MB8镁合金的交流微弧氧化处理

在由氟化钾和氢氧化钾构成的碱性处理液中,采用交流微弧氧化处理技术对MB8镁合金进行了电化学表面处理研究,建立了膜层厚度与处理参数之间的关系模型,确定了膜层的组织构成,讨论了膜层生长机理,优化了MB8镁合金交流微弧氧化快速形成致密膜层技术参数。结果表明:人工神经网络技术可很好地建立膜层厚度与处理参数之间的关系模型;膜层主要由氟化镁和氧化镁构成,致密膜层的最大平均厚度范围为35～36μm,采用遗传算法优化并得到实验验证的可形成35μm厚致密膜层的交流微弧氧化快速成膜技术参数为:氟化钾浓度为1 182 g·L-1、氢氧化钾浓度为393 g·L-1、调压器输出电压为61 V、处理液温度为34℃、处理时间为116 s,该快速成膜速度较其它处理技术的成膜速度至少提高了7倍。     

阳极氧化法制备二氧化钛纳米管及其荧光性质

室温下采用电化学阳极氧化法在NaF、Na₂SO₄和H₂SO₄的混合溶液中用化学处理后的纯Ti片表面组装了一层结构高度有序的高密度TiO₂纳米管阵列。考察了几种主要的实验参数(阳极氧化电压、温度、电解液浓度)对TiO₂纳米管阵列形貌和尺寸的影响，探讨了二次阳极氧化对纳米管形貌的改善。对TiO₂纳米管阵列进行扫描电子显微镜(SEM)和荧光(PL)分析，探讨其生长机理。结果表明，孔径随阳极氧化电压的升高而变大，温度、电解液浓度影响反应过程中电流密度的大小；二次阳极氧化得到的纳米管的有序性有所改善，孔径大小更为均一，并且发现TiO₂纳米管的荧光具有量子效应。     

利用多孔阳极氧化铝研究载体孔洞尺寸对负载银粒子团聚的影响

 利用阳极氧化方法制备了具有规整的可控孔洞尺寸的多孔Al2O3 膜,并以此模拟实际的催化剂载体制备了负载银催化剂. 采用扫描电镜、能量分散谱、透射电镜、X射线衍射和X射线光电子能谱等手段,研究了多孔阳极氧化铝的孔洞大小对负载的银粒子团聚的影响. 结果表明,载体孔洞尺寸对银粒子团聚可能起到限制作用,而且这种限制作用随载体孔洞尺寸增大而减小. 当载体的孔洞尺寸约为50 nm时,随温度升高银粒子的团聚和生长都不明显; 当载体的孔洞尺寸约为200 nm时,随温度升高银粒子发生一定程度的团聚和生长,但孔洞尺寸的限制作用仍存在. 这种载体尺寸的限制作用可以有效地阻止催化剂活性组分的团聚.     

污水处理时微弧放电催化过程中多能场的协同效应

 以Ti为阳极研究了微弧放电对污水的处理效果,发现放电条件下对甲基橙的脱色效果显著. 在H3PO4电解液(0.3 mol/L)中,峰值电压为550 V、 脉冲频率为300 Hz、 占空比为1/180、 阳极电极面积为25 mm×50 mm条件下, 60 min内甲基橙溶液(600 ml, 20 mg/L)的脱色率可达94%. XRD结果显示,放电中Ti阳极上形成的陶瓷层为锐钛矿型TiO2. 光谱结果表明,电极表面微弧的波长为300～350 nm. 这说明该放电体系中存在光催化、电催化和类似超声的冲击波催化的反应条件. 以Ti阳极陶瓷层为催化剂进行的对照实验表明,单独进行光催化、电催化和声催化反应对甲基橙溶液的脱色效果不明显. 通过机理分析认为, Ti阳极上的微弧放电是以等离子体催化为主要作用方式,并在放电环境中形成多能场的协同作用,实现对有机物降解.     

