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激光-热处理复合工艺制备油水分离表面及性能研究

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表面技术 2024年第10期53卷 216-229页

作者：刘超余忠杰王泰源冶孟琦王青华东南大学机械工程学院南京211189 江苏省微纳生物医疗与器械设计与制造重点实验室南京211189

目的研发一种高效、低成本的激光-热处理复合工艺,制备具有油水分离性能的泡沫铜表面,为石油污染的净化提供一种有效的参考方法。方法首先利用纳秒激光在泡沫铜表面上诱导出多级微纳米结构,然后将泡沫铜放入低温烘箱中加热处理,通过调... 详细信息

目的研发一种高效、低成本的激光-热处理复合工艺,制备具有油水分离性能的泡沫铜表面,为石油污染的净化提供一种有效的参考方法。方法首先利用纳秒激光在泡沫铜表面上诱导出多级微纳米结构,然后将泡沫铜放入低温烘箱中加热处理,通过调控激光参数和热处理相互作用制备出了超疏水超亲油泡沫铜表面,并使用扫描电子显微镜、光电子能谱仪和接触角测量仪,对激光加工前后泡沫铜表面的微纳结构、表面化学元素组成和油水在表面的润湿性进行了表征。结果泡沫铜表面经纳秒激光加工后诱导生成的多级微纳结构受到包括激光扫描速率、激光加工功率和扫描间距等激光加工参数的显著影响。同时,配合低温热处理工艺,激光制备泡沫铜表面的化学成分快速转变,表面能显著降低,使得泡沫铜表面获得了超疏水超亲油的润湿特性。本工作制备的泡沫铜表面在空气中的最大水接触角为158.5°,油接触角为0°。并利用油水分离试验装置验证了激光-热处理复合工艺制备的超疏水超亲油泡沫铜表面可以使油和水选择性通过,分离效率超过90%。结论激光-热处理复合工艺制备的具有多级微纳结构的泡沫铜表面具备优异的超疏水超亲油特性,展现出了良好的油水分离性能,有望实现海洋生态中石油污染的净化。

关键词：激光加工泡沫铜微纳结构超疏水超亲油表面油水分离

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塑料包装材料表面大肠杆菌污染的荧光高光谱检测

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食品科学 2024年第18期45卷 225-231页

作者：熊子怡潘嘹卢立新唐亚丽王军江南大学机械工程学院江苏无锡214122 江苏省食品先进制造装备技术重点实验室江苏无锡214122

本研究基于荧光高光谱技术,采用365 nm波段紫外光作为激发光源,获得塑料包装表面421~700 nm波段范围内的荧光高光谱图像,确定多种塑料包装材料(聚乙烯、聚丙烯、聚酰胺)表面大肠杆菌污染的荧光特征光谱,并确定生物膜检测限。结果表明,... 详细信息

本研究基于荧光高光谱技术,采用365 nm波段紫外光作为激发光源,获得塑料包装表面421~700 nm波段范围内的荧光高光谱图像,确定多种塑料包装材料(聚乙烯、聚丙烯、聚酰胺)表面大肠杆菌污染的荧光特征光谱,并确定生物膜检测限。结果表明,聚乙烯、聚丙烯和聚酰胺表面大肠杆菌荧光光谱特征波长分别位于550、543、540 nm;基于上述特征波长处的单波段图像经过处理能够准确检出3种塑料包装材料表面的大肠杆菌接种点,检出率均大于98%;对聚乙烯、聚丙烯和聚酰胺表面大肠杆菌生物膜的检测限分别为1.39、1.39(lg(CFU/cm^(2)))和1.59(lg(CFU/cm^(2)))。本研究可为包装食品微生物检测及食品安全监控提供有力的技术手段和理论支持。

关键词：荧光高光谱塑料包装材料大肠杆菌图像处理生物膜

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甘油基绿色润滑剂的性能与应用研究进展

摩擦学学报 2024年

作者：陆航花镜胡盟程广贵丁建宁江苏大学机械工程学院清华大学高端装备界面科学与技术全国重点实验室扬州大学机械工程学院

润滑剂在机械、电子、化工和医疗等领域拥有广泛的应用，传统润滑剂以矿物油基润滑剂为主，具有不可持续再生、生态破坏较大和威胁人体健康等缺点。随着人们能源意识和环保意识的提高，可再生和环境友好的绿色润滑剂成为传统润滑剂的理... 详细信息

