李渊-防雾涂层X
210806391_锆合金表面高熵合金涂层研究进展
科技视界Science&Technology Vision新技术应用DOI:10.19694/ki.issn2095-2457.2022.29.22锆合金表面高熵合金涂层研究进展方灿张宝亮涂蒙河胡勇王辉(中国原子能科学研究院反应堆工程技术研究所,北京102413)【摘要】作为水堆燃料组件主要材料的锆合金在失水事故条件下会发生严重的锆水反应,影响反应堆安全。
在锆合金表面沉积耐高温蒸汽氧化的涂层,将其与高温蒸汽隔离以避免直接接触,是耐事故燃料包壳发展的主要方向之一。
高熵合金涂层利用了多主元合金材料的诸多性能优势,近年来受到了国内外研究者的广泛关注。
本文对锆合金表面高熵合金涂层的研究进展进行介绍,主要包括涂层的结合力、高温高压水腐蚀、高温蒸汽氧化及离子辐照性能方面,并提出锆合金表面高熵合金涂层研究工作中存在的问题及展望。
【关键词】锆合金;耐事故燃料包壳;高熵合金涂层0引言锆合金具有良好的中子经济性以及在反应堆正常运行工况下良好的耐腐蚀、辐照性能，在过去的几十年里得到越来越多地使用。
现代压水堆、沸水堆燃料组件的活性区几乎完全由锆合金构成。
但是，失水事故（LOCA）工况下，锆合金会发生严重锆水反应，放出氢气并释放大量衰变热，从而可能引发氢爆及堆芯熔毁事故。
福岛事故的发生，直接推动了耐事故燃料（ATF）[1]包壳材料的研发工作。
1锆合金表面涂层ATF包壳，旨在代替锆合金，缓解或消除LOCA下锆水反应导致的氢爆及失效风险，提高包壳对裂变产物的包容能力，延迟燃料熔化的时间。
其候选材料种类繁多，主要包括涂层锆合金包壳（Cr、CrAl、MAX相等涂层）、先进金属包壳（如FeCrAl包壳等）以及SiC复合陶瓷包壳等。
不同的ATF包壳候选材料拥有各自的优势和不足。
美国爱达荷国家实验室于2014年提出了ATF的发展规划路线[2]，优先发展难度较小的涂层锆合金包壳，之后是薄壁合金钢包壳，再之后是Mo包壳，最后是陶瓷包壳。
防雾涂层原理
防雾涂层是一种特殊的表面涂层，其主要原理是利用涂层表面的特殊结构和性质，使水汽在表面上形成均匀的薄水膜，从而防止雾气的形成。
防雾涂层通常应用于透明材料表面，如玻璃、塑料、镜子等，以解决在潮湿环境下因表面积聚水汽而产生的雾气问题。
主要的防雾涂层原理包括以下几点：
1. 超疏水性：防雾涂层的表面通常具有超疏水性，也称为超亲水性。
这意味着涂层表面能够使水汽快速展开成薄膜，而不是形成水滴。
当水汽在表面形成薄膜时，可以有效减少光的散射，从而减少雾气的出现。
2. 纳米级结构：防雾涂层通常包含微细的纳米级结构。
这些结构能够提供更大的表面积，使水汽分子更容易附着在表面上形成薄膜。
同时，这些结构还可以减少水膜与表面之间的接触面积，从而减少水滴的形成。
3. 自洁能力：一些防雾涂层具有自洁能力，可以将附着在表面上的尘埃和污垢清洁掉，保持表面的清洁和透明度，从而减少雾气的形成。
4. 镀膜技术：有些防雾涂层是通过镀膜技术实现的。
通过在表面上镀覆一层特殊的材料，可以使水汽更容易在表面上形成薄膜，从而达到防雾的效果。
需要指出的是，防雾涂层并不能完全消除雾气，尤其在极端潮湿条件下，雾气仍可能出现。
但是，防雾涂层可以显著减少雾气的形成，提高透明材料的可视性和使用效果。
这使得防雾涂层在汽车玻璃、眼镜、相机镜头等领域得到广泛应用。
不锈钢板做防雾处理的原理
不锈钢板做防雾处理的原理
不锈钢板做防雾处理的原理是通过表面涂层或处理，来改善不锈钢板在潮湿环境下的防雾性能。
以下是详细解释：
1. 表面涂层原理：一种常见的防雾处理方法是在不锈钢板的表面涂覆一层防雾涂料。
这种涂料通常含有亲水剂，使水分更容易在表面均匀分布，而不会在形成水滴。
当水遇到被涂层的表面时，涂层会使水以扁平膜的形式铺展开来，降低水滴的表面张力，使水分更加薄且均匀地覆盖在表面上，从而减少雾气的形成。
2. 表面处理原理：除了表面涂层，还可以通过物理或化学方法对不锈钢板进行处理，以提高其防雾性能。
其中一个常见的方法是通过酸洗处理。
在酸洗过程中，不锈钢板表面的氧化物和杂质会被去除，增加表面的平滑度和光洁度，减少水滴的附着和延展性。
通过酸洗处理后，不锈钢板表面会更加容易湿润，有助于水分在表面均匀分布，并减少雾气的生成。
3. 物理原理：不锈钢板的防雾性能与其表面结构和化学成分有关。
在不锈钢板的表面，存在微小的凹坑和凸起，并且具有一定的亲水性。
当空气中的水蒸气接触到不锈钢板表面时，会在凹坑中聚集起来形成水滴，从而产生雾气。
因此，改善不锈钢板的防雾性能需要增加其表面的平滑度以及亲水性。
涂层和处理的方法可以改变不锈钢板表面的物理和化学性质，降低水滴的形成和持续时间，从而有效减少雾气的产生。
总之，不锈钢板做防雾处理的原理主要包括表面涂层、表面处理和物理原理。
这些方法都旨在提高不锈钢板的表面平滑度和亲水性，使水分均匀分布，减少水滴的形成和持续时间，从而降低雾气的生成。
这种防雾处理可以应用于各种领域，如建筑、汽车、电子等，提高不锈钢板的可视性和使用效果。
