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钛植入物表面抗菌涂层的研究进展

生物医学工程学杂志 2024年第1期41卷 191-198页

作者：贺旭宏郭柴琼刘轩妤王玉辉梁紫微连小洁胡银春黄棣(综述) 魏延(审校) 太原理工大学生物医学工程学院生物医学工程系纳米生物材料与再生医学研究中心太原030024 太原理工大学生物医学工程研究所太原030024

近年来,钛及钛合金等骨植入材料以其卓越的机械性能和良好的生物相容性广泛应用于生物医学领域。然而在临床实践中,细菌在材料表面的黏附以及术后感染问题可能导致植入失败。根据抗菌机制,本文从抗细菌黏附、接触杀菌和光控杀菌等方面... 详细信息

近年来,钛及钛合金等骨植入材料以其卓越的机械性能和良好的生物相容性广泛应用于生物医学领域。然而在临床实践中,细菌在材料表面的黏附以及术后感染问题可能导致植入失败。根据抗菌机制,本文从抗细菌黏附、接触杀菌和光控杀菌等方面详细阐述了钛植入物的抗菌表面设计。通过采用不同技术对钛或基于钛的合金植入物进行表面修饰,抑制细菌黏附并促进骨整合,将扩大多功能钛基植入物在骨科领域的应用范围。

关键词：钛植入物生物相容性抗菌能力金属离子抗菌

碳钢和不锈钢在海洋SRB、IRB和IOB下的点蚀研究现状

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表面技术 2024年第2期53卷 15-27,70页

作者：陈杨嵋贺小燕黄谦熊汉桢白秀琴武汉理工大学船海与能源动力工程学院武汉430063 武汉理工大学国家水运安全工程技术研究中心可靠性工程研究所武汉430063 武汉理工大学水路交通控制全国重点实验室武汉430063

微生物腐蚀(Microbiological Induced Corrosion,MIC)带来的危害占海洋腐蚀危害的20%。微生物腐蚀是指由于微生物的生命活动及其代谢产物与金属材料相互作用,影响腐蚀反应的阴极和阳极过程所引发的腐蚀现象,已成为海运业面临的重大技术... 详细信息

微生物腐蚀(Microbiological Induced Corrosion,MIC)带来的危害占海洋腐蚀危害的20%。微生物腐蚀是指由于微生物的生命活动及其代谢产物与金属材料相互作用,影响腐蚀反应的阴极和阳极过程所引发的腐蚀现象,已成为海运业面临的重大技术难题,研究海洋微生物腐蚀对推进我国海洋事业的发展有重要意义。金属材料微生物腐蚀包括全面腐蚀和局部腐蚀,局部腐蚀的危害更大,而点蚀被认为是危害最大的局部腐蚀形式。海洋微生物种类繁多,本文聚焦于硫元素的参与者硫酸盐还原菌(Sulfate-reducing Bacteria,SRB)、铁元素的参与者铁还原细菌(Iron-reducing Bacteria,IRB)和铁氧化细菌(Iron-oxidizing Bacteria,IOB)所引发的微生物点蚀问题,包括由细菌不均匀的生物膜与腐蚀产物膜以及细菌本身的特性引起的点蚀。以广泛应用于海洋平台和船舶的碳钢和不锈钢为对象,分析其在海洋SRB、IRB和IOB下的点蚀状况,从腐蚀形貌和腐蚀产物两方面对比了碳钢、不锈钢在不同细菌体系中的腐蚀差异,腐蚀形貌分析包括腐蚀产物形貌和去除腐蚀产物后金属表面形貌的分析,腐蚀产物分析主要聚焦于金属材料表面不同成分与含量的变化。从代谢产物理论、氧浓差电池作用理论阐释了碳钢和不锈钢的点蚀机理,指出微生物点蚀研究需要综合考虑多种因素,包括多菌种的相互作用和多种环境因素对金属材料的点蚀影响,以及微生物对耐蚀金属材料的点蚀影响等。

关键词：微生物点蚀碳钢不锈钢腐蚀形貌点蚀机理

基于激光熔覆的缸套表面梯度材料制备及其摩擦学性能研究

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表面技术 2024年第7期53卷 40-47页

作者：刘永琪袁成清饶响郭智威武汉理工大学交通与物流工程学院武汉430063 武汉理工大学水路交通控制全国重点实验室武汉430063 国家水运安全工程技术研究中心可靠性工程研究所武汉430063

