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工艺参数对等离子增强磁控溅射TiAlN涂层微观结构及性能的影响

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材料导报 2022年第24期36卷 47-52页

作者：张亚南周子超张豪肖宇琦邓娜付彬芸多树旺江西科技师范大学材料与机电学院江西省材料表面工程重点实验室南昌330013

本工作引入正交试验法,以等离子增强磁控溅射TiAlN涂层的润湿性为试验指标,探究靶功率、Ar/N_(2)流量比和基体负偏压对试验指标的影响规律。使用能谱仪(EDS)、X射线衍射仪(XRD)、场发射扫描电子显微镜(FE-SEM)和原子力显微镜(AFM)分析... 详细信息

本工作引入正交试验法,以等离子增强磁控溅射TiAlN涂层的润湿性为试验指标,探究靶功率、Ar/N_(2)流量比和基体负偏压对试验指标的影响规律。使用能谱仪(EDS)、X射线衍射仪(XRD)、场发射扫描电子显微镜(FE-SEM)和原子力显微镜(AFM)分析涂层的化学成分、晶体结构、微观形貌和表面粗糙度。通过测试接触角表征涂层的润湿性。极差分析结果表明,Al靶功率和Ar/N_(2)流量比对涂层中Al含量的影响最敏感,基体负偏压是决定涂层的晶粒度、粗糙度及接触角的最主要因素。S2工艺制备的涂层具有最佳的疏水性能,接触角为120.25°。S9工艺制备的涂层具有最强的亲水性能,接触角仅为15.15°。研究结果可为工程应用涂层工艺的选择提供一定的参考依据和分析思路。

关键词：正交试验法等离子增强磁控溅射 TiAlN涂层接触角

等离子体增强磁控溅射CrSiN涂层摩擦磨损行为

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表面技术 2020年第8期49卷 185-191页

作者：周子超张豪张雪常伟杰宋玲玲黄传多树旺江西科技师范大学江西省材料表面工程重点实验室南昌330013

目的基于细晶强化理论,借助新型涂层制备技术获得综合性能优良的CrSiN涂层,研究Si含量对涂层微观结构、力学性能及耐磨性能的影响规律。方法采用等离子体增强磁控溅射技术,制备四种含有不同Si含量的CrSiN涂层。使用X射线能谱仪(EDS)、X... 详细信息

目的基于细晶强化理论,借助新型涂层制备技术获得综合性能优良的CrSiN涂层,研究Si含量对涂层微观结构、力学性能及耐磨性能的影响规律。方法采用等离子体增强磁控溅射技术,制备四种含有不同Si含量的CrSiN涂层。使用X射线能谱仪(EDS)、X射线衍射仪(XRD)、场发射扫描电子显微镜(FE-SEM)和原子力显微镜(AFM),分析涂层的化学成分、晶体结构、微观形貌和表面粗糙度。使用纳米压痕/划痕仪测试涂层的显微硬度、杨氏模量和结合力。使用摩擦磨损试验仪考察涂层的摩擦磨损行为。结果CrSiN涂层中Si含量随着Si靶功率的增加而增加。所有涂层中均未检测到含Si物相,主要由CrN相组成。随着Si含量的增加,CrN(111)衍射峰逐渐减弱直至消失,涂层由疏松的三角锥结构逐渐变为致密平整的CrN纳米晶和Si3N4非晶共存的复合结构,涂层表面粗糙度显著降低,涂层的显微硬度、杨氏模量、结合力及耐磨性能均呈现先增后降的趋势。结论Si含量为18.5%的CrSiN涂层具有最佳的耐磨性能,此时涂层的硬度、杨氏模量、结合力和平均摩擦系数分别约为27 GPa、327 GPa、30 N和0.289。

关键词：等离子体增强磁控溅射技术 CrSiN涂层 Si含量微观结构力学性能摩擦磨损

添加不同固体润滑剂铁基合金激光熔覆涂层的干滑动摩擦磨损性能

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机械工程材料 2024年第3期48卷 57-67页

作者：杨文斌李仕宇肖乾丁昊昊慕鑫鹏杨春辉陈道云华东交通大学载运工具与装备教育部重点实验室南昌330013 华东交通大学轨道交通基础设施性能检测与保障国家重点实验室南昌330013 浙江师范大学浙江省城市轨道交通智能运维技术与装备重点实验室杭州321005 西南交通大学牵引动力国家重点实验室成都610031

