细信息

防粘性失效是橡胶模具表面涂层的主要失效形式之一,但影响涂层防粘耐久性的因素和机理尚不清晰。为了提高橡胶模具表面常用氟化乙烯丙烯共聚物(FEP)涂层的使用寿命,通过橡胶硫化试验并利用SEM和EDS测试,分析试样表面微观形貌和元素成分随硫化试验次数的变化,研究溶剂体系、涂层厚度和烧结工艺对橡胶模具表面FEP涂层防粘耐久性的影响规律,分析各因素对涂层使用寿命的影响机理。通过XPS测试胶垢成分发现胶垢主要包含Zn、S、C、O四种元素,模具使用初期ZnS是胶垢的主要成分,随硫化次数增加,ZnS层上产生有机沉积。硫化试验300次后,45钢试样、双层水性FEP涂层和单层溶剂型FEP涂层试样表面Zn元素质量含量分别为40.6%、0.45%和1.13%,FEP涂层表面胶垢出现在涂层表面缺陷处。由于双层水性FEP涂层更容易控制表面FEP树脂成膜厚度和质量,其较单层溶剂型FEP涂层具有更好的防粘耐久性。涂层面层厚度和成膜质量是影响双层水性FEP涂层防粘耐久性的关键因素;在300次硫化试验范围内,烧结工艺对涂层的防粘耐久性影响不大。采用橡胶硫化试验和表面分析的方法研究橡胶模具表面涂层的防粘耐久性,探究溶剂体系、涂层厚度和烧结工艺等因素的影响,研究结果可为橡胶模具表面处理提供理论依据。

关键词：涂层氟树脂防粘耐久性橡胶模具

电脉冲复合激光冲击对316L不锈钢摩擦磨损及耐腐蚀性能的影响

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航空制造技术 2024年第9期67卷 44-50页

作者：张硕文江熔秦秀王汝家张文武中国科学院宁波材料技术与工程研究所宁波315201 浙江省航空发动机极端制造技术研究重点实验室宁波315201 宁波大学宁波315000

不锈钢具有良好的力学性能,在航空航天、能源开发等领域受到广泛应用,但其硬度低、耐磨性较差。本文利用脉冲电流对316L不锈钢进行处理然后进行激光冲击强化(Electro-pulsing combining laser shock peening,EPLSP),并对比激光冲击强化(... 详细信息

不锈钢具有良好的力学性能,在航空航天、能源开发等领域受到广泛应用,但其硬度低、耐磨性较差。本文利用脉冲电流对316L不锈钢进行处理然后进行激光冲击强化(Electro-pulsing combining laser shock peening,EPLSP),并对比激光冲击强化(Laser shock peening,LSP)进行分析。研究不同工艺对显微硬度、表面形貌、摩擦磨损等特性的影响。LSP和EP-LSP处理后试样的显微硬度比原试样分别提升26.1%和38.3%。在相同的摩擦条件下,LSP和EP-LSP处理后试样的磨损率比原试样减小12.3%和30.0%。原始试样主要为黏着磨损与疲劳磨损,LSP及EP-LSP处理后试样主要为磨粒磨损,EP-LSP试样犁沟细小且深度较浅。EP-LSP试样腐蚀试验中,腐蚀电位超过1.1V电流密度逐渐增大,大于原始试样的0.4 V和LSP试样的0.7 V,表明EP-LSP试样钝化区域最大,耐腐蚀性最好。

关键词： 316L不锈钢脉冲电流激光冲击强化摩擦磨损耐腐蚀性

银含量对快速热冲击下Sn−xAg−0.5Cu焊点显微组织和力学性能的影响

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Transactions of Nonferrous Metals Society of China 2024年第6期34卷 1922-1935页

作者：彭晨王善林吴鸣尹立孟陈玉华叶科江陈维政张体明谢吉林南昌航空大学江西省航空构件成形与连接重点实验室南昌330036 江西省智能产业技术创新研究院南昌330200 重庆科技学院冶金与材料工程学院重庆401331

使用高频感应加热设备研究Ag含量对快速热冲击下Sn−xAg−0.5Cu焊点的显微组织和剪切强度的影响。结果表明,Ag含量的增加使焊点表面更致密光滑,减少焊点内部长条状Cu6Sn5金属间化合物(IMC)的产生,从而提高焊点的抗氧化性。Ag能够加快焊点... 详细信息

使用高频感应加热设备研究Ag含量对快速热冲击下Sn−xAg−0.5Cu焊点的显微组织和剪切强度的影响。结果表明,Ag含量的增加使焊点表面更致密光滑,减少焊点内部长条状Cu6Sn5金属间化合物(IMC)的产生,从而提高焊点的抗氧化性。Ag能够加快焊点界面IMC层的生长速度,Cu6Sn5层的生长速度由体扩散和晶界扩散共同决定,Cu3Sn层的生长速度由体扩散和界面反应共同决定。在快速热冲击环境下,焊点的断裂模式从韧性断裂转变为脆性断裂,而高Ag含量使得焊点的断裂模式转变时间更短,降低焊点的抗热疲劳性能。