润滑剂在机械、电子、化工和医疗等领域拥有广泛的应用，传统润滑剂以矿物油基润滑剂为主，具有不可持续再生、生态破坏较大和威胁人体健康等缺点。随着人们能源意识和环保意识的提高，可再生和环境友好的绿色润滑剂成为传统润滑剂的理想替代品。常见的绿色润滑剂包括水基润滑剂、植物油基润滑剂和纳米润滑剂等，其中甘油基润滑剂作为1种重要的水基润滑剂，具有出色的润滑性能。本文中中首先介绍了纯甘油的摩擦性能和应用，进一步具体讨论了甘油基润滑剂摩擦性能的影响因素和改进方法，分析了摩擦过程中甘油基润滑剂的润滑机理；其次，对甘油基润滑剂在不同工况条件下的应用做了概述；最后，指出了甘油基润滑剂在应用中面临的挑战，并对甘油润滑体系中的智能控制进行了展望。

关键词：绿色润滑剂甘油水基润滑剂添加剂智能控制

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采用通道像素注意力的多标签图像识别

计算机科学与探索 2024年第8期18卷 2109-2117页

作者：叶庆文张秋菊江南大学机械工程学院江苏无锡214122 江苏省食品先进制造装备与技术重点实验室江苏无锡214122

多标签图像识别是对包含多个对象类别标签的图像进行预测分类。为了解决多标签图像识别中存在的小对象识别困难和样本数据不平衡问题,分别提出了简单高效的通道像素注意力(CPA)和类权重交叉熵损失。CPA通过计算通道注意力和像素注意力... 详细信息

多标签图像识别是对包含多个对象类别标签的图像进行预测分类。为了解决多标签图像识别中存在的小对象识别困难和样本数据不平衡问题,分别提出了简单高效的通道像素注意力(CPA)和类权重交叉熵损失。CPA通过计算通道注意力和像素注意力得分来为每个通道生成对应的像素特征,以提升网络对小对象的注意力,将进行池化和增益后的像素特征输入到多层感知机中用于最终的分类预测;引入数据集中的正样本数量分布作为经典的交叉熵(CE)损失函数的权重,以提升模型对样本数量少的对象特征的关注。在公开多标签图像数据集VOC 2007、MS-COCO 2014和VAW上进行对比实验,所提出的方法相较于其他现有的先进方法在平均精度均值(mAP)上分别提高了0.2个百分点、0.7个百分点和0.9个百分点。针对MS-COCO 2014和VAW数据集,类权重交叉熵损失在不增加任何计算成本的情况下,相较于常用的交叉熵损失在mAP上分别提高了0.6个百分点和1.6个百分点,验证了所提方法的先进性和有效性。

关键词：深度学习图像识别注意力机制多标签分类损失函数

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基于模糊控制的光子辐射制冷功率测量系统

光学学报 2024年第2期44卷 170-179页

作者：周玉晟朱虹雨陈犇陈嘉诚詹耀辉李孝峰苏州大学光电科学与工程学院江苏苏州215006 江苏省先进光学制造技术重点实验室教育部现代光学技术重点实验室江苏苏州215006

依据热平衡原理设计了以单片机为控制核心,DS18B20数字温度传感器和铂电阻PT100为检温元件,正温度系数(PTC)效应加热器为执行元件的温控及制冷功率测量系统。通过模糊PID(Proportional Integral Derivative)控制算法输出不同占空比的脉... 详细信息

依据热平衡原理设计了以单片机为控制核心,DS18B20数字温度传感器和铂电阻PT100为检温元件,正温度系数(PTC)效应加热器为执行元件的温控及制冷功率测量系统。通过模糊PID(Proportional Integral Derivative)控制算法输出不同占空比的脉宽调制波,控制辐射冷却材料温度和环境温度保持一致性,同时利用3D打印工艺完成装置的搭建,最终测算出辐射制冷功率。实验结果表明,系统测量计算的辐射制冷功率与理论预测值接近,该系统可以有效满足多种辐射冷却材料的测量。