采用激光熔覆技术在CL60车轮钢表面分别制备不同含量WS_(2)(质量分数0~8.0%)和CaF_(2)(质量分数5.0%)固体润滑剂以及不同含量h-BN(质量分数0~2.0%)和CaF_(2)(质量分数0~2.0%)固体润滑剂的铁基合金涂层,对比研究了添加不同固体润滑剂铁... 详细信息

采用激光熔覆技术在CL60车轮钢表面分别制备不同含量WS_(2)(质量分数0~8.0%)和CaF_(2)(质量分数5.0%)固体润滑剂以及不同含量h-BN(质量分数0~2.0%)和CaF_(2)(质量分数0~2.0%)固体润滑剂的铁基合金涂层,对比研究了添加不同固体润滑剂铁基合金涂层的显微组织以及干滑动摩擦磨损行为和磨损机制。结果表明:所有涂层均主要由树枝晶和共晶组织组成,表面硬度均达到约800 HV,约为CL60钢的2倍。随着WS_(2)含量的增加,WS_(2)+CaF_(2)/铁基合金涂层的摩擦因数降低,磨损质量损失先降低后基本稳定,当WS_(2)质量分数为6.0%时,磨损质量损失最低,与未添加固体润滑剂的铁基合金涂层相比降低了26.7%,此时孔隙最少,磨损表面损伤轻微,磨损机制为磨粒磨损。随着h-BN含量的增加以及CaF_(2)含量的降低,h-BN+CaF_(2)/铁基合金涂层的摩擦因数与磨损质量损失均先降后增,且当CaF_(2)和h-BN的质量分数均为1.0%时,稳定摩擦因数与磨损质量损失均最小,与未添加固体润滑剂的铁基合金涂层相比,分别降低了32.7%和33.3%,此时晶粒最细小,组织最为致密,磨损表面以细小磨痕为主,磨损机制为轻微的磨粒磨损。

关键词：车轮钢激光熔覆固体润滑材料显微组织摩擦磨损性能

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转锈缓蚀低表面处理涂料制备及性能

中国表面工程 2024年

作者：许吉白久航凌志远朱能杰严威威蓝席建中国科学院宁波材料技术与工程研究所海洋关键材料重点实验室江西理工大学材料科学与工程学院中远海运能源运输股份有限公司宁波大学材料科学与化学工程学院

海洋环境金属构筑物表面易腐蚀、维护成本高以及保养困难的共性难题，而普通低表面处理涂料功能单一，无法长效防腐，且缓蚀剂与水性涂料配方体系难以兼容。引入适量咪唑啉缓蚀剂与过量的自交联环氧发生预固化反应，提升涂层交联密度的... 详细信息

海洋环境金属构筑物表面易腐蚀、维护成本高以及保养困难的共性难题，而普通低表面处理涂料功能单一，无法长效防腐，且缓蚀剂与水性涂料配方体系难以兼容。引入适量咪唑啉缓蚀剂与过量的自交联环氧发生预固化反应，提升涂层交联密度的同时具备缓蚀钝化功能，加上乙二胺四乙酸（EDTA）与金属底材的络合作用，制得一种具有高效强渗透、转锈和缓蚀功能的水性涂层材料。通过扫描电子显微镜（SEM）、激光共聚焦扫描显微镜（LSCM）、X射线衍射仪（XRD）、拉曼光谱仪（Raman）和X射线光电子能谱（XPS）等手段对转锈缓蚀低表面处理涂料的转锈性能和缓蚀机制进行初步探索。结果表明，金属基材表面的锈蚀产物在转锈剂和缓蚀剂的双重作用下快速形成稳定的“沉淀型”转化膜和钝化膜。拉曼和XRD显示，锈转化率达到了72.4%，转锈膜和钝化膜的协同保护使涂层具有长效防腐性能，3.5%NaCl盐水浸泡试验168 h后附着力衰减值仅为3.3%，耐中性盐雾500 h仍具有良好的防腐效果。新型低表面处理转锈缓蚀涂料施工便捷、可有效降低金属构筑物表面处理等级，同时减少涂层打磨带来的环境污染，提高施工效率，降低海洋环境下船舶和海洋平台等的运维成本，对于难以彻底表面处理的海洋环境金属材料的长寿命服役需求有着优异的工程应用前景。

