Correlation between conformation change of polyelectrolyte brushes and lubrication

We directly monitor the absolute separation profiles that function as film thickness between a single glass disk and the charged polyelectrolyte brushes decorated steel slider in water using a home-made slider-on-disk apparatus, which reflects the structural conformation variations and interactions of polymer brushes under externally applied pressure, in addition to probing the relative variation of friction forces under different applied loads and sliding velocities. We find that the polyelectrolyte brushes modified surfaces can sustain high pressure and have extremely low friction coefficients(around 0.006 at pressures of 0.13 MPa; 0.5-0.6 without brushes). The water-lubrication characteristics are correlated to the structural conformation changes of the polyelectrolyte brushes that are mainly governed by electrostatic interactions and the osmotic pressure of counterions inside the polymer chains, which can be used to support and distribute the normal pressure. The apparent thickness of the brush decreases with the increase of loading forces, an increase in the ionic strength causes the polymer chains collapse, and the friction forces increase. This fundamental research is of great importance to understand the mechanical and structural properties of polyelectrolyte brushes and their influences on the tribological behaviors, and helps to design friction/lubrication-controlled surface/interface by taking advantage of polyelectrolyte brushes.     

亚表面引发原子转移自由基聚合构筑温度响应型纳米纤维油水分离膜

亚表面引发聚合是一种用于制备共价嵌入型聚合物刷的新型改性策略. 该方法在发展高稳定性聚合物刷功能化表界面材料方面具有显著的优势. 本工作利用亚表面引发原子转移自由基聚合(sSI-ATRP)对静电纺丝聚丙烯腈(PAN)基纳米纤维膜进行亚表面改性, 通过接枝聚N-异丙基丙烯酰胺(PNIPAM)制备了温度响应型纳米纤维油水分离膜(PAN-sg-PNIPAM). 当温度低于低临界溶解温度(LCST)时, PNIPAM链与水分子之间的强氢键作用使得聚合物链完全伸展, 分离膜表面亲水且对油滴具有非常低的粘附力, 对油水乳液具有非常高的分离效率(达98.7%); 当温度高于LCST时, PNIPAM链失水收缩, 膜表面变得更加疏水且对油滴的粘附力显著增加, 其油水乳液分离效率显著降低, 仅为9.1%. 此外, 由于共价嵌入聚合物刷的高稳定性, 该分离膜在4 kPa压力下, 20 ℃和45 ℃之间可逆切换10个循环后, 仍能保持非常稳定的渗透通量. 本研究为发展高稳定性的智能型油水分离膜提供了一种新方法.     

离子液体添加剂对硬脂酸钾固体润滑薄膜摩擦磨损性能的影响

采用浸渍-提拉方法在单晶硅片上制备硬脂酸钾以及添加离子液体的硬脂酸钾复合薄膜,采用DF-PM型静-动摩擦磨损试验机考察薄膜在低速滑动条件下的摩擦磨损性能,采用扫描电子显微镜和X射线能量散射谱仪观察分析薄膜及其偶件表面的磨损形貌及典型元素面分布.结果表明:在相对低速滑动条件下,在羟基化硅基底上制备的复合薄膜的摩擦磨损性能优于硬脂酸钾薄膜;在载荷为1.0 N条件下,含离子液体质量分数40.0%的复合薄膜的耐磨寿命超过5 000次,而硬脂酸钾薄膜仅为100次左右;随着复合薄膜中离子液体含量增加,复合薄膜更容易在偶件钢球表面形成有效转移薄膜,使复合薄膜摩擦磨损性能得以提高.     

代数观点下的"GX"教科书编写研究——以方程为例

方程是义务教育阶段数学教学的基本内容之一.对于初中阶段方程的内容要求是"能够根据具体的数量关系,列出方程,体会方程是刻画现实世界的一个有效的数学模型".[1]固然,通过用字母表示未知数,方程表现为数量之间(已知或未知)的关系,本身就是一个数学模型,学生通过方程的学习体会数学建模的基本思想,是初中方程教学的一个重要目标,同时,我们还应该看到,方程也是一个问题解决的过程,即是"由已知的数量计算未知的数量,由已知的前提推证未知的结论.这种计算或推理的问题,是科学的基本任务,也是方程的基本内容".[2]因而,在初中方程的教学中将代数推理适当地加以应用是培养学生代数思维能力的一个有益的尝试.     

