表面纳米化的研究进展_张鹏
阻燃高分子材料的开发及其应用研究进展
阻燃高分子材料的开发及其应用研究进展贾园; 张鹏; 刘振; 韩敏【期刊名称】《《中国塑料》》【年(卷),期】2019(033)010【总页数】8页(P120-127)【关键词】高分子材料; 阻燃; 添加剂; 工程材料; 合成【作者】贾园; 张鹏; 刘振; 韩敏【作者单位】西安文理学院陕西省表面工程与再制造重点实验室化学工程学院西安710065【正文语种】中文【中图分类】TQ3250 前言高分子材料如工程塑料、纤维、橡胶等均具有良好的力学性能[1]，灵活的分子结构[2]，优异的耐湿热及耐腐蚀性能[3]，在装修工程材料、建筑材料、汽车工程材料等领域表现出了较为广泛的应用[4-5]。
然而，大部分高分子材料阻燃性能较差，极限氧指数(LOI)较低，在使用过程中极易引起火灾，造成人员生命危险及财产损失。
因此，在高分子材料的制备过程中应该对其阻燃性能进行改善，以期提高应用范围，实现在工业领域中的应用安全性。
常见的改善高分子材料阻燃性能的方法较多，如：在合成过程中向高分子聚合物的分子结构引入磷、硅、氮等元素或含有苯环的官能团，制备出分子内杂化的阻燃高分子；或者在高分子材料制备的过程中向体系中加入相应的阻燃添加剂，制备出综合性能优异的共混阻燃高分子。
然而这些方法在一定程度上会影响高分子材料的力学性能，因此如何在不降低高分子材料力学性能的前提下对其阻燃性能进行改善[6]，是目前学者们研究的一个热点。
本文在对各种阻燃高分子材料制备方法综述的基础上，对其的应用范围进行了讨论，并展望了其未来的发展方向。
1 阻燃高分子的开发阻燃型高分子如通用塑料、工程塑料、橡胶以及涂料等在工程领域中均具有良好的应用，例如建筑给排水管路的制备、装修材料墙体的保温、沥青树脂的改性、汽车零部件的使用等等。
阻燃高分子材料的开发不但能够对工程材料的防火性能予以保障，提高建筑物、生产、生活中的安全性，而且能够为高分子材料在苛刻条件下的使用奠定良好的理论及实践基础。
合成氨催化剂的生产和技术
合成氨催化剂的生产和技术发布时间：2023-01-04T05:52:04.717Z 来源：《中国科技信息》2023年17期作者：张鹏[导读] 合成氨广泛用于工业硝酸、盐铵和化肥的生产过程，间接促进了国民经济的发展。
与此同时，有关工业对氨的需求以吨计有所增加，这是工业建设和化学发展的基本原料之一。
张鹏陕西黄陵煤化工有限责任公司陕西延安 727307摘要：合成氨广泛用于工业硝酸、盐铵和化肥的生产过程，间接促进了国民经济的发展。
与此同时，有关工业对氨的需求以吨计有所增加，这是工业建设和化学发展的基本原料之一。
但是，作为工业发展和国民经济的重要参与者，传统的合成氨往往消耗更多的能源，产生较少的效益。
因此，对合成氨催化剂的研究开发不断进行推导。
本文介绍了合成氨催化剂的研究开发，讨论了最新的合成氨研发趋势，供参考。
关键词：合成氨；催化剂；新技术；研究进展前言作为合成氨化工的重要原料，在中国工业建设和经济生产中发挥着十分重要的作用，合成氨相关催化剂的开发也是化工发展的重要组成部分。
但是，我们还必须认识到，合成氨工业在实际生产中也消耗大量能源在全球气候日益受到灾害威胁的时候，化学研究人员必须加倍努力，改进现有的催化剂，以提高合成氨工业的总体效率。
1 铁基催化剂的研究1.1铁系氨合成催化剂A-110-1催化剂是一种以铁-氨为基础的合成催化剂，主要由磁铁矿的传统熔炼形成。
为了提高催化剂活性和稳定性，结构催化剂如Al2O3、K2O、CaO、BaO等。
已添加到准备中。
其作用是利用这些高熔点折射氧化物作为活性物质的α-Fe晶体的绝缘材料，防止容易发生摩擦的微晶接触，从而提高催化剂体的热稳定性。
SiO2 _ 2通常是从磁铁矿原料引入的，其适当存在类似于Al2O3，它可以稳定铁颗粒，提高催化剂的热阻和水的毒性。
催化剂的组成和含量在熔化状态下相互作用，影响催化剂的活性和热稳定性。
尤其是还原催化剂表面化学成分对催化剂的活性和稳定性起着重要作用。
美科学家研制出“病毒晶体管”
脑病毒和手机病毒令人头痛 ， 生物意义上 的病毒却可能 用来 制造新型 晶体 管 ， 使芯片功能更加强 大。美 国科学家 已 经用烟草花 叶病 毒制造 出了开关速 度非常快 的 “ 毒晶体 病
采 自（ 国化 ３仪 器 网） 中 － 日美科 学 家 实 现 在 较 高温 度 下产 生 光 子 日美科 学 家 组 成 的联 合 研 究 小 组 在零 下 ７ ３摄 氏 度 的 温
纳米表 面能产生更高分辨率和更大效率 的分离 ，而且能在普 通实验室里很容易地制造 出这种纳米表面 ，而其他的表面则 需要在清洁实验室内制造。此外 ， 这种 纳米表面是动态的 ， 而 用 已有的方 法制造的材料 ， 就不能再被 改变 。据称 ， 这种纳米
光 子 的 形 式 出现 。
科学家们此前常用光充当工具 ， 向铟等半导体 材料制成 的量子点中注入能量 ， 产生光子 。但是 ， 这种做法要求环境温
度 接 近 绝 对 零 度 （ 为 零 下 ２ ３摄 氏度 ） 约 ７ 。而此 次 实 验 中光 子
细的线 ， 这种线被 收集到一个 特制的平板 上 ， 然后 用特殊 工
度下成功制造出单个光子 ， 这个温度 比以往产生 光子的环境
温 度 高 ｌ０ 氏度 。 ９摄