关键词：涂料防腐转锈剂缓蚀剂表面处理

Mn^(2+)掺杂准二维钙钛矿(PEA)_(2)Pb_(y)Mn_(1-y)Br_(4)的制备及其电致发光性能

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无机化学学报 2024年第6期40卷 1114-1122页

作者：贾凡许文宝刘方彬张海华付红兵长春理工大学化学与环境工程学院长春130000 天津大学分子+研究院化学化工协同创新中心(天津)天津300072 首都师范大学化学系光功能材料与器件北京市重点实验室北京100048

制备了具有高荧光量子产率(photoluminescence quantum yield,PLQY)的Mn^(2+)掺杂准二维钙钛矿(PEA)_(2)Pb_(y)Mn_(1-y)Br_(4)(PEA为苯乙胺,y为Pb^(2+)占Mn^(2+)和Pb^(2+)总含量的物质的量分数)薄膜。宽带隙的(PEA)_(2)PbBr_(4)作为给体,掺杂杂质Mn^(2+)作为受体,构筑了双发射的激发态传递系统。通过调控Mn^(2+)掺杂的不同比例对(PEA)_(2)Pb_(y)Mn_(1-y)Br_(4)的发光性能和薄膜形貌的影响,发现当前驱体溶液中Mn^(2+)与Pb^(2+)的物质的量之比为1∶4时,薄膜有着最高的PLQY和最低的表面粗糙度。利用飞秒瞬态吸收(transient absorption,TA)光谱,追踪其动力学过程,发现主客体之间的激发态传递是通过电荷转移来实现的。为了研究材料的电致发光特性,我们将(PEA)_(2)Pb_(y)Mn_(1-y)Br_(4)作为活性层,加工得到了发光二极管(light emitting diodes,LEDs)。在室温下,器件发出明亮的橙色,其最高的发光强度为0.21 cd·m^(-2),外量子效率(external quantum efficiency,EQE)为0.0025%。

关键词：金属卤化物钙钛矿掺杂电荷转移发光材料电致发光

2D蛭石纳米片的制备及其环境吸附功能的研究进展

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无机盐工业 2024年

作者：熊成荣陈彦汤淼张丰泽周天祥欧阳瑞丰董罡施玮曾涛陈云霞苏小丽景德镇市环境陶瓷材料重点实验室景德镇陶瓷大学材料科学与工程学院

蛭石是一种层状硅酸盐矿物，具有独特的层状结构、层间离子可交换性、大比表面积、纳米层间域等物化特性，属于天然的非金属矿产资源，来源广泛、价格低廉，可作为良好的吸附材料应用于水体污染物的去除。由于蛭石片层的堆垛，巨大的内... 详细信息

蛭石是一种层状硅酸盐矿物，具有独特的层状结构、层间离子可交换性、大比表面积、纳米层间域等物化特性，属于天然的非金属矿产资源，来源广泛、价格低廉，可作为良好的吸附材料应用于水体污染物的去除。由于蛭石片层的堆垛，巨大的内比表面难以展现，限制其对污染物的吸附能力，剥离天然蛭石成纳米级厚度的二维纳米片是获得巨大内比表面积和提高其吸附性能的有效途径。综述了近年来二维蛭石纳米片的制备方法，包括热膨胀剥离预处理法、物理剥离法、化学剥离法、物理-化学联合剥离技术，总结对比了各种方法的优缺点，并简述了剥离蛭石对部分水体污染物吸附功能的研究进展，为寻求蛭石的高产率剥离方法及剥离蛭石在环境吸附方面的高附加值应用提供思路。最后对二维蛭石材料的发展趋势进行了展望。

关键词：蛭石二维材料剥离纳米片吸附

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单纳米粒子表面的甲醇电催化氧化过程

Chinese Journal of Catalysis 2024年第2期57卷 59-67页

作者：周湘淇李丽丽王俊刚李展波邵希吉程付鹏张林娟王建强 Akhil Jaing 林涛静超中国科学院上海应用物理研究所中国科学院微观界面物理与探测重点实验室中国上海201800 上海应用技术大学化学与环境工程学院中国上海201418 深圳技术大学新材料与新能源学院中国广东深圳518118 山东大学晶体材料国家重点实验室晶体材料研究院中国山东济南250100 湖南师范大学化学化工学院化学生物学及中药分析教育部重点实验室中国湖南长沙410081 韶关学院智能工程学院物理系中国广东韶关512005 诺丁汉大学药学院再生医学与细胞诊疗生物电子实验室英国诺丁汉中国科学院大学中国北京100049