关键词： Ag含量快速热冲击 Sn−Ag−Cu 焊点生长动力学断裂模式

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高功率密度湿式离合器温度场分析及油槽优化

机械设计与制造 2024年

作者：陈志张迎东谭武中李治作中南大学机电工程学院高性能复杂制造国家重点实验室中南大学轻合金研究院中国航发湖南动力机械研究所直升机传动技术国防科技重点实验室

直升机传动系统可通过湿式摩擦离合器来实现变转速输出，提高直升机的机动性和续航能力。然而航空湿式离合器传递功率大，工况恶劣，如何在保证高功率密度的同时提高离合器的散热性能至关重要。针对这一难题，研究了某型号直升机传动系... 详细信息

直升机传动系统可通过湿式摩擦离合器来实现变转速输出，提高直升机的机动性和续航能力。然而航空湿式离合器传递功率大，工况恶劣，如何在保证高功率密度的同时提高离合器的散热性能至关重要。针对这一难题，研究了某型号直升机传动系统所搭载的湿式摩擦离合器的动态接合过程，得到其接合特性；建立了湿式摩擦离合器接合过程热流固耦合仿真模型，获得摩擦片表面的温度分布规律；以摩擦片表面径向+环形的复合油槽为研究对象，分析了环形槽宽度和间距对温度场的影响规律；根据润滑油的流动特性，提出倾斜径向+环形的改进型复合油槽，并对倾角进行优化，优化结果表明：当环形槽宽度和间距、径向槽倾角依次为0.5mm、4.5mm、60°时油槽综合冷却性能最好。研究工作可以为我国航空高功率密度湿式摩擦离合器的设计提供参考。

关键词：湿式摩擦离合器高功率密度接合特性油槽结构优化

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金属熔融直写成形工艺射流沉积稳定性分析

机械工程学报 2024年第1期60卷 119-126页

作者：戎文娟单忠德王宝雨王佳琳王永威北京科技大学机械工程学院北京100083 中国机械科学研究总院先进成形技术与装备全国重点实验室北京100083 南京航空航天大学机电学院南京210016

金属材料增材制造具有工艺流程短、柔性可设计等优点,可满足复杂结构件单件小批量个性化需求,在众多金属增材制造工艺方法中,金属熔融直写成形具有成本低、效率高等优势。射流稳定性是影响金属熔融直写成形质量和精度的关键因素。针对... 详细信息

金属材料增材制造具有工艺流程短、柔性可设计等优点,可满足复杂结构件单件小批量个性化需求,在众多金属增材制造工艺方法中,金属熔融直写成形具有成本低、效率高等优势。射流稳定性是影响金属熔融直写成形质量和精度的关键因素。针对直写成形射流特点,分类建立了液滴流、曲张流、平滑流、波动流4种典型射流状态模型,模拟并分析了射流的演化过程,获得了修正后的金属射流连续段长度公式,以及射流沉积稳定性调控的关键因素;基于金属射流单道沉积工艺试验,获得了不同射流状态沉积后轨迹均匀性的基板速度调控范围。射流状态模型建立和沉积轨迹均匀性调控范围的获取,为金属熔融直写工艺形性调控提供理论依据。

关键词：金属增材制造金属熔融直写成形金属射流射流稳定性

GH3128表面高温碳化/氧化沉积层激光烧蚀阈值及清洗工艺研究

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中国激光 2024年

作者：王梁于留帅王亚星卓金于真鹤陈智君姚建华浙江工业大学激光先进制造研究院特种装备制造与先进加工技术教育部/浙江省重点实验室浙江工业大学机械工程学院中国航发沈阳黎明航空发动机集团有限责任公司

采用纳秒脉冲激光器对GH3128镍基高温合金表面高温碳化/氧化沉积层进行了激光烧蚀阈值、清洗工艺和机制研究。首先分析了沉积层与基体材料的结合方式，其次探索了不同激光能量密度对清洗后表面形貌、表面粗糙度以及元素分布的影响规律... 详细信息