关键词：测量辐射制冷制冷功率单片机温度调控模糊PID

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射流冲击非平整旋转壁面流型转变规律研究

过程工程学报 2024年第7期24卷 753-762页

作者：陈众邱玉清顾成俊王东祥江南大学机械工程学院江苏无锡214122 江苏省食品先进制造装备技术重点实验室江苏无锡214122

转盘反应器利用射流冲击旋转壁形成超重力高剪切薄膜流,广泛应用于材料制备、聚合等领域。考虑流量、转速以及实验物料黏度影响,利用可视化平台,研究了反应器表面不同沟槽结构对液膜流型特征与转变规律的影响,绘制了流动相图,明确了螺... 详细信息

转盘反应器利用射流冲击旋转壁形成超重力高剪切薄膜流,广泛应用于材料制备、聚合等领域。考虑流量、转速以及实验物料黏度影响,利用可视化平台,研究了反应器表面不同沟槽结构对液膜流型特征与转变规律的影响,绘制了流动相图,明确了螺旋破碎流型转变条件。结果表明,所有转盘结构中,径向槽盘螺旋波流型分布范围相比最大,且数量越多,维持螺旋流型的流量范围越大。周向沟槽数量增加导致螺旋破碎流型初始形成转速降低,而径向沟槽始终维持在较低转速。随着沟槽数量增加,螺旋破碎流型操作流量范围显著增加,尤其是径向沟槽。径向沟槽盘上螺旋破碎流型的Re_(j)值最大可达17486,超过周向槽盘的上限值12823,且相应条件下的α值分别为444.5与815,表明径向沟槽盘上的螺旋破碎流型流量范围更广,螺旋波破碎所需要的离心力更低。实验介质黏度增大后,槽盘结构在较低Re_(j)范围内,临界转变速度相比光盘更高,完全铺展所需转速更高。实验介质为50wt%甘油时,光盘维持螺旋破碎流型的Re_(j)值小于1318,即螺旋破碎流型存在范围相比其他结构更窄。槽盘结构在较高Re_(j)范围内,沟槽类型与分布对于流型转变的影响减弱,径向沟槽比周向沟槽效果更好。本研究为利用非平整表面调控转盘反应器的液膜流动行为,进而改善其微观混合与反应性能提供了可借鉴的理论与应用基础。

关键词：流体力学流型转盘结构转盘反应器

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基于阵列分布信息引导的密集目标检测算法

激光与光电子学进展 2024年第10期61卷 209-219页

作者：童浩吴静静安聪颖江南大学机械工程学院江苏无锡214122 江苏省食品先进制造装备技术重点实验室江苏无锡214122

针对工业场景下密集相似目标检测过程中,容易出现定位误差和伪目标等问题,提出一种基于阵列分布信息引导的密集目标检测算法。从密集目标图像中提取种子目标,根据目标阵列排布规则设计四方向搜索匹配策略,以种子目标的四邻域构建候选目... 详细信息

针对工业场景下密集相似目标检测过程中,容易出现定位误差和伪目标等问题,提出一种基于阵列分布信息引导的密集目标检测算法。从密集目标图像中提取种子目标,根据目标阵列排布规则设计四方向搜索匹配策略,以种子目标的四邻域构建候选目标匹配区域,利用重索引算法更新目标位置索引,不断遍历实现所有目标的精确定位;针对相似目标检测困难的问题,在卷积神经网络前引入Transformer自注意力结构,提取样本间位置和类别的相关性特征,设计基于组图孪生卷积Transformer的分类网络,增强相邻目标图像结构化信息,实现密集相似目标的精确分类,最终完成稳健的目标检测任务。对大量密集目标图像数据集进行实验,结果表明,所提算法在精度上优于对比算法,检测分类准确率达到98.71%,可以完整提取目标并进行精确分类。

关键词：目标检测密集目标阵列信息四方向搜索匹配 Transformer

超声辅助激光喷丸对IN718镍基合金表面完整性的影响

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光学学报 2024年第11期44卷 123-132页

作者：孟宪凯陈韦宇王春燕程子龙姚喆赫王锟宋福阳林珂江苏大学先进制造与现代装备技术工程研究院江苏镇江212013 江苏大学机械工程学院江苏镇江212013 浙江工业大学机械工程学院浙江杭州310014