光子是光的单位粒子 ， 是实现量子密码通信的关键。 此前 光子要在零下 ２ ３摄氏度的极端低温下才能产生。 日本东京 ６ 大学教授荒川泰彦和美国斯坦福大学同行在新一期《 自然・ 材 料》 杂志网络版上发表论文说 ， 他们 以大量用于生产蓝色发光 二极管的氮化镓为原料 ， 确认光子可在零 下 ７ 摄 氏度 的条件 ３ 下从量子点 中产生， 比原先的温度提高了 １０ 氏度。 ９摄
表面科学研究的前沿进展
表面科学研究的前沿进展作为现代科技的重要一环，表面科学在现代材料学、能源化学、环境科学等领域中都有广泛的应用，涉及到许多行业和领域。
本文将从表面纳米科学、表面反应动力学、表面电化学、表面物理学等角度探讨表面科学研究的前沿进展。
表面纳米科学表面纳米科学是表面科学领域的重要分支之一，它涉及到纳米级别下的表面物理、化学以及电子结构等方面，具有高度的学科交叉性。
在表面纳米科学方面，国内外的研究者们在功能材料、催化剂以及纳米器件等方面取得了重要的进展。
例如，利用铂纳米颗粒修饰的氧化铝载体，能够有效催化苯胺的氧化反应，其催化效率远高于传统催化剂。
另外，表面纳米科学还包括表面增强拉曼散射技术。
利用金属纳米结构能够将分子吸附在其表面上，形成一个增强的电场区域，从而增强了分子振动光谱的强度。
通过这种方式，科学家们可以通过对表面增强拉曼散射技术的研究，有效地探测分子的结构与行为，为材料研究提供了先进的手段。
表面反应动力学表面反应动力学是研究表面成分分布以及表面化学反应机理和动力学的学科。
在表面反应动力学领域中，主要涉及到化学吸附、表面扩散、表面反应等方面，其研究成果对于深入了解化学反应机制，促进催化剂的设计以及探究物质表面性质和表面结构等都具有重要的意义。
目前，国内外的研究者们在该领域已经取得了重要的进展。
例如，利用表面反应动力学基础理论和计算方法，研究者们成功地探究了钴金合金催化酸氧化反应的机理，提出了酸处理过的钴金合金更具有活性等结论。
表面电化学表面电化学是表面科学领域重要的研究方向之一。
它主要涉及到电化学过程的理论、机制、方法与材料。
在表面电化学研究中，主要包括表面电荷分布、表面电位与电子结构、表面氧化还原反应等方面。
在表面电化学领域，广泛应用于能源转换、催化剂、生物传感等领域。
例如，在太阳能电池领域，利用表面电化学技术，国内外学者们针对纳米级别的界面结构、电荷分布和界面催化等方面进行深入研究，为太阳能电池的研究和应用提供了重要的理论基础。
金属材料表面纳米化研究与进展
表面技术第53卷第4期金属材料表面纳米化研究与进展杨庆，徐文文，周伟，刘璐华，赖朝彬*（江西理工大学 材料冶金化学学部，江西 赣州 341000）摘要：大多数金属材料的失效都是从其表面开始的，进而影响整个材料的整体性能。
研究表明，在金属材料表面制备纳米晶，实现表面纳米化，可以提升材料的表面性能，延长其使用寿命。
金属材料表面纳米化是指利用反复剧烈塑性变形让表层粗晶粒逐步得到细化，材料中形成晶粒沿厚度方向呈梯度变化的纳米结构层，分别为表面无织构纳米晶层、亚微米细晶层、粗晶变形层和基体层，这种独特的梯度纳米结构对金属材料表面性能的大幅度提升效果显著。
根据国内外表面纳米化的研究成果，首先对表面涂层或沉积、表面自纳米化以及混合纳米化3种金属表面纳米化方法进行了简要概述，阐述了各自优缺点，总结了表面自纳米化技术的优势，在此基础上重点分析了位错和孪晶在金属材料表面自纳米化过程中所起的关键作用，提出了金属材料表面自纳米化机制与材料结构、层错能大小有着密不可分的联系，对金属材料表面自纳米化机制的研究现状进行了归纳；阐明了表面纳米化技术在金属材料性能提升上的巨大优势，主要包括对硬度、强度、腐蚀、耐磨、疲劳等性能的改善。
最后总结了现有表面强化工艺需要克服的关键技术，对未来的研究工作进行了展望，并提出将表面纳米化技术与电镀、气相沉积、粘涂、喷涂、化学热处理等现有的一些表面处理技术相结合，取代高成本的制造技术，制备出价格低廉、性能更加优异的复相表层。
关键词：金属材料；表面纳米化；梯度纳米结构；纳米化机理；表面性能中图分类号：TG178 文献标志码：A 文章编号：1001-3660(2024)04-0020-14DOI：10.16490/ki.issn.1001-3660.2024.04.002Research and Progress on Surface Nanocrystallizationof Metallic MaterialsYANG Qing, XU Wenwen, ZHOU Wei, LIU Luhua, LAI Chaobin*(Department of Materials Metallurgy and Chemistry, Jiangxi University ofTechnology, Jiangxi Ganzhou 341000, China)ABSTRACT: It is well known that the failure of most metallic materials starts from their surfaces, which in turn affects the overall performance of the whole material. Numerous studies have shown that the preparation of nanocrystals on the surface of metallic materials, i.e., surface nanosizing, can enhance the surface properties of materials and