目的研究功能梯度材料对缸套表面的抗磨减摩作用,提升缸套-活塞环配副的摩擦学性能。方法通过激光打标机在缸套表面制备具有30°角规则纹理排布的凹槽,在凹槽内采用同轴送粉的方式熔覆镍含量不同的铁基粉末,分析熔覆合金层的金相组织,... 详细信息

目的研究功能梯度材料对缸套表面的抗磨减摩作用,提升缸套-活塞环配副的摩擦学性能。方法通过激光打标机在缸套表面制备具有30°角规则纹理排布的凹槽,在凹槽内采用同轴送粉的方式熔覆镍含量不同的铁基粉末,分析熔覆合金层的金相组织,并利用往复式摩擦磨损试验机研究在一定载荷压力下功能梯度材料缸套的摩擦学性能。结果熔覆层金相组织呈现梯度排布,熔覆层与基体材料分子原子交互扩散形成良好的冶金结合。牌号为350、镍质量分数为4.2%、铁质量分数80%的粉末所制备的功能梯度材料,减摩效果最为明显,相比未经处理的对照组,平均摩擦因数降幅为25.4%,且该组在试验中接触电阻的平均值最大,相比对照组提升了63.45%。牌号为330、镍质量分数为9%、铁质量分数为70%的粉末制备的缸套,表面支撑指数最高为0.78,相比于未处理的对照组,增幅达到35%,且试验组活塞环经摩擦后,磨损量均小于对照组。结论制备了30°角分布的功能梯度材料,能使得缸套-活塞环摩擦学系统在工作过程中摩擦副的润滑油膜厚度更厚,且在运行过程中更稳定,以减少摩擦力和降低摩擦因数。同时,增强其支撑能力和储存润滑油的能力,使所制备的缸套摩擦因数显著降低。牌号为350的材料,改善摩擦学性能的效果最优。

关键词：功能梯度材料缸套-活塞环激光熔覆摩擦特性金相组织

静电纺纳米纤维表面形貌的制备及其生物医学应用

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复合材料学报 2024年第5期41卷 2236-2248页

作者：文美玲高翔刘阳安美文太原理工大学生物医学工程学院生物医学工程研究所材料强度与结构冲击山西省重点实验室太原030024 太原理工大学生物医学工程学院纳米生物材料与再生医学研究中心太原030024

通过模仿天然细胞外基质的成分和结构特性对材料表面形貌进行设计与调控,可获得新型仿生材料,并广泛应用于生物医学领域。其中,静电纺纳米纤维通过调控孔隙率、比表面积及微纳米结构等,可以模拟天然细胞外基质的结构,实现其生物功能。... 详细信息

通过模仿天然细胞外基质的成分和结构特性对材料表面形貌进行设计与调控,可获得新型仿生材料,并广泛应用于生物医学领域。其中,静电纺纳米纤维通过调控孔隙率、比表面积及微纳米结构等,可以模拟天然细胞外基质的结构,实现其生物功能。本文将提供不同表面形貌电纺纤维的概述。首先介绍静电纺丝的原理、设备和参数,然后讨论电纺纤维的4种表面形貌:纳米孔、串晶、沟槽和皱缩结构的制备原理、方法及在生物医学领域的应用,并对该领域相关研究和研究现状进行评价。

关键词：静电纺丝纤维材料表面形貌生物医学应用组织工程

6061铝合金自润滑热锻条件下工件和模具摩擦磨损特性

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塑性工程学报 2024年第5期31卷 87-93页

作者：李嘉宾钱东升余中全王华君蒋骋魏恒黄志强武汉理工大学材料科学与工程学院湖北武汉430070 武汉理工大学湖北省绿色材料精密成形工程技术研究中心湖北武汉430070

基于热锻条件,使用销-盘摩擦设备对6061热锻铝合金和H13钢基自润滑模具材料进行了高温对磨实验,通过电子探针和能谱仪分析了不同工况下工件和模具的磨损机理。结果表明,随着载荷的增加,工件和模具之间的摩擦因数与磨损率先降低后升高;... 详细信息

