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采用溶胶-凝胶法在玻璃基体表面制备了经300℃,400℃和500℃烧结热处理的ZrO2薄膜.利用X射线衍射仪、原子力显微镜和纳米压痕仪研究了烧结温度对ZrO2薄膜表面形貌和力学性能的影响.实验结果表明,随着烧结温度的增加,ZrO2的晶体结构由少量的单斜晶相逐渐转变为单斜晶相和四方晶相的混合相.薄膜表面形貌逐渐改善,薄膜的表面粗糙度和颗粒度依次减小,薄膜的表面粗糙度分别为10.5 nm、7.2 nm和5.6 nm,ZrO2的粒径分别为188 nm、153 nm和130 nm.ZrO2薄膜的弹性模量和硬度都显著提高,薄膜的弹性模量分别为89.6 GPa、114.2 GPa和128.9 GPa,薄膜的硬度分别为7.6 GPa、10.3 GPa和15.1 GPa.

关键词: ZrO2薄膜 , 烧结温度 , 表面形貌 , 力学性能

氧化钛涂膜玻璃的纳米压痕实验及有限元模拟

冀国俊 , 史志铭

稀有金属材料与工程

采用纳米压痕法测定了涂覆不同厚度溶胶-凝胶TiO2纳米薄膜的玻璃基体表面的力学性能,讨论了薄膜厚度对膜-基复合系统的硬度和弹性模量的影响.结果表明:膜-基复合系统的硬度和弹性模量与TiO2薄膜的厚度无关.同时采用有限元法对压痕过程进行了数值模拟,通过与实验及文献结果相比较证明了有限元模拟的有效性.

关键词: TiO2纳米薄膜 , 纳米压痕 , 有限元模拟 , 力学性能

风沙对玻璃表面TiO2纳米薄膜冲蚀行为研究

张博 , 冀国俊 , 刘全生 , 史志铭

人工晶体学报

采用溶胶-凝胶法,在玻璃表面制备TiO2薄膜,利用气流挟沙喷射法对涂膜玻璃进行冲蚀实验,采用扫描电镜(SEM)研究了TiO2薄膜在风沙环境下的冲蚀磨损特性、冲蚀行为和侵蚀机理.研究结果表明:TiO2薄膜磨损量随着冲蚀速度和沙剂量的增加而增加;其侵蚀机理为:在低角度冲蚀下,薄膜主要受到微切削作用下产生的划痕损伤,而在高角度冲蚀下,主要受到冲蚀挤压变形作用下产生的薄膜破损.同时TiO2薄膜不仅强度高而且脆性强,其在高角度冲蚀下的磨损更为严重..

关键词: 风沙 , 侵蚀 , 玻璃 , TiO2薄膜 , 表面形貌

氧化钛纳米薄膜对玻璃表面的强化机制研究

冀国俊 , 史志铭 , 赵鸽

稀有金属材料与工程

采用溶胶-凝胶工艺在玻璃基体表面制备的掺铈和未掺铈的纳米TiO_2薄膜,对玻璃基体具有强化作用.涂覆未掺铈TiO_2薄膜的玻璃与涂膜前相比较,其抗弯强度和断裂韧性分别增加了7%和24%,涂覆掺铈薄膜后玻璃的力学性能增加的更为显著.借助原子力显微镜(AFM)和X射线光电子能谱(XPS)分析,探讨了薄膜对玻璃基体表面强化的作用机制.研究表明,涂覆在玻璃表面均匀致密的纳米结构TiO_2薄膜,通过高温烧结,原子间发生相互扩散,牢固地粘附于玻璃表面,使玻璃表面的微裂纹、断键等得以修复,从而提高了玻璃的力学性能.

关键词: TiO_2纳米薄膜 , 溶胶-凝胶 , 表面强化

烧结温度对不锈钢表面溶胶-凝胶ZrO2纳米薄膜摩擦学性能的影响

张博 , 冀国俊 , 张薇

硅酸盐通报

采用溶胶-凝胶法,在304不锈钢表面制备了分别经500℃、600℃和700℃下热处理的ZrO2薄膜.利用X射线衍射仪(XRD)、原子力显微镜(AFM)、扫描电镜(SEM)和摩擦磨损测试仪,研究了热处理温度对ZrO2薄膜的表面结构和摩擦学性能的影响.结果表明:随着温度的升高,ZrO2晶体结构逐渐由四方相(t-ZrO2)向单斜相(mZrO2)转变;当热处理温度从500℃升高到700℃时,ZrO2薄膜的平均晶粒度略有增大,但都在80 nm左右,晶粒分布趋于均匀致密,且其表面粗糙度由6.3 nm降低至4.6 nm左右.同时ZrO2薄膜的摩擦系数和磨损率分别从0.22和2.24×10-4mm3/Nm逐渐减小为0.19和1.95×10-4 mm3/Nm,因而薄膜的抗磨减摩性能也显著提高.

关键词: ZrO2纳米薄膜 , 溶胶-凝胶 , 热处理 , 表面形貌 , 摩擦学性能

京津冀冬季与夏季PM2．5／PM10及其水溶性离子组分区域性污染特征分析?

刀谞 , 张霖琳 , 王超 , 陈烨 , 吕怡兵 , 滕恩江

环境化学 doi:10.7524/j.issn.0254-6108.2015.01.2014032603

为研究京津冀地区冬、夏两季大气颗粒物质量浓度与水溶性离子组成特征，于2013年2月、7月对北京、天津、石家庄及4个国家大气背景点进行了PM2．5及PM10的采样，分析了质量浓度及9种水溶性离子，结果表明：（1）京津冀地区颗粒物污染冬季重于夏季，冬季污染水平石家庄＞天津＞北京，夏季污染天津、北京＞石家庄，区域内PM2．5与PM10之间有很好的相关性，相关系数r冬季为0．8796，夏季为0．8424，说明整个区域颗粒物污染有较为相近的来源，大气颗粒物污染表现出区域性特征；（2）京津冀地区PM2．5及PM10中的9种水溶性离子浓度规律为NO－3、SO2－4、NH＋4＞Cl－、Ca2＋＞K＋、Na＋＞F－、Mg2＋．该地区水溶性离子污染冬季最重为石家庄，夏季则为北京；（3）在京津冀地区二次离子NO－3、SO2－4、NH＋4是主要的污染离子，3种离子质量浓度总和在PM2．5、PM10中冬季分别占48．9％、27．8％，夏季分别占58．7％、48．5％．二次离子主要集中在PM2．5中，其对细离子浓度的升高起到直接作用，且二次离子的构成关系也在发生变化．整个区域向硝酸型污染转变，二次离子的季节分布也呈现区域特征，冬季NO－3离子质量浓度比重最大．夏季则为SO2－4；（4）粒径越小富集水溶性离子的能力越强，在PM1中分布了50％以上的水溶性离子，73．9％—94．8％的水溶性离子分布在PM2．5中．

关键词: 京津冀 , 大气颗粒物 , 水溶性离子