采用纳秒脉冲激光器对GH3128镍基高温合金表面高温碳化/氧化沉积层进行了激光烧蚀阈值、清洗工艺和机制研究。首先分析了沉积层与基体材料的结合方式，其次探索了不同激光能量密度对清洗后表面形貌、表面粗糙度以及元素分布的影响规律，最后讨论了此类沉积层的激光清洗机制。结果表明：沉积层分为疏松的表层和与基体呈化学结合的致密层；在激光能量密度为0.89 J/cm2时达到疏松沉积层的清洗阈值，激光能量密度为1.07J/cm2时达到致密沉积层与材料原始氧化层形成混合熔体的阈值；为清洗后不产生此种混合熔体，继续增大激光能量密度，在激光能量密度达到2.85 J/cm2时，清洗后材料表面经能谱分析（EDS）和X射线光电子能谱（XPS）检测发现致密沉积层和材料原始氧化层混合熔体已被去除，剩余C元素（2.7wt%）和O元素（1.1wt%）含量最低，相较于原始沉积层分别下降83.4%和96.4%，其清洗效果最好；在不同的激光能量密度下，此类沉积层的激光清洗机制主要以振动剥落和热烧蚀作用为主。

关键词：激光清洗 GH3128 高温碳化/氧化沉积层清洗机制

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亲水、疏水聚合物刷水润滑机制的对比研究

摩擦学学报（中英文） 2024年第4期44卷 519-529页

作者：孙靖东杨淑燕吴杨周峰郭峰青岛理工大学机械与汽车工程学院山东青岛266520 烟台先进材料与绿色制造山东省实验室山东烟台264006 中国科学院兰州化学物理研究所固体润滑国家重点实验室甘肃兰州730000

通过表面接枝聚合技术在摩擦副表面(陶瓷球-玻璃盘)分别生长亲、疏水型2种聚合物刷:聚甲基丙烯酸-3-磺酸丙酯钾盐(PSPMA)和聚甲基丙烯酸月桂酯(PLMA),成功构筑了润湿性不同的2种浸润表面,利用球-盘式光干涉薄膜测量装置研究了2种表面在... 详细信息

通过表面接枝聚合技术在摩擦副表面(陶瓷球-玻璃盘)分别生长亲、疏水型2种聚合物刷:聚甲基丙烯酸-3-磺酸丙酯钾盐(PSPMA)和聚甲基丙烯酸月桂酯(PLMA),成功构筑了润湿性不同的2种浸润表面,利用球-盘式光干涉薄膜测量装置研究了2种表面在水环境中的液膜厚度和摩擦力变化,结果表明2种表面呈现出不同的减摩效果:PLMA表面的摩擦力稳定且随速度变化较小,推测这与其较低的表面自由能和低玻璃化温度有关;PSPMA表面的摩擦系数波动较大且滑滚比和卷吸速度对其影响较大,这可能与聚合物刷发生高度水化而在接触表面形成了1层具有法向承载能力的水合层有关.亲水的PSPMA表面形成的水膜膜厚要远远高于疏水的PLMA表面水膜.高速滑动条件下,在流体动压效应和水合作用共同耦合作用使得PSPMA表面呈现出了润滑增强作用,从而获得了较高的膜厚和较低的摩擦系数.研究表明聚合物刷的水合效应对于获取优异的润滑性能是至关重要的,这对于理解水基润滑的机理和指导水润滑材料的设计具有较为重要的意义.

关键词：聚合物刷水合效应表面润湿性膜厚流体动压效应

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飞秒激光掠入射抛光YSZ涂层机理研究

中国激光 2024年

作者：王梁吴函齐于真鹤韩宜王亚星王云鹏张盼盼姚建华中国航发沈阳黎明航空发动机有限责任公司浙江工业大学激光先进制造研究院特种装备制造与先进加工技术教育部/浙江省重点实验室浙江工业大学机械工程学院

为降低YSZ热障涂层的粗糙度以提升其在高温强气流环境下的使用性能，本文采用激光束与涂层近平行的掠入射烧蚀方法，对YSZ热障涂层进行飞秒激光抛光，研究了激光抛光YSZ涂层表面粗糙度的变化规律，通过共聚焦显微镜观察抛光表面形貌并... 详细信息

为降低YSZ热障涂层的粗糙度以提升其在高温强气流环境下的使用性能，本文采用激光束与涂层近平行的掠入射烧蚀方法，对YSZ热障涂层进行飞秒激光抛光，研究了激光抛光YSZ涂层表面粗糙度的变化规律，通过共聚焦显微镜观察抛光表面形貌并对其进行频谱分析，讨论了掠入射激光与材料表面的作用机理。结果表明：相同的脉冲能量和频率下，在20%光斑搭接率时表面形貌最平整，粗糙度最低，此时Sa=0.66μm，较原始表面下降93.9%。掠入射抛光在较低的搭接率时，每个光斑的能量都能够被有效吸收和利用，从而实现平坦的烧蚀区域，而在较高搭接率的情况下激光烧蚀区域的累积重叠过程容易产生周期与光斑直径一致的脊状波纹结构，不利于表面粗糙度降低。

关键词： YSZ热障涂层飞秒激光掠入射抛光表面粗糙度轮廓频谱