由于全球资源短缺和环境污染等问题日益加剧,开发利用洁净高效的新能源已成为当今社会研究热点.其中,直接甲醇燃料电池(DMFC)具有低温启动、无需重整制氢、洁净环保和体积小巧等特性,展现出较好的应用前景.DMFC的阳极反应为甲醇氧化反应... 详细信息

由于全球资源短缺和环境污染等问题日益加剧,开发利用洁净高效的新能源已成为当今社会研究热点.其中,直接甲醇燃料电池(DMFC)具有低温启动、无需重整制氢、洁净环保和体积小巧等特性,展现出较好的应用前景.DMFC的阳极反应为甲醇氧化反应,甲醇的完全氧化涉及到复杂的六步电子转移反应过程.揭示甲醇氧化的反应路径与机理,阐明催化剂的真实活性中心以及毒化效应,对于高效催化剂的设计和制备至关重要.随着纳米技术的发展,在单颗粒水平对纳米催化剂进行表征受到了越来越多的关注.因此,亟需发展具有高灵敏度的原位界面表征方法,实现纳米尺度的精准测量,排除催化剂平均效应,获取纳米表界面真实的催化反应信息.本文结合纳米等离子共振散射光谱与电化学技术,获得了单个纳米催化剂的同步光电响应信号,实现单颗粒水平纳米粒子表面化学、电化学反应过程(如电荷转移、分子吸附等)的高灵敏监测,揭示纳米尺度表界面催化反应机制.利用这一技术,动态监测了单个金/铂包金纳米颗粒表面的甲醇氧化过程.结果表明,在金纳米颗粒表面,甲醇氧化主要通过HCOOH路径,生成产物为HCOOH或CO_(2).其中,反应中间体与羟基离子的竞争性吸附起到重要作用,反应决速步为Au-OH和Au-CHO的共吸附.而铂催化甲醇氧化主要经过CO路径,决速步为Pt-OH和Pt-CO氧化生成Pt-COOH过程.此外,观测到金和铂氢氧化物为催化反应的活性物种,进一步证实了金属氧化物对于催化活性的钝化作用.结合密度泛函理论模拟,明确了甲醇氧化反应中间体吸附与金属氢氧化物演变之间的内在联系.综上,本文利用纳米等离子共振散射光谱,原位监测了单个纳米粒子表面的甲醇电催化氧化过程,实现了催化剂真实活性物种演变与失活过程的直接观测,揭示了不同催化剂表面的决速步骤,为提高催化反应效率提供了更加准确的反应信息.本文将有益于纳米等离子共振散射光谱在电催化反应高灵敏监测方面的广泛应用,并为高效甲醇催化剂的制备提供参考.

关键词：单个纳米粒子检测暗场显微镜等离子体共振散射光谱甲醇氧化反应纳米电化学

道路积尘和土壤中有机磷酸酯分布特征、健康风险及源解析研究

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环境科学学报 2024年第1期44卷 352-365页

作者：周亦辰李雪陶可李会茹华佩戴玉女傅忠张晋桂东伟暨南大学质谱仪器与大气环境研究所广州510632 广东省大气污染在线源解析系统工程技术研究中心广州510632 广东省环境污染与健康重点实验室广州511443 华南师范大学环境学院广东省化学品污染与环境安全重点实验室环境理论化学教育部重点实验室广州510006 教育部热带和亚热带水生生态工程工程研究中心暨南大学生态系广州510632 上海大学环境与化学工程学院上海200444 河海大学长江保护与发展研究院水灾害防御全国重点实验室南京210098 中国科学院新疆生态与地理研究所荒漠与绿洲生态国家重点实验室干旱区生态安全与可持续发展重点实验室乌鲁木齐830011

有机磷酸酯(OPEs)是一种典型的增塑剂和阻燃剂,由于其广泛存在和对人类健康和生态系统的潜在影响而受到人们的关注.土壤和灰尘是表征城市环境污染的重要环境介质,OPEs可在土壤中累积产生更大的危害性,灰尘的比表面积大是OPEs的良好载体... 详细信息