extend their service life. Surface nanosizing of metallic materials makes use of repeated violent plastic deformation to make the surface coarse grains gradually收稿日期：2023-02-23；修订日期：2023-06-29Received：2023-02-23；Revised：2023-06-29基金项目：国家自然科学基金项目（52174316，51974139）；国家重点研发计划项目（2022YFC2905200，2022YFC2905205）；江西省自然科学基金项目（20212ACB204008）Fund：National Natural Science Foundation of China(52174316, 51974139); National Key Research and Development Program of China (2022YFC2905200, 2022YFC2905205); Natural Science Foundation of Jiangxi Province (20212ACB204008)引文格式：杨庆, 徐文文, 周伟, 等. 金属材料表面纳米化研究与进展[J]. 表面技术, 2024, 53(4): 20-33.YANG Qing, XU Wenwen, ZHOU Wei, et al. Research and Progress on Surface Nanocrystallization of Metallic Materials[J]. Surface Technology, 2024, 53(4): 20-33.*通信作者（Corresponding author）第53卷第4期杨庆，等：金属材料表面纳米化研究与进展·21·refine to the nanometer level, forming nanostructured layers with gradient changes of grains along the thickness direction, including surface non-woven nanocrystalline layer, submicron fine crystal layer, coarse crystal deformation layer and matrix layer, and this unique gradient nanostructure is effective for the significant improvement of surface properties of metallic materials. The process technology and related applications of nanocrystalline layers on the surface of metallic materials in China and abroad are introduced, and the research progress of high-performance gradient nanostructured materials is discussed.Starting from the classification of the preparation process of gradient nanostructured materials and combining with the research results of surface nanosizing in China and abroad, a brief overview of three methods of metal surface nanosizing, namely, surface coating or deposition, surface self-nanosizing and hybrid nanosizing, was given, the advantages and disadvantages of each were discussed and the advantages of surface self-nanosizing technology were summarized. On the basis of this, the key role of dislocations and twins in the process of surface self-nanitrification of metallic materials was analyzed, and the mechanism of surface self-nanitrification of metallic materials was inextricably linked to the material structure and the size of layer dislocation energy, and the current research status of the mechanism of surface self-nanitrification of metallic