不同氧化程度氧化石墨烯的制备及湿敏性能研究

基于氧化石墨烯具有多种含氧官能团和极大的比表面积,研究了不同氧化程度氧化石墨烯的湿敏性能。采用改进的Hummers法制备不同氧化程度的氧化石墨,经过超声分散制备氧化石墨烯水相分散液后,制成氧化石墨烯薄膜湿敏元件。采用X射线衍射、原子力显微镜、红外光谱、拉曼光谱和X射线光电子能谱对实验样品的结构和谱学特性进行表征。结果表明:石墨经氧化后,底面间距增大为0.9 nm左右;随氧化剂用量的增加,氧化石墨中石墨的衍射峰逐渐消失,石墨相微晶尺寸逐渐减小,O/C原子比逐渐增大,氧化程度逐渐升高;氧化石墨烯在水相分散液中可达单层分散,单层氧化石墨烯厚度约为1.3 nm;氧化石墨烯表面接有-OH、C-O-C、C=O和COOH官能团,且官能团含量随氧化程度的升高而增大;氧化石墨烯薄膜元件在室温下对湿度的响应时间约3 s,灵敏度达99%;在11.3%-93.6%相对湿度范围内,元件的电阻随湿度升高显著减小,较高氧化程度的氧化石墨烯薄膜的电阻对数与相对湿度呈线性变化;氧化程度越高,元件灵敏度越高,响应时间越短。     

密胺餐具中三聚氰胺的迁移规律

密胺餐具样品用乙酸溶液浸泡后,采用高效液相色谱法测定其中三聚氰胺的迁移量。考察了浸泡液的种类、浸泡温度、浸泡时间、样品尺寸、浸泡次数等参数对三聚氰胺迁移量的影响。试验结果表明:三聚氰胺的迁移量随溶液酸性、浸泡温度、浸泡时间的增加及样品尺寸的减小而增大;随浸泡次数的增多,每次浸出量递减。     

还原温度对氧化石墨官能团、结构及湿敏性能的影响

基于氧化石墨具有多种官能团,研究了还原温度对氧化石墨结构及湿敏性能的影响。在不同温度下,对改进Hummers法制备的高氧化程度氧化石墨薄膜进行了还原,制备了不同温度条件下还原的氧化石墨薄膜湿敏元件。采用FTIR、XRD和Raman对实验样品的官能团及结构变化属性进行表征分析。结果表明：石墨被氧化后,碳原子结构层上接入-OH、环氧基、C=O和COOH官能团,底面间距增大至0.9084nm;利用热还原法制备石墨烯的过程中,随着还原温度的升高,氧化石墨官能团逐渐热解,石墨化区域逐渐恢复但其相对尺寸减小,缺陷增多,氧化石墨的底面间距沿c轴方向由0.9084nm逐渐减小到0.4501nm;且不同温度还原的氧化石墨薄膜的电阻从10.32MΩ减小至41.1Ω。在11.3%~93.6%相对湿度范围内,不同温度还原的氧化石墨薄膜湿敏元件的电阻随湿度升高而显著减小;氧化石墨还原程度越高,响应时间越长,脱附时间越短;150℃还原的氧化石墨薄膜湿敏元件具有最佳的湿敏性能。     

