影响分子沉积膜纳米摩擦特性的几个因素

利用原子力显微镜探讨了表面电荷及分子端基对分子沉积膜纳米摩擦特性的影响，并考察了表面形貌在不同扫描方向和法向高度上对摩擦力的影响．结果表明：对Si3N4针尖而言，表面净电荷对摩擦特性有一定的影响，不同类型的表面电荷对摩擦力和摩擦系数的影响不同，正电荷影响相对较大；在较小载荷和粘附力的条件下，针尖在表面上滑动时所受的摩擦作用同分子端基有关；单层CuTsPc分子沉积膜表面形貌的取向对摩擦力影响不大，分子沉积膜的表面高度同摩擦力，即时测量值并不存在对应关系，摩擦力受表面形貌的影响较小．     

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     

氩气等离子体聚合大豆油的合成及摩擦学性能研究

利用氩气等离子体降低大豆油(SO)中不饱和C=C双键的含量,得到高黏度的聚合油PAR2.采用凝胶渗透色谱仪分析了PAR2的分子量分布;采用四球摩擦磨损试验机考察了PAR2及同黏度级别的光亮油175BS的摩擦学性能;采用X射线光电子能谱仪分析了钢球摩擦表面元素的化学成分及状态.结果表明:氩气等离子体处理使得PAR2在40℃下的黏度由33.8 cSt增加到956 cSt;与175BS相比,PAR2表现出更为优良的黏温及低温流动性能.与此同时,PAR2中的聚合物主要由SO的二聚物及高分子量的齐聚物组成,其数均分子量M n分别达到2 735和5 434.此外,PAR2的承载能力以及减摩抗磨性能优于175BS;这是由于PAR2在金属表面形成的由羧酸铁组成的边界润滑膜与高价氧化铁膜共同作用,从而有效地减轻金属表面的摩擦与磨损所致.     

扩散型气柱界面R-M失稳中混合率的实验研究

Richtmyer-Meshkov(R-M)不稳定性普遍存在于众多工程问题中,激波管实验是研究R-M失稳问题的主要手段.高精度的平面激光诱导荧光(planar laser-induced fluorescence,PLIF)技术具有分子量级的示踪能力,可获得界面气体浓度(摩尔分数)分布,为研究界面失稳混合问题提供了有力工具.在弱激波(Ma=1.25)冲击扩散型气柱界面实验中,采用PLIF技术对R-M失稳引起的SF6-Air界面混合问题进行了研究.通过改变椭圆形初始界面的长短轴比,得到了3种扩散型初始界面失稳演化过程中气体摩尔分数,观察到了斜压机制下界面的简单拉伸、二次不稳定性、挤压射流等现象.利用浓度分布进一步得到了界面的瞬时混合率,通过瞬时混合率、界面整体平均混合率以及混合率的概率密度分布,分析了界面在不同演化阶段的界面混合特征,初步讨论了界面失稳混合的机制.演化初期,界面在斜压涡的作用下发生拉伸卷曲,通过增大浓度梯度来促进界面的混合.当演化进一步发展,二次不稳定性出现后,界面通过小尺度对流的方式达到湍流混合状态,而浓度梯度驱使的分子间混合逐渐减弱.由浓度梯度引起的扩散与由二次不稳定性引起的对流存在着"竞争"关系,二者共同主导了界面的混合.     

激光烧蚀下不同颗粒度Al-teflon的反应行为

为研究不同颗粒度对Al-teflon反应行为的影响,以颗粒度25μm、1μm和20～200 nm的Al粉和微米级Teflon粉混合制备的反应材料为研究对象,基于脉冲激光烧蚀实验,结合ICCD相机和光谱仪对反应过程中的自发光成像和发射光谱进行瞬态观测。研究结果表明,Al-teflon反应材料在激光烧蚀下的反应行为体现出典型的二次反应特征,具有持续燃烧特征和明显的后燃效应,也具有较长的能量释放时间;同时,其反应行为与Al粉颗粒度密切相关:初始阶段,反应随Al粉颗粒度的降低加剧,随着反应的进行,纳米级Al粉对应的反应材料后续反应能力逐渐下降,反应强度和反应时间都小于1μm铝粉对应的反应材料。     

双材料应力分析中的镜像点方法

提出一种分析各类双材料中任一点受集中力作用问题的方法.通过将结合界面或其自由表面看作镜面,将应力函数或位移函数设定成固定于受载点及其镜像点上的局部坐标系下的形式,利用界面连续条件和Dirichlet的单值性原理,所有应力函数或位移函数就可由无限体中集中力的解或半无限体表面集中力的解的应力函数求得.这种方法不仅可适用于单一界面的情况,也可使用于多个界面并存的情况,并且也可适用于具有自由表面的结合材料.这一方法可应用于各类结合材料、涂层薄膜材料、板材等.     

蓖麻油聚氧乙烯醚水基润滑液摩擦学特性研究

本文以蓖麻油聚氧乙烯醚水基润滑液为研究对象,分别使用润滑膜厚度测量仪、微摩擦试验机和四球摩擦试验机对其成膜特性、摩擦磨损特性和抗磨极压特性进行了系统的研究,并用扫描电子显微镜和能量色散光谱仪对摩擦磨损机制进行了分析。结果表明：蓖麻油聚氧乙烯醚提高了纯水的成膜能力,能够在钢-铝摩擦副形成有效的润滑膜,起到良好的减摩抗磨效果。随着浓度的增大,对钢-铝摩擦副的减摩抗磨性能和四球摩擦试验的抗磨极压性能都得到了提高。     

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.