脉冲直流等离子体增强化学气相沉积Ti—Si—N纳米薄膜的摩擦磨损特性

采用工业型脉冲等离子体增强化学气相沉积设备，通过调节氯化物混合比例控制薄膜成分，在高速钢基材表面于550℃下沉积由纳米晶TiN和纳米非晶Si3N4组成的Ti—Si—N复合薄膜；采用扫描电子显微镜、透射电子显微镜、X射线衍射仪及X射线光电子能谱仪分析了薄膜的结构、组成和化学状态；采用球-盘高温摩擦磨损试验机考察了薄膜同GCrl5钢对摩时的摩擦磨损性能．结果表明：薄膜的Si含量在0％～35％范围内变化，随着Si含量增大，薄膜沉积速率增大，但薄膜由致密形态向大颗粒疏松态过渡；薄膜的晶粒尺寸为7～50nm；Ti—Si—N薄膜的显微硬度高于TiN的硬度，最高可达60GPa；引入少量Si可以显著改善TiN薄膜的抗磨性能，但薄膜的摩擦系数较高(室温下约0．8、400℃下约0．7)；随着Si含量的增加，Ti—Si—N薄膜的耐磨性能有所降低，其原因在于引入导电性较差的Si元素使得薄膜的组织变得疏松．     

油酸修饰TiO2纳米微粒水溶液润滑下GCr15钢摩擦磨损性能研究

用四球摩擦磨损试验机考察了脂肪酸修饰TiO2纳米微粒水溶液润滑下GCr15钢的摩擦磨损性能,并用电子探针和X射线光电子能谱研究了钢球磨损表面边界润滑膜的化学组成和元素分布.摩擦磨损试验结果表明:脂肪酸修饰TiO2纳米微粒在水中具有较好的润滑性能、良好的极压性能及较高的承载能力.添加质量分数为0.1%～1.0%的油酸TiO2纳米微粒可使水的承载能力提高6～12倍,烧结负荷提高51～100%,抗磨减摩性能也有较大提高,卡咬负荷由150N提高至1000～1800N.磨损表面分析表明:油酸TiO2纳米微粒在较高负荷(>300N)下发生了摩擦化学反应,生成含TiO2及油酸复合物的边界润滑膜,从而起减摩抗磨作用     

铋纳米微粒添加剂的摩擦学性能研究

采用液相分散法制备了平均粒径为60 nm的油溶性铋纳米微粒,用四球摩擦磨损试验机考察了所制备的铋纳米微粒作为润滑油添加剂的减摩抗磨性能.结果表明,当添加量处于0.04%～1.00%范围内时,铋纳米微粒表现出良好的减摩抗磨性能,并能显著提高基础油的失效负荷.     

鼓膜法测定纳米多孔氧化铝薄膜的弹性模量

本文的多孔氧化铝薄膜含有直径均一、互相平行且与表面垂直的有序纳米孔阵列。它有广阔的应用前景。多孔氧化铝膜与氧化铝陶瓷材料的宏观力学性能有很大的区别。本文用鼓膜法结合实时电子散斑干涉(ESPI)技术，测量薄膜压力与离面位移的关系，再用周边固支平板小挠度模型计算出多孔氧化铝薄膜的宏观弹性模量。本实验中厚76微米的多孔氧化铝薄膜的宏观弹性模量为32.5GPa，比热压氧化铝陶瓷的弹性模量几乎小一个数量级，主要是由于晶相和细观结构不同造成的。这种方法较适合测量此类结构薄膜的力学性能。     

SURFACE STRESS EFFECT IN MECHANICS OF NANOSTRUCTURED MATERIALS

This review article summarizes the advances in the surface stress effect in mechanics of nanostructured elements,including nanoparticles,nanowires,nanobeams,and nanofilms,and heterogeneous materials containing nanoscale inhomogeneities.It begins with the fundamental formulations of surface mechanics of solids,including the definition of surface stress as a surface excess quantity,the surface constitutive relations,and the surface equilibrium equations.Then,it depicts some theoretical and experimental studies of the mechanical properties of nanostructured elements,as well as the static and dynamic behaviour of cantilever sensors caused by the surface stress which is influenced by adsorption.Afterwards,the article gives a summary of the analytical elasto-static and dynamic solutions of a single as well as multiple inhomogeneities embedded in a matrix with the interface stress prevailing.The effect of surface elasticity on the diffraction of elastic waves is elucidated.Due to the difficulties in the analytical solution of inhomogeneities of complex shapes and configurations,finite element approaches have been developed for heterogeneous materials with the surface stress.Surface stress and surface energy are inherently related to crack propagation and the stress field in the vicinity of crack tips.The solutions of crack problems taking into account surface stress effects are also included.Predicting the effective elastic and plastic responses of heterogeneous materials while taking into account surface and interface stresses has received much attention.The advances in this topic are inevitably delineated.Mechanics of rough surfaces appears to deserve special attention due to its theoretical and practical implications.Some most recent work is reviewed.Finally,some challenges are pointed out.They include the characterization of surfaces and interfaces of real nanomaterials,experimental measurements and verification of mechanical parameters of complex surfaces,and the effects of the physical and chemical processes on the surface properties,etc.     