基于热锻条件,使用销-盘摩擦设备对6061热锻铝合金和H13钢基自润滑模具材料进行了高温对磨实验,通过电子探针和能谱仪分析了不同工况下工件和模具的磨损机理。结果表明,随着载荷的增加,工件和模具之间的摩擦因数与磨损率先降低后升高;随着转速的增加,工件和模具之间的摩擦因数增大,磨损率呈倍数增加;当载荷为12 N、转速为100 r·min^(-1)时,工件和模具之间的摩擦因数最小,其值为0.416,磨损率仅为24.591 mm 3·N^(-1)·m^(-1);随着转速和载荷的增加,工件和模具之间的粘着磨损加重并且逐渐出现磨粒磨损和氧化磨损。

关键词： 6061铝合金 H13钢基自润滑模具热锻摩擦磨损

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高速公路双车道出口辅助车道长度可靠性设计

吉林大学学报(工学版) 2024年

作者：张航孙煜马宝林牛世豪王星月吕能超武汉理工大学交通与物流工程学院武汉理工大学智能交通系统研究中心

为探究高速公路双车道出口辅助车道的合理长度，分析车辆的运行状态，推导了辅助车道段车辆换道的最大距离计算公式。引入可靠度理论，建立了辅助车道长度的功能函数，分析了不同辅助车道长度同辅助车道可靠性之间的关系，并计算得出了... 详细信息

为探究高速公路双车道出口辅助车道的合理长度，分析车辆的运行状态，推导了辅助车道段车辆换道的最大距离计算公式。引入可靠度理论，建立了辅助车道长度的功能函数，分析了不同辅助车道长度同辅助车道可靠性之间的关系，并计算得出了不同设计速度下辅助车道长度的推荐值。最后，通过VISSIM仿真分析了推荐值的合理性。结果表明：辅助车道长度与辅助车道可靠概率呈正相关关系；在不同仿真场景中，仿真路段取推荐值相较于规范值具有良好的交通流畅性，且不会造成材料的浪费。研究成果可为规范的进一步完善提供参考。

关键词：道路工程可靠度理论辅助车道高速公路 VISSIM仿真交通安全

纤维材质对UHMWPE水润滑轴承复合材料摩擦学性能的影响

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摩擦学学报（中英文） 2024年第5期44卷 597-608页

作者：郭智威冯润麒何阳袁成清武汉理工大学交通与物流工程学院湖北武汉430063 国家水运安全工程技术研究中心可靠性工程研究所湖北武汉430063

超高分子量聚乙烯(Ultra-high molecular weight polyethylene, UHMWPE)在水润滑轴承领域具有巨大的发展潜力,然而单一的UHMWPE难以满足水润滑轴承的耐磨性需求,尤其是在低速重载工况下.通过纤维改性的方法可以提高其摩擦学性能,但是纤... 详细信息

超高分子量聚乙烯(Ultra-high molecular weight polyethylene, UHMWPE)在水润滑轴承领域具有巨大的发展潜力,然而单一的UHMWPE难以满足水润滑轴承的耐磨性需求,尤其是在低速重载工况下.通过纤维改性的方法可以提高其摩擦学性能,但是纤维材质的不同特性对于复合材料摩擦学性能的影响存在差异.通过热压模具分别制备剑麻纤维(Sisal fiber,SF)、碳纤维(Carbon fiber,CF)和聚酯纤维(Polyester fiber,PETF)与UHMWPE混合的定向纤维复合材料,并与纯UHMWPE做对照试验.利用R-tec往复摩擦试验机模拟不同载荷(5和10 N)和不同速度(20、40和60 mm/s)下铜球与不同复合材料的摩擦过程,通过邵氏硬度和极限抗弯强度试验对复合材料力学性能进行表征测试,采用接触角测试复合材料的浸润性,试验结束后用扫描电子显微镜观察表面磨损形貌.结果表明:纤维的力学性能,尤其是硬度和抗弯强度是影响定向纤维复合材料摩擦学性能的关键因素,所添加纤维在复合材料中强有力的支撑作用使摩擦学性能显著提高,纤维的耐磨性和浸润性是次要因素.试验工况下,CF/UHMWPE摩擦系数最低,且在低速重载(载荷10 N,速度20 mm/s)时的摩擦系数与纯UHMWPE相比降低了36.92%;添加耐磨性强的PETF纤维后,复合材料磨损体积与纯UHMWPE相比降低了30.56%.