以IN718镍基合金为对象,采用超声辅助激光喷丸(ULSP)工艺对其表面进行强化处理。然后,利用透射电子显微镜测量晶粒、位错等微观组织特征。使用扫描共聚焦显微镜测试材料表面形貌,分析ULSP对表面粗糙度的影响规律。依次使用显微硬度计和... 详细信息

以IN718镍基合金为对象,采用超声辅助激光喷丸(ULSP)工艺对其表面进行强化处理。然后,利用透射电子显微镜测量晶粒、位错等微观组织特征。使用扫描共聚焦显微镜测试材料表面形貌,分析ULSP对表面粗糙度的影响规律。依次使用显微硬度计和X射线衍射应力测定仪对试样表面的显微硬度与残余应力进行测量,揭示ULSP的表面强化机理。结果表明,由于激光冲击波与超声冲击波组合作用下会出现晶粒细化、位错增殖与γ''相硬化效应,可在较低表面粗糙度(Ra=2.19μm)情况下,利用ULSP将IN718镍基合金表面硬度和残余压应力分别提高至377.5 HV与344.6 MPa,相对传统激光喷丸分别增加了10.4%与31.4%,为延长IN718镍基合金使用寿命提供一种有效手段。

关键词：激光光学超声辅助激光喷丸 IN718镍基合金晶粒细化位错密度残余应力

SiO_(2)-BNNSs杂化材料对磷酸盐复合涂层高温摩擦学性能的影响

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表面技术 2024年第15期53卷 34-44,76页

作者：魏文涛王全龙王剑宇王轶遥李啸江南大学机械工程学院江苏无锡214122 江南大学江苏省食品先进制造装备技术重点实验室江苏无锡214122 江南大学江苏省微纳增减材制造工程研究中心江苏无锡214122

目的通过在磷酸盐复合涂层中添加二氧化硅杂化氮化硼纳米片材料(SiO_(2)-BNNSs)来提升磷酸盐复合涂层的硬度和耐高温磨损性能。方法以正硅酸四乙酯(TEOS)为硅源,利用溶胶凝胶法制备SiO_(2)-BNNSs杂化材料,并作为纳米增强相加入到涂层中... 详细信息

目的通过在磷酸盐复合涂层中添加二氧化硅杂化氮化硼纳米片材料(SiO_(2)-BNNSs)来提升磷酸盐复合涂层的硬度和耐高温磨损性能。方法以正硅酸四乙酯(TEOS)为硅源,利用溶胶凝胶法制备SiO_(2)-BNNSs杂化材料,并作为纳米增强相加入到涂层中。通过X射线光电子能谱(XPS)、场发射扫描电子显微镜(FE-SEM)和透射电子显微镜(TEM)对SiO_(2)-BNNSs杂化材料的化学组成和微观形貌进行表征。另外,采用喷涂法制备不同含量BNNSs和SiO_(2)-BNNSs的磷酸盐复合涂层,通过高温摩擦磨损试验探究涂层的摩擦磨损行为,对涂层磨痕形貌进行表征,并探讨涂层在高温条件下的磨损机理。结果XPS、SEM和TEM的分析结果表明,SiO_(2)成功修饰在BNNSs表面。SiO_(2)-BNNSs磷酸盐涂层相比零含量BNNSs涂层和纯BNNSs涂层表现得更加均匀致密,400℃条件下,质量分数为0.4%的SiO_(2)-BNNSs涂层硬度高达261.2HV。高温摩擦试验表明,BNNSs和SiO_(2)-BNNSs的加入,可以减轻涂层的磨损现象。同时,温度越高,涂层的耐磨损性能越好,400℃条件下,0.4%SiO_(2)-BNNSs涂层的摩擦因数和磨损率分别为0.48和66.24×10–6mm^(3)/(N·m),耐高温磨损性能表现为最佳。结论SiO_(2)-BNNSs杂化材料的添加可以明显提升磷酸盐复合涂层的耐高温磨损性能。

关键词：氮化硼纳米片二氧化硅杂化材料磷酸盐复合涂层耐高温磨损性能