纳米金刚石稳定水分散体系在复合电镀铬中的应用

研究纳米金刚石水基稳定分散体系的组成及分散操作工艺.以低泡沫磺酸基阴离子表面活性剂作分散活化剂,比较了各种机械搅拌方式对体系稳定性的影响,并以复合镀铬作应用试验.测定了纳米金刚石复合镀铬的镀层沉积速率,镀层硬度,耐磨性等参数,由SEM观察镀层晶态结构图像.列举了试验结果、测试数据及复合镀铬的工艺条件,并对实验结果及机理进行了分析探讨.     

表面增强拉曼光谱原位捕获Pt-NiO界面水煤气变换反应中的碳酸盐中间物种（英文）

水煤气变换反应(WGSR)是制备高纯氢的重要反应之一,一直是人们的研究热点.以Pt为代表的贵金属催化剂,在低温条件下表现出优异的WGSR活性.其中, Pt可还原性氧化物界面往往被认为是水煤气变换反应最高效的活性位点.然而,由于缺乏直接的光谱证据,该界面处的水煤气变换反应分子机理仍然存在争议.本文通过制备具有三元核壳结构的Au@Pt@NiO纳米结构,在具有高表面增强拉曼效应的Au纳米颗粒表面构建了丰富的Pt-NiO界面,成功实现了Pt-NiO界面处WGSR过程及其关键中间物种的原位表面增强拉曼光谱(SERS)研究.通过控制镍前驱体的量,结合透射电镜和元素面扫描表征,制备了一系列具有不同NiO壳层厚度的Au@Pt@NiO纳米结构.以CO作为探针分子,利用原位SERS表征,当镍前驱体添加量为0.05 mL时,可以同时得到Pt-C以及Ni-O的拉曼信号,说明此时NiO是以岛状形式沉积于Au@Pt表面,从而构筑出丰富的Pt-NiO界面.原位SERS测试结果表明,当将此Au@Pt@NiO纳米粒子置于WGSR气氛时,随着反应温度的升高,在1065 cm-1处出现了碳酸根物种的拉曼信号.而当将Au@P...     

高匹配的BiVO4/WO3纳米碗异质结光阳极用于高效光电化学分解水(英文)

光电化学(PEC)分解水制氢,已成为将太阳能转化为绿色可持续氢能极具潜力的途径之一.目前,单斜相钒酸铋(BiVO₄)因其合适的带隙及能带位置、无毒且含量丰富等优点,被认为是理想的光阳极材料.然而, BiVO₄较低的载流子迁移率(4×10^-2 cm²V^-1s^-1和较短的空穴扩散长度(<100 nm),导致BiVO₄光阳极电子-空穴复合较严重,极大地限制了其性能.为克服上述缺陷,除减小BiVO₄纳米颗粒的粒径以匹配其较短的空穴扩散长度,使空穴能有效转移到其表面参与水氧化反应;或在其表面沉积一层薄的氧气释放反应助催化剂(OEC)层以增强水氧化反应动力学以外,还应关注如何进一步有效提升BiVO₄电荷分离效率.因此,在BiVO₄和氟掺杂的氧化锡(FTO)电极界面之间插入另一种半导体材料构筑异质结以促进BiVO₄电荷分离,进一步提升BiVO_4<...     

表面残余应力的仪器化压入检测方法研究进展

针对表面残余应力的仪器化压入检测方法,阐释利用压入方式检测残余应力的基本原理及其力学机制,梳理建立残余应力压入检测方法的常用技术路线,结合残余应力压入检测方法的不同分类,着重分析6种代表性压入检测方法的优势与局限,讨论验证压入检测方法可靠性的常用方法,最后总结残余应力压入检测方法的研究进展,展望未来的发展趋势为建立无需参考试样一体化检测材料力学参数和非等轴残余应力的仪器化压入分析方法,探讨建立方法的四个研究要领,即机制清楚、分析可靠、技术可行、结果可信.仪器化压入检测技术是郑哲敏先生晚年的研究兴趣之一,作者在中科院力学所工作期间曾受到郑哲敏先生的热切关注和提问式激励,谨以此文纪念郑哲敏先生逝世周年.