还原温度对氧化石墨官能团、结构及湿敏性能的影响

基于氧化石墨具有多种官能团,研究了还原温度对氧化石墨结构及湿敏性能的影响。在不同温度下,对改进Hummers法制备的高氧化程度氧化石墨薄膜进行了还原,制备了不同温度条件下还原的氧化石墨薄膜湿敏元件。采用FTIR、XRD和Raman对实验样品的官能团及结构变化属性进行表征分析。结果表明:石墨被氧化后,碳原子结构层上接入-OH、环氧基、C=O和COOH官能团,底面间距增大至0.908 4 nm;利用热还原法制备石墨烯的过程中,随着还原温度的升高,氧化石墨官能团逐渐热解,石墨化区域逐渐恢复但其相对尺寸减小,缺陷增多,氧化石墨的底面间距沿c轴方向由0.908 4 nm逐渐减小到0.450 1nm;且不同温度还原的氧化石墨薄膜的电阻从10.32 MΩ减小至41.1Ω。在11.3%~93.6%相对湿度范围内,不同温度还原的氧化石墨薄膜湿敏元件的电阻随湿度升高而显著减小;氧化石墨还原程度越高,响应时间越长,脱附时间越短;150℃还原的氧化石墨薄膜湿敏元件具有最佳的湿敏性能。     

(NaPO3)6对AZ91D镁合金微弧氧化陶瓷层电化学腐蚀特性的影响

在Na2SiO3-KOH电解液体系中添加一定量的(NaPO3)6, 利用微弧氧化(MAO)技术在AZ91D 镁合金表面制备了原位生长的陶瓷层. 采用动电位极化和电化学阻抗谱(EIS)技术研究了添加(NaPO3)6前后, 制备的陶瓷层在3.5%(w) NaCl溶液中的室温电化学行为. 结果表明, 添加(NaPO3)6后, 陶瓷层的自腐蚀电位显著上升, 自腐蚀电流密度明显减小. 这主要是由于(NaPO3)6增加了反应过程中基体镁合金表面的“氧空位”和溶液中PO3-4的含量, 促使元素Mg在金属/膜层(M/F)界面上快速形成相应氧化物, 从而增加了陶瓷层的厚度和致密性. 根据电化学反应体系和陶瓷层的特殊结构, 建立了合理的等效电路, 并结合EIS 数据, 分析了添加(NaPO3)6提高陶瓷层耐电化学腐蚀性能的机理.     

水热反应温度对三维还原氧化石墨烯的形貌、结构和超级电容性能的影响

以氧化石墨凝胶制备的氧化石墨烯溶胶为前驱体,在120-220°C条件下,采用水热法制备了系列不同还原程度的三维还原氧化石墨烯,采用扫描电镜(SEM),X射线衍射(XRD),傅里叶变换红外(FTIR)光谱,X射线光电子能谱(XPS)和电化学测试等手段研究了水热反应温度对材料形貌、结构和超级电容性能的影响.结果表明:采用水热法制备的三维还原氧化石墨烯呈多孔网状结构,材料的体积和内部网状孔径随着水热反应温度的升高而减小;同时,氧化石墨烯的还原程度随反应温度的升高而增加,有序度提高,其结构逐渐向着类石墨结构转化;而材料的比电容和能量密度则随反应温度的升高呈现出先增大后减小的趋势,且均以双电层电容为主;相比之下,当水热反应温度为180°C时,制备的三维还原氧化石墨烯具有最佳的超级电容性能,在电解液为6mol·L-1的KOH溶液中,0.5A·g-1电流密度下其比电容达到315 F·g-1,10 A·g-1时仍能保持212 F·g-1的高比容量,能量密度为40.5Wh·kg-1,5000次循环后比电容保持率为86%,表现出了良好的电化学性能.     

覆有微弧氧化涂层的AZ91D镁合金在氯化钠溶液中的极化行为

由于结构和成分的影响,覆有微弧氧化涂层的AZ91D镁合金的极化曲线有多种不同的表现形式.事实上,覆有微弧氧化涂层的AZ91D镁合金在NaCl溶液中的极化曲线行为不仅与涂层的主要组成和微观结构有关,也与极化曲线测试条件,如氯离子浓度、溶液pH值、阴极极化程度和样品的暴露面积有关,由于微弧氧化涂层的不稳定性,这些因素通过改变氧化涂层的组成和微观结构,继而影响极化曲线的形状.本文用傅里叶变换显微红外成像和对应的光学照片研究了氧化涂层的成分和结构的变化.结合物理表征,我们提出一个模型,用以阐明微弧氧化涂层组成和结构在NaCl溶液中的变化.对于浸泡在NaCl溶液中的AZ91D微弧氧化涂层,阳极溶解和阴极还原反应的速控步骤分别是传质过程和电荷转移过程.所以从极化曲线上拟合出来的腐蚀电流密度不能准确反映腐蚀速率,而且误差也难以避免.     