materials was summarized. Finally, the key technologies required to be overcome in the existing surface strengthening process were summarized, and future research work was prospected. It was proposed to combine surface nanosizing technology with some existing surface treatment technologies such as electroplating, vapor deposition, tack coating, spraying, chemical heat treatment, etc., to replace the high-cost manufacturing technologies and prepare inexpensive complex-phase surface layers with more excellent performance.Techniques for the preparation of gradient nanostructured materials include surface coating or deposition, surface self-nanosizing, and hybrid surface nanosizing. Surface coating or deposition technology has the advantages of precise control of grain size and chemical composition, and relatively mature process optimization, etc. However, because the coating or deposition technology adds a cover layer on the material surface, the overall size of the material increases slightly, and there is a certain boundary between the coating and the material, and there will be defects in the specific input of production applications.In addition, the thickness of the gradient layer prepared by this technology is related to the deposition rate, which takes several hours to prepare a sample. The surface self-nanitrification technique, which generates intense plastic deformation on the surface of metal materials, has the advantages of simple operation, low cost and wide application, low investment in equipment and easy realization of unique advantages. The nanocrystalline layer prepared on the surface of metal materials with the surface self-nanitrification technique has a dense structure and no chemical composition difference from the substrate, and no surface defects such as pitting and pores, but the thickness of the gradient layers and nanolayers prepared by this technique as well as the surface quality of the material vary greatly depending on the process. Hybrid surface nanosizing is a combination of the first two techniques, in which a nanocrystalline layer is firstly prepared on the surface of a metallic material by surface nanosizing technology, and then a compound with a different composition from the base layer is formed on its surface by means of chemical treatment.To realize the