磁场与流场耦合问题中Newton-Laphson方法的收敛性分析(英文)

针对磁场与流场耦合问题的数值分析,提出并证明求解离散化过程所得到的非线性方程组牛顿-拉夫逊方法的-类局部收敛性条件.这-条件不仅给出了时间步长与空间步长、拟压缩因子等之间的关系,而且为数值求解磁场与流场耦合问题的牛顿-拉夫逊方法收敛性提供了理论依据.数值算例表明时间步长的实际取值要比理论值偏大.     

硬脂酸钾固体润滑薄膜的制备及其摩擦磨损性能研究

采用浸渍-提拉法制备出硬脂酸钾薄膜,用DF-PM型静-动摩擦磨损试验机和UMT-2MT型摩擦磨损试验机考察了在低速滑动和高速滑动条件下硬脂酸钾薄膜的摩擦磨损性能,采用扫描电子显微镜和X射线能量色散谱仪观察分析了薄膜及偶件磨损表面的形貌及其典型元素的面分布情况.结果表明,以GCr15钢球为偶件在高速滑动和以氮化硅球作为偶件在高、低速滑动条件下,薄膜具有较好的摩擦磨损性能.由于钢球和氮化硅陶瓷球表面粗糙度及其化学状态存在差异,硬脂酸钾更容易在氮化硅球表面形成转移膜,从而具有更低的摩擦系数和更长的耐磨寿命.     

常压微等离子体阳极与离子溶液界面的电荷转移反应

常压微等离子体电极是一种有望取代常用贵金属电极用于电化学反应的气体电极. 然而目前关于微等离子体阳极与离子溶液界面反应的研究及其用于金属电沉积的报道还较少. 本文使用常压微等离子体作为阳极, 通过紫外-可见吸收光谱监测阳极电解液中亚铁氰化钾被氧化生成的铁氰化钾的含量, 发现铁氰化钾的含量随放电时间的延长而增加, 并且其增加的速率与放电电流成比例. 在放电结束后, 随着放置时间的延长铁氰化钾的含量继续升高, 其升高的速率与放电时间的长短有关. 放电结束后铁氰化钾含量的增加速率远小于放电时的增加速率. 实验结果表明微等离子体电极可以作为气体阳极在等离子体和液体界面进行电荷传输, 并引发电化学反应, 同时在放电的过程中产生了氧化活性物质. 在饱和硫酸铜溶液中, 使用微等离子体阳极可以在不锈钢阴极上进行铜的电沉积, 电流效率达到90%.     

橡胶减摩抗磨改性研究进展

橡胶因具有优异的理化性质及独特的力学性能而广泛应用于国防、航空航天、医用、交通、建筑及机械电子等领域,起到减震、缓冲和密封等作用.摩擦学性能是橡胶材料的重要指标之一,然而橡胶自身具有较高的摩擦系数,在一些应用领域,如活塞杆、阀轴(杆)密封、轮胎和水润滑轴承等,因黏连、摩擦生热、机械磨损及磨粒磨损等原因导致性能下降甚至失效.本文中首先综述了橡胶摩擦及磨损理论,随后从橡胶基体改性、橡胶表面处理以及表面织构化3个方面介绍了橡胶减摩抗磨改性方法的研究进展,并对其发展前景进行了展望.     

热化学循环分解水制氢研究进展

热化学循环分解水制氢是利用核能或太阳能进行大规模、无污染制氢的有前景的方法 ,已经提出了多种流程.本文对热化学制氢流程及其评价标准进行了综述,重点介绍了碘硫循环、UT-3循环和Westinghouse循环等先进流程的研究进展.     

解约束序列极大极小问题的凝聚同伦方法

Consider the constrained sequential max-min problem (CSMMP):