有机磷酸酯(OPEs)是一种典型的增塑剂和阻燃剂,由于其广泛存在和对人类健康和生态系统的潜在影响而受到人们的关注.土壤和灰尘是表征城市环境污染的重要环境介质,OPEs可在土壤中累积产生更大的危害性,灰尘的比表面积大是OPEs的良好载体,同时人类可摄入灰尘产生健康风险.因此,为探究经济发达城市土壤和灰尘中OPEs的污染情况,以广州市为研究对象,2021年5月采集了工业区、商业区、住宅区和城市公园的土壤和灰尘样本各60份,测定了OPEs浓度水平,并初步分析两种基质中OPEs的空间分布特征、影响因素、可能来源和健康风险情况.结果表明土壤和灰尘中总OPEs的含量范围分别为48~539 ng·g^(-1)和101~3680 ng·g^(-1);两种基质中TCIPP含量最高,平均值分别为23.3 ng·g^(-1)和155 ng·g^(-1).工业区OPEs浓度高于商业区、住宅区和城市公园,繁忙的交通和各种当地制造商可能是造成工业区表层土壤和灰尘中OPEs含量相对较高的原因.土壤和灰尘中OPEs的组成特征类似,但灰尘中烷基OPEs的TEHP和TBEP浓度占比远大于土壤.相关性分析表明,∑OPEs浓度与人口密度之间有显著的正相关.自组织映射(SOM)聚类分析表明土壤中HP15(商业区)和LW7(南围工业区)的浓度最高,灰尘中TH10(鑫盛工业区)、TH14(高塘工业区)和YX8(步行街商业区)的浓度最高,污染物来源可能为材料包装、汽车内饰、建材或电子设备等.4种功能区内,工业区的健康风险最高,商业区的癌症风险最高.健康风险和癌症风险评估表明儿童、成人和户外工作者中,户外工作者的风险最高.但是所有计算得到的OPEs风险值均低于风险阈值几个数量级,这表明短期内暂不存在健康风险,产期健康风险仍值得关注.

关键词：有机磷酸酯(OPEs) 土壤灰尘空间分布健康风险评估

Si和Y掺杂对(Ti,Al)N涂层结构和性能的影响

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金属学报 2012年第1期48卷 99-106页

作者：范永中张淑娟涂金伟孙霞刘芳李明升江西科技师范学院江西省材料表面工程重点实验室南昌330013

分别在未施加偏压和施加-100 V偏压条件下,利用磁控溅射技术在压气机叶片用1Cr11Ni2W2MoV热强不锈钢基体上沉积了Ti_(0.3)Al_(0.7)N和Ti_(0.39)Al_(0.55)Si_(0.05)Y_(0.01)N硬质涂层.实验结果表明,施加偏压及Si和Y掺杂明显改变了涂层的... 详细信息

分别在未施加偏压和施加-100 V偏压条件下,利用磁控溅射技术在压气机叶片用1Cr11Ni2W2MoV热强不锈钢基体上沉积了Ti_(0.3)Al_(0.7)N和Ti_(0.39)Al_(0.55)Si_(0.05)Y_(0.01)N硬质涂层.实验结果表明,施加偏压及Si和Y掺杂明显改变了涂层的相结构,提高了涂层致密度,施加-100 V偏压且添加Si和Y的涂层为非晶结构,表面更加均匀致密.950℃氧化实验表明:Ti_(0.39)Al_(0.55)Si_(0.05)Y_(0.01)N涂层表面形成极薄且致密的Al_2O_3保护性氧化膜,大大降低了氧化速率.施加-100 V偏压的(Ti,Al)N和(Ti,Al,Si,Y)N沉积态涂层与未施加偏压的相应涂层相比,硬度均降低,尤其是(Ti,Al,Si,Y)N涂层变化显著.经950℃热处理,施加偏压的(Ti,Al,Si,Y)N涂层硬度略有降低,这是由于形成了硬度较低的B4相,而未施加偏压的(Ti,Al,Si,Y)N涂层硬度显著提高,这归因于B1相固溶体的分解.划痕测试结果表明,在实验载荷(50N)下,所有涂层均未出现连续性的剥落.

关键词：磁控溅射 (Ti,Al)N Si和Y掺杂抗氧化性能硬度结合力