modern industrial application of this new surface strengthening technology, it is still necessary to clarify the strengthening mechanism and formation kinetics of surface nanosizing technology as well as the effect of process parameters, microstructure, structure and properties on the nanosizing behavior of the material. For different nanosizing technologies, the precise numerical models for nanosizing technologies need to be established and improved, and the surface self-nanosizing equipment suitable for industrial scale production needs to be developed. In the future, surface nanosizing technology will be combined with some existing surface treatment technologies (e.g. electroplating, vapor deposition, adhesion coating, spraying, chemical heat treatment, etc.) to prepare a complex phase surface layer with more excellent performance, which is expected to achieve a greater comprehensive performance improvement of the surface layer of metal materials.KEY WORDS: metal material; surface nanocrystallization; gradient nanostructures; nanocrystallization mechanism; surface properties金属材料在基建工程、航空航天中扮演着重要角色，随着当今科学技术的高速发展，传统金属材料的局限性日趋明显，开发一种综合性能优异的金属材料迫在眉睫。
硼化钽增强聚醚醚酮复合涂层的制备及性能评价
第36卷第6期2022年6月中国塑料CHINA PLASTICSVol.36，No.6Jun.，2022硼化钽增强聚醚醚酮复合涂层的制备及性能评价黄素媛，曹琳，李卫，林志丹*，张鹏**（暨南大学先进耐磨蚀及功能材料研究院，广州510632）摘要：采用阴极电泳沉积技术在纯钛基板表面沉积聚醚醚酮（PEEK）/硼化钽（TaB2）复合涂层。
采用透射电子显微镜、扫描电子显微镜、X射线衍射仪和摩擦磨损试验机等方式对电泳沉积液分散性、PEEK/TaB2复合涂层表面形貌、微观结构、结晶行为、摩擦学性能和生物学性能进行表征。
结果表明，通过调节电泳沉积参数可以制备形貌均匀、具有一定厚度的PEEK/TaB2复合涂层，在390℃热处理后，涂层均匀致密无孔隙；热处理可以提高PEEK/TaB2涂层的结晶性能，TaB2颗粒的加入使PEEK涂层获得更高的结晶度；添加较低含量的TaB2颗粒时，复合涂层在小牛血清（fetal bovine serum，FBS）介质中表现出良好的摩擦学性能，与纯PEEK涂层相比，磨损率分别下降了48.1%，69.1%；但过量TaB2颗粒在PEEK基质中出现明显的团聚现象，摩擦系数和磨损率呈现上升趋势；细胞实验表明，TaB2良好的生物活性促进了样品表面细胞增殖。
关键词：电泳沉积；聚醚醚酮；硼化钽；摩擦学中图分类号：TQ322.4文献标识码：B文章编号：1001‐9278（2022）06‐0060‐09DOI：10.19491/j.issn.1001‐9278.2022.06.010Preparation and performance evaluation of tantalum boride⁃reinforced polyetherether ketone composite coatingsHUANG Suyuan，CAO Lin，LI Wei，LIN Zhidan*，ZHANG Peng**（Institute of Advances Wear&Corrosion Resistant and Functional Materials，Jinan University，Guangzhou510632，China）Abstract：PEEK/TaB2composite coatings were deposited on the surface of pure titanium substrates using a cathodic elec‐trodeposition technique.Transmission electron microscopy，scanning electron microscopy，X‐ray diffractometer，and friction and wear tester were used to characterize the suspension dispersion，surface morphology，microstructure，crystal‐linity，and tribological and biological properties of the composite coatings.The results indicated that there were a uniform morphology and a certain thickness for the composite coatings through adjusting the electrodeposition parameters.After thermal sintering at390℃，the resulting coating became uniform and dense.Thermal sintering improved the crystalline properties of the PEEK/TaB2composite coatings，and the addition of TaB2particles led to a higher crystalline degree for the composite coatings.When a lower content of TaB2particles was added，the composite coatings showed good tribo‐logical properties in a medium of fetal bovine serum.Their wear rates decreased by48.1%and69.1%compared to the pure PEEK coating.However，there was an evident aggregation of TaB2particles at an excessive loading in the PEEK matrix，resulting in an increase in friction coefficient and wear rate.Cell experimental results indicated that TaB2had a good bioactivity to promote cell proliferation on the sample surface.Key words：electrodeposition；polyetheretherketone；tantalum boride；tribology0前言人体运动过程中，人工关节植入物负重界面存在多种运动形式下的摩擦磨损。
纳米二氧化硅表面接枝聚合改性研究进展
Ｎ ｎ ＳＯ 表 面 引 入 活 性 基 团 之 后 ， 以 利 用 活 性 基 团 的 性 ａｏ— ｉ 可 质 ， 行 自由基 、 子 转 移 等 方 法 接 枝 聚 合 或 共 聚 。 进 原
１ Ｎａ ｏ— ｉ 微 粒 表 面 接 枝 聚 合 改 性 的 方 法 ｎ ＳＯ
Ｎ ｎ ＳＯ 微 粒 表 面 接 枝 聚 合 改 性 的 方 法 主 要 有 两 种 ： ａｏ— ｉ （ ）接 枝 于 （ ｒ ｔ ｇ ｆ ｍ ）法 ；（ １ Ｇ ａ ｉ ｒ ｆｎ ｏ ２）接 枝 到 （ ｒ ｔ ｇ Ｇａｉ ｆｎ
（ ．河南科技 大 学 高分 子科 学与 纳米技 术重 点 实验 室 ， １ 河南洛 阳 ４ １０ ； ．洛 阳理 工 学院 ， ７０３ ２ 河南洛 阳 ４ １２ ） ７ ０ ３
摘 要 ： 了纳米二 氧化硅 （ ａ ｏ ｉ 微粒表面接枝 聚合改性 的基本方法 ， 综述 Ｎ ｎ —ＳＯ ） 分析 了各种表 面接枝 聚合改性方
Ｎ ｎ —ＳＯ 表 面 改 性 方 法 很 多 ， 要 有 ： １ 外 膜 包 覆 改 ａｏ ｉ， 主 （）
面 ， 围单体发生 聚合 ， 与周 达到接枝 聚合改性 的 目的 。接枝 于
法 主要 有 ２种 方 法 ： １ 引 入 单 体 ；２ 引 入 引发 剂 。 （） （）
０ 引 言
无机纳米粒子复合聚合物材料可使聚合 物 的性 能等得到 显著改善 ， 因此 ， 聚合 物纳米复合技术得 到 了广 泛应用 。纳米 二氧化硅（ ａｏ ｉ 具有材料来源 易得 、 格低廉 、 Ｎ ｎ —ＳＯ ） 价 加工耗
能 低 、 环 境 污染 小 等 优 点 ， 以在 聚 合 物 填 充 、 性 中 应 用 对 所 改
Ｐｒ ｇ ｅ ｓ ｉ ｏ ｉ ｃ ｔｏ ｆ Ｓ ｆ ｃ ｒ ｆｉ ｏ ｒ ｓ ｎ Ｍ ｄ ｆ ａ ｉ ｎ ｏ ｕｒ ａ ｅ Ｇ ａ ｔｎｇ ｉ Ｐｏ ｙ ｅ ｉａｔｏ ｎ Ｓ ｌｃ ｎｏ ｒ ｉ ｌ ｌ ｍ ｒｚ ｉ ｎ ｏ ｉｉ ａ Ｎａ ｐａ ｔｃ ｅ
燃煤电厂湿法脱硫废水中汞的处理研究进展
燃煤电厂湿法脱硫废水中汞的处理研究进展张鹏;赵毅【摘要】Based on the research literature at home and abroad, the adsorption method, micro electrolysis-coagulation precipitation, chemical precipitation of mercury removal in wastewater were discussed, aiming at desulfurization in coal-fired power plant waste water treatment of the existing process conditions, chelating precipitation to remove mercury ion was put forward, and the characteristics and research status of new heavy metal chelating agent were studied. The DTCR, as a new type of heavy metal chelating agent to remove mercury ions, has the highest efficiency and other heavy metal ions for DTCR removal of mercury ions minimal impact.%基于国内外研究文献，简要论述了吸附法、微电解-混凝沉淀法、化学沉淀法在废水中汞离子的去除中的应用，针对燃煤电厂脱硫废水处理现有的工艺条件，提出螯合沉淀法去除其中的汞离子，并列举出了新的重金属螯合剂的特点及其研究现状。
其中DTCR作为新型的重金属螯合剂去除汞离子等重金属离子不但具有最高的效率而且其他离子对于DTCR去除汞离子影响最小。
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薄膜结构记忆性好
团簇扩展能力易受限制
效率高、固体微粒可回收重复使 用、无热辐射与噪音、操作简 便 和安生、成本较低
技术难度高、不成熟
技术成熟、设备简单、操作方便
易于控制、产率效益好、设备 简 单、晶体结构可控 设备 价 格 低、可 控 晶 体 结 构、涂 成均匀、纯度高 制得的纳米粉末纯度高、成分均 一可控、粒度小分布窄 能得到结 构 未 遭 破 坏 的 纳 米 多 孔材料 工艺简单，易控制、成分精确、纯 度高、分散均匀、粒度细、规模大
镀前处理，包 括 清 洗 镀 件 和 预 处 理。 具 体 清 洗 方法有清洗剂清洗、化学溶剂清洗、超声波清洗和离 子轰击清洗等。具体预处理有除静电、涂底漆等。
镀膜包括溅射镀膜，等离子体镀膜和离子镀。 溅射镀膜是 指 在 真 空 条 件 下，利 用 获 得 功 能 的 粒子轰击靶材料表面，使靶材料表面原子获得足够 的能量而逃逸的过程称为溅射。被溅射的靶材料沉 积到基材表 面，就 称 作 溅 射 镀 膜。 溅 射 镀 膜 中 的 入 射离子，一般采用辉光放电获得，在 10 － 2Pa ～ 10Pa 范围，所以溅射出来的粒子在飞向基体过程中，易和 真空室中的气体分子发生碰撞，使运动方向随机，沉 积的膜易于均匀。 等离子镀膜指的是 PVD 领域通常采用的冷阴极电 弧蒸发，以固体镀料为阴极，采用水冷，使冷阴极表面形 成许多亮斑，即阴极弧斑。弧斑就是电弧在阴极附近的 弧根。在极小空间的电流密度极高，弧斑尺寸极小，每 个弧斑存在极短时间，爆发性地蒸发离化阴极改正点处 的镀料，蒸发离子后的金属离子，在阴极表面也会产生 新的弧斑。采用这种电弧蒸发化源镀膜，离子率较高， 所以又称为电弧等离子体镀膜。 离子镀的基本特点是采用某种方法（ 如电子束 蒸发磁控溅射，或多弧蒸发离子等） 使中性粒子电离 成离子和电子，在基体上必须施加负偏压，从而使离 子对基体产生轰击，适当降低负偏压后，使离子进而 沉积于基体成膜。离子镀的优点： 膜层和基体结合 力强； 膜层均匀，致密； 在负偏压作用下绕镀性好； 无 污染； 多种基体材料均适合于离子镀。 3． 2 化学方法 化学方法主 要 包 括 化 学 共 沉 淀 法、超 临 界 流 体 干 燥 法 （ SGFD 法 ） 、电 沉 积 法、化 学 汽 相 沉 积 （ CVD） 、溶胶凝胶法、高温水解法（ 水热法） 等。 3． 2． 1 溶胶 － 凝胶法 简单的讲，溶胶 － 凝胶法就是用含高化学活性 组分的化合物作前驱体，在液相下将这些原料均匀 混合，并进行 水 解、缩 合 化 学 反 应，在 溶 液 中 形 成 稳 定的透明溶胶体系，溶胶经陈化胶粒间缓慢聚合，形 成三维空间网络结构的凝胶，凝胶网络间充满了失 去流动性的溶剂，形成凝胶。凝胶经过干燥、烧结固 化制备出分子乃至纳米亚结构的材料。 3． 2． 2 电沉积法 在电化学中，金 属 的 电 沉 积 法 是 在 电 场 的 作 用 下，金属的电沉积发生在电极和电解质溶液的界面 上，沉积的过程含有相的形成现象，电沉积法通常可
表 1 制备纳米方法比较一览表
制备方法
高频感应加热法
气
相 沉
电子束加热法
积
︵ P 雾化法
物
V D
理 ︶ 法 溅射沉积
法
激光束加热法
低能团簇束沉积法
超ห้องสมุดไป่ตู้速微粒轰击法
溶胶 － 凝胶法
电沉积法 化
化学汽相沉积（ CVD） 法 学
化学共沉淀法 法
超临界流体干燥法（ SGFD 法）
高温水解法（ 水热法）
优点
制备材料颗粒均匀
［摘 要］本文主要从物理法和化学法对表面纳米化方法进行了归纳。同时对各种纳米化方法的优缺
点及其适用范围进行了对比分析，并对表面纳米化方法的发展前景进行了展望。
［关键词］填料； 纳米化； 进展； 方法
［中图分类号］ TG668
［文献标识码］ A
［文章编号］ 1009-9042（ 2014） 03-0073-02
第 30 卷 第 3 期
张 鹏等： 表面纳米化的研究进展
·75·
寸上的减小，使比表面积、润湿性提高了。具有更高 料最常用金属材料包括铜、碳钢、不锈钢填料表面纳 的结合强度，更高的硬度、抗氧化性、耐腐蚀性。本 米化方法对比进行总结，各种纳米材料制备方法适 文通过各种纳米材料制备方法的比较，对适宜塔填 宜的表面化金属比较见表 1。
纳米化，即在材料表面沉积一层纳米结构的涂层； 第二 种是自身表面纳米化，即将材料表面层的粗晶组织细化 到纳米级形成表面纳米化层； 第三种方式是混合型表面 纳米化，即以上两种方式的混合。这三种表面纳米化本 身都有自身的弱点和优点，因此当这三种表面纳米化的 方式一提出就得到了很大的关注。
3 表面纳米化方法研究进展
第 30 卷 第 3 期 2014 年 3 月
吉林工程技术师范学院学报
Journal of Jilin Teachers Institute of Engineering and Technology
Vol. 30 No. 3 Mar． 2014
表面纳米化的研究进展
张 鹏，尚晓敏，刘晓秋，彭欣丽
（ 吉林工程技术师范学院 食品工程学院，吉林 长春 130052）
制得较为致密的纳米薄膜。如 Shirkh 等人在硝酸钠 和甲醇电解液中，通过 5 ～ 20 μA / cm 的恒电流，电解 Ti（ OCH3 ） 4 溶液，最终在电极上生成了厚 40 μA 的 氧化钛膜等。 3． 2． 3 化学汽相沉积（ CVD） 法
化学气相沉积法是利用气相反应，在高温、等离 子或激光辅助等条件下控制反应气压、气流速率、基 片材料温度等因素，从而控制纳米微粒薄膜的成核 生长过程； 或者通过薄膜后处理，控制非晶体薄膜的 晶化过程，从而获得纳米结构的薄膜材料。 3． 2． 4 化学共沉淀法
——— ——— 涂层制备速度慢、涂层较薄 易形成硬团聚 技术难度大 ———
适用制备填料材料 铜、不锈钢等 纯金属和合金 铜、不锈钢等 纯金属和合金 不锈钢
铜等纯金属 不锈钢等合金 不锈钢
铜、不锈钢、碳钢、铁、 铝合金、40Cr 等
铜、不锈钢、碳钢等 铜、不锈钢、碳钢等
铜、不锈钢、碳钢等
铜、不锈钢、碳钢等
铜、不锈钢、碳钢等
铜、不锈钢、碳钢等
5 表面纳米化发展的展望
参考文献：
随着纳米材料和纳米科技的发展，借助于传统的 涂层技术，添加纳米材料对金属材料表面进行改性， 可使涂层获得较高的硬度、良好的自润性、良好的耐 磨性及耐蚀性，这对改善填料的综合性能、延长寿命 和减少环境污染具有重要意义。
在此背景下，中 国 的 卢 柯 与 华 裔 学 者 吕 坚 联 合 提出了结构材料表面纳米化的概念，并被列入国家 纳米科技发展规划，2000 年国际纳米材料大会的总 结报告上被认为是最有可能在结构材料上获得突破 的纳米技术之一。
2 表面纳米化概念的提出
1998 年卢柯和吕坚提出了金属材料表面纳米化的 概念。表面纳米化有三种基本方式： 第一种是图层表面
纳米薄膜、粉末有多种制备方法，主要可分为物 理方法和化学方法两大类。 3． 1 物理方法
物理气相沉积（ PVD） 法，真空蒸镀是在真空条 件下，将镀料 加 热 并 蒸 发，使 大 量 的 原 子、分 子 气 化 并离开液体镀料表面。
真空蒸镀基本原理是在真空条件下，使金属、金 属合金或化合物蒸发，然后沉积在基本表面上，蒸发 的方法常用 电 阻 加 热，高 频 感 应 加 热，电 子 束、激 光 束、离子束高 能 轰 击 镀 料，使 蒸 发 成 气 相，然 后 沉 积
4 高效纳米化塔填料制备方法比较
自 1998 年卢柯和吕坚提出了金属材料表面纳 米化的概念，金属表面纳米化处理技术将纳米晶体 材料的优异性能与传统工程材料相结合，在工业应 用上表面纳米化材料研究不断取得新的成就。在高 效塔填料研究方面，由纳米材料具有独特的优异性 能如高强度、良好的塑性变形能力（ 包括超塑性） 、高 比热、高热膨胀系数以及独特的理化性能等优点，塔 填料表面纳米化后材料性能和传统涂层相比，纳米 复合的涂层，具 有 优 异 的 力 学 性 能。 纳 米 材 料 在 尺
1 前言
纳米材料具 有 独 特 的 优 异 性 能 如 高 强 度、良 好 的塑性变形能力（ 包括超塑性） 、高比热、高热膨胀系 数以及独特的理化性能等引起了人们的高度重视。 一直以来，人们对纳米材料进行了广泛而深入的研 究。在纳米材料的制备技术、制备方法、性能及其应 用领域的探索和拓展等方面都取得了长足的进步。
Abstract： This paper mainly summarizes the surface nanocrystallization method from the physical and chemical methods； at the same time，it makes the contrastive analysis toward the advantages and disadvantages of various nanocrystallization methods and its applicable range as well，and discusses the development prospect of surface nanocrystallization method． Key words： packing； nanocrystallization； progress； method