Cathodic Plasma Electrolysis Processing for Metal Coating Deposition

Cathodic plasma electrolysis (CPE) is used to deposit Zn coating on the surface of steel wire. The relationships between power parameters and coating characteristics were investigated in this study to determine the best way to control the coating process according to the CPE procedure and pulsed DC power cycle. We found that voltage should be greater than the critical voltage for the formation of plasma. Deposition coating is difficult to establish under DC supply, however, continuous coating is rather easily prepared under pulsed DC power of 120 V, 4000 Hz, and 80 % duty cycle. We adopted pulsed DC power to successfully facilitate Zn cations approaching the cathode surface as well as to prevent wire melting under high voltage by reducing the duty cycle. Decreases in voltage, frequency, or duty cycle did not contribute to plasma stability, but did increase the deposition rate and porosity. Our experimental plasma formation process showed that the role of plasma formation is to clean the cathode surface by melting and shocking, which produces deposition at the interval between two neighboring pulses.     

Ion concentration polarization near microchannel-nanochannel interfaces: effect of pH value

This study investigates the effect of the pH value on the ion concentration polarization phenomenon and the nonlinear current-voltage characteristics of a hybrid soda-lime glass micro/nanochannel for a constant KCl salt concentration of about 1 mM. The experimental results show that the electrical conductance of the nanochannel in the Ohmic regime and the critical threshold voltage of the limiting current are both dependent on the pH value of the salt solution when the electrical double layer thickness is considerable in the nanochannel. Specifically, the nanochannel conductance increases and the critical threshold voltage for the limiting current decreases as the pH value is increased. It also suggests that a higher pH value induces a higher surface charge density on the nanochannel walls, and therefore increases both the ionic conductance and the counter-ion flux within the nanochannel.     

三种微弧氧化镁合金高温油润滑条件下的摩擦学性能

选择三种常用的基础电锯液：硅酸盐、磷酸盐、铝酸盐制备了镁合金微弧氧化（MAO）膜,研究了这三种氧化膜在高温油润滑条件下的摩擦学性能．利用SRV摩擦实验机,使样品在20N的外加载荷,振幅3mm,频率5Hz的条件下,与直径10mm的CCr15钢球分别在室温、80℃、100℃和120℃四个温度,油润滑条件下对磨,结果表明硅酸盐膜层具有最好的摩擦性能,另外两种膜层不仅没有起到抗磨损的作用,反而使磨损加剧．     

钛表面生物活性榍石/氧化钛复合涂层的结构和磷灰石形成机理

采用微弧氧化和热处理复合技术,在钛表面制备了具有双层结构的榍石/氧化钛复合涂层。榍石/氧化钛复合涂层的外层是由微弧氧化涂层经热处理后晶化生成;而内层是由钛基底的氧化生成,并且氧化钛表现出不同的Ti,O原子比。由于钛基底的氧化,孔径在50~500nm的微孔呈层状结构分布在涂层内层。与微弧氧化涂层相比,该复合涂层具有很好的磷灰石诱导能力,这是由于榍石沿着特定晶面和晶向与羟基磷灰石表现出良好的晶体学匹配关系,从而为磷灰石的成核和取向沉积过程提供良好的位点。     

钛表面生物活性榍石/氧化钛复合涂层的结构和磷灰石形成机理(英文)