关键词：水润滑轴承摩擦学性能纤维材质 UHMWPE 复合材料

n型BiSbTeSe基化合物的缺陷结构调控与电热输运性能研究

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物理学报 2024年

作者：李睿英罗婷婷李貌陈硕鄢永高吴劲松苏贤礼张清杰唐新峰武汉理工大学纳微结构研究中心武汉理工大学襄阳示范区湖北隆中实验室武汉理工大学材料复合新技术国家重点实验室

Bi2Te3基化合物是目前室温附近性能最好的热电材料，但其存在着大量复杂的缺陷结构，缺陷工程是调控材料热电性能的核心手段，因此理解和有效调控缺陷形态和浓度是获得高性能Bi2Te3基热电材料的关键。本论文系统研究了四元n型Bi2-xSbxTe... 详细信息

Bi2Te3基化合物是目前室温附近性能最好的热电材料，但其存在着大量复杂的缺陷结构，缺陷工程是调控材料热电性能的核心手段，因此理解和有效调控缺陷形态和浓度是获得高性能Bi2Te3基热电材料的关键。本论文系统研究了四元n型Bi2-xSbxTe3-ySey基化合物的缺陷演化过程及其对热电输运性能的影响规律。Sb和Se的固溶引入的带电伴生结构缺陷使得材料的载流子浓度发生了巨大变化，在Bi2-xSbxTe2.994Cl0.006样品中，Sb的固溶降低了反位缺陷■反位缺陷形成能，诱导产生了反位缺陷■，使得少数载流子空穴浓度从2.09×1016cm-3增加至3.99×1017cm-3，严重劣化了电性能。在Bi1.8Sb0.2Te2.994-ySeyCl0.006样品中，Se的固溶使得■+■的缺陷形成能更低，抑制了反位缺陷■的产生，Bi1.8Sb0.2Te2.694Se0.30Cl0.006样品的少数载流子空穴浓度降至1.49×1016cm-3，消除了其对材料电性能的劣化效果，显著提升了材料的功率因子，室温下达到4.49 mW m-1K-2。结合Sb和Se固溶增强合金化散射降低材料的热导率，Bi1.8Sb0.2Te2.844Se0.15Cl0.006样品在室温下获得最大ZT值为0.98。该研究为调控具有复杂成分的Bi2Te3基材料的点缺陷、载流子浓度和热电性能提供了重要的指导。

关键词： Bi Te 基化合物缺陷工程热电性能

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纳米酶在脑疾病治疗中的应用

化学进展 2024年第1期36卷 18-26页

作者：孟子楹王杰王嘉璞魏延黄棣梁紫微太原理工大学生物医学工程学院生物医学工程系纳米生物材料与再生医学研究中心太原030024 山西浙大新材料与化工研究院太原030024

近年来,作为新一代人工酶的纳米酶,凭借着优于天然酶的多酶活性、高稳定性和靶向性等特点逐步进入医学领域,又因对活性氧的调控作用而被应用于多种疾病及癌症的治疗。脑类疾病作为病死率最高的疾病之一,病理环境中存在过多的活性氧,易... 详细信息

近年来,作为新一代人工酶的纳米酶,凭借着优于天然酶的多酶活性、高稳定性和靶向性等特点逐步进入医学领域,又因对活性氧的调控作用而被应用于多种疾病及癌症的治疗。脑类疾病作为病死率最高的疾病之一,病理环境中存在过多的活性氧,易产生复杂的炎症反应。因此,将纳米酶应用于脑部环境或成为有效的脑疾病监测和治疗手段。本文综述了纳米酶应用于脑疾病治疗的原理及近年来该领域的研究现状,包括纳米酶通过调控活性氧的水平诱导癌细胞凋亡、纳米酶辅助传统抗癌疗法、纳米酶借助膜蛋白进行脑癌监测以及在创伤性脑损伤、脑卒中、大脑退行性疾病、脑型疟疾和癫痫中的应用。最后,对其应用于临床治疗所面临的问题进行了讨论。

关键词：纳米酶活性氧脑癌脑损伤阿尔茨海默病