表面喷涂专用转台研制
科技创新导报2013 NO.14Science and Technology Innovation Herald工业技术科技创新导报 Science and Technology Innovation Herald62表面喷涂技术是表面工程领域内表面该型最有效的技术之一。
表面喷涂的技术工艺方法很多，各有特点。
无论采用何种工艺方法，喷涂过程中形成涂层的原理和涂层结构基本一致。
如图1所示，表面喷涂过程中喷涂枪的喷射速率、喷射角度、喷涂距离与待喷涂基体的工作进给密切相关，两者之间的相对运动的速度对基体喷涂后的涂层性能有很大的影响。
1 研制表面喷涂专用转台主要考虑的因素零件表面涂层的均匀性、连续性，主要取决于零件的旋转速度。
因此转台采用变频无级调速机构，可实现一定范围内的任意速度值。
2 工装的主要结构分析2.1 工作台工作台采用铝制带T型槽结构，待喷涂产品安装在工作台上面，通过T型槽安装压板，将待喷涂产品压紧在工作台上。
工作台通过轴承支座与电机相连，带动待喷涂产品匀速转动。
2.2 轴承支座轴承支座系统起到传动作用，将电机与工作台连接起来。
采用圆锥磙子轴承降低传动阻力，达到稳定传动的目的。
端面轴承保证传动轴与轴承支座连接在一起的同时，能自由转动。
唇型密封圈保证喷涂过程中产生的粉末灰尘不进入传动系统中，避免轴承产生卡滞。
通过速度传感器接口连接速度传感器，可以准确测出工作台的即时转速，满足喷涂技术要求。
2.3 电机参照喷涂技术要求，常用工作台转速在80～120 r/m i n 之间，所承受扭矩基本为工作台和待喷涂产品产生的扭矩，扭矩不大，且安装电机的空间受限，采用与减速器直接连接的Y2-801-4三相异步电动机，减速器速比选择11：1，电机额定输出转速为126 r/mi n。
采用SANP系列变频器进行电机的调速，保证电机输出转速的稳定可调，实现无级变速功能，最终电机输出转速在0-126 r/min 之间可调。
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聚二烯丙基二甲基 氯化铵（PDDA） 和全氟辛酸的钠盐 1:4组成的盐
Jin Yang, Zhaozhu Zhang, * Xianghui Xu, Xiaotao Zhu, Xuehu Men * and Xiaoyan Zhou , Superhydrophilic-
superoleophobiccoatings, Journal of Materials Chemistry ,11/2011
目前所作的部分工作以及结果探讨
主要是对应立萍师姐的文献《亲水疏油型含氟环氧树脂的制备和表征 》进行相关研究。
最后通过固 化剂N,N-二 甲基苄胺将 环氧树脂固 化在玻璃表 面。
当前遇到的问题
固化的过程中， 随着溶剂的挥 发均匀涂抹在 玻璃上的涂层 不容易铺展开， 有向一个点聚 集的趋势。
⑴48.79
⑵35.00 水的表面接触角
⑶24.25
⑴70.59
⑵77.70 十六烷的接触角
⑶67.22
表面结构与组成的不均衡导致在同一个表面不同区域亲水疏油性能的不同
长时间浸泡于DMF中导致部分溶解，部分脱离玻璃表面，说明当前我在聚氨酯合成、环氧树脂固化环节有所欠缺
PEG分子量1000
过程中尝试直链二异氰酸酯代替IPDI，测试其是否会由于由于异氰酸酯分子结构由环装改为位阻更小的直链状而导致 接在E44上的亲水疏油链数量改变而导致性能的优化。
谢
谢
据 2009 年的数据统计，全 国共发生道路交通事故 23.8 万起，造成 67759 人死亡， 27512 人受伤，直接财产损 失 9.1 亿元， 而其中由于驾 驶员视线受到影响而造成的 事故占有很大比例。
车窗玻璃起雾的原因
1.外部环境
雨天开车时由于车内外温差的关系车窗容易起雾，原因是车窗玻璃与外界 相接触温度较低，车内的水蒸气凝结在玻璃上形成雾气。
当前研究
本人课题是疏油—亲水—高结合力的 三段式防雾涂层， 利用其中的两性聚合物 的链段重构实现对水和油的智能响应性， 使涂层同时具有亲水和疏油两个特性。 当前主要技术指标： （1） 防雾性能：水接触角≤30°，油接触 角≥90°； （2） 光学性能：高分子材料可见光透射 比大于 90％。
当前工作思路
PS:纵观当前防雾涂层或防雾材料方面的研究，只存在（超）疏水疏油和（超）亲 水疏油两种。
1.疏水疏油方面的研究
水在基底表面的静态接触角和滚动角
在不同空气湿度情况下材料表面雾化现象
Yu Chen, Yabin Zhang, Lei Shi, Jing Li, Yan Xin et al, Transparent superhydrophobic/superhydrophilic coatings for self-cleaning and anti-fogging, American Institute of Physics ,07/2012
国内外防雾技术的发展趋势
1.起步 国外上世纪60年代末就掌握一些玻璃防雾技术，我国上