采用微弧氧化和热处理复合技术,在钛表面制备了具有双层结构的榍石/氧化钛复合涂层。榍石/氧化钛复合涂层的外层是由微弧氧化涂层经热处理后晶化生成;而内层是由钛基底的氧化生成,并且氧化钛表现出不同的Ti,O原子比。由于钛基底的氧化,孔径在50~500 nm的微孔呈层状结构分布在涂层内层。与微弧氧化涂层相比,该复合涂层具有很好的磷灰石诱导能力,这是由于榍石沿着特定晶面和晶向与羟基磷灰石表现出良好的晶体学匹配关系,从而为磷灰石的成核和取向沉积过程提供良好的位点。     

The voltage–current curve of a polymer electrolyte fuel cell: “exact” and fitting equations

An analytical solution to the problem of the performance of the cathode electrocatalyst layer in the polymer electrolyte fuel cell is obtained. This solution describes the effect of limiting current density due to imperfect oxygen transport in backing layer. Simple formulas for electrocatalyst layer polarization voltage are derived in the limiting cases of small and large currents. Based on exact formulas, the fitting equation for the polarization voltage is obtained. All fitting parameters are expressed in terms of transport and kinetic parameters. Comparison of theoretical and experimental voltage–current curves of a fuel cell shows reasonable agreement. The fitting equation furnishes an opportunity to characterize fuel cells using experimental voltage–current curves.     

Study on the discrete dielectrophoresis for particle–cell separation

This paper presents the application of the discrete dielectrophoretic force to separate polystyrene particles from red blood cells. The separation process employs a simple microfluidic device that is composed of interdigitated electrodes and a microchannel. The discrete dielectrophoretic force is generated by adjusting the duty cycle of the applied voltage. The electrodes make a tilt angle with the microchannel to change the moving direction of the red blood cells. By adjusting the voltage magnitude and duty cycle, we investigate the deflection of red blood cells and the variation of cell velocity along electrode edge under positive dielectrophoresis. The experiments with polystyrene particles show that the enrichment of the particles is greater than 150 times. The maximum separation efficiency is 97% for particle-to-cell number ratio equal to 1:2000 in the sample having high cell concentration. Using the appropriate applied voltage magnitude and duty cycle, the discrete dielectrophoretic force can prevent the clogging of microchannel while successfully separating the particles from the cells with high enrichment and efficiency. The proposed principle can be readily applied to dielectrophoresis-based devices for biomedical sample preparation or diagnosis such as the separation of rare or infected cells from a blood sample.     

用AFM研究阳极氧化铝的不稳定生长

用原子力显微镜(AFM)研究了多孔阳极氧化铝(AAO)模板的不稳定生长. 结果表明:AAO模板的不稳定生长导致了纳米孔道结构有序度的降低.在H₃PO₄溶液中生长的AAO模板孔道结构稳定性较差;而在H₂C₂O₄溶液中生长的AAO模板稳定性依赖于氧化电压和电流密度,在低电压和电流密度下稳定性较好,高电压和电流密度下稳定性较差. 充分利用这种不稳定生长特性,通过控制AAO模板的阳极氧化条件,可得到具有分枝孔道结构的特殊模板,这为利用模板法制备各种Y形或T形纳米线、管提供了新的发展空间.     

高稳定性水系锌离子电池正极材料MnO2@MgO的制备与性能

采用共沉淀法和热分解法合成了具有核壳结构的MnO2@MgO微球。通过X射线衍射(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)、透射电子显微镜(TEM)等手段对材料进行表征,结果发现包覆MgO不改变MnO2的结构,包覆层由纳米颗粒组成,厚度约为50 nm。电化学性能结果显示,包覆后材料的放电比容量明显提高,在100 mA·g^-1电流密度下,最大放电比容量为274.3 mAh·g^-1,比未包覆材料提高了12.8%。在1000 mA·g^-1电流密度下经过500次循环后,包覆后材料的放电比容量保持率高达84.1%,表现出优异的循环稳定性。MgO包覆层的存在避免了MnO2与电解液之间直接接触,抑制了电极材料在充放电过程中锰的溶解,从而显著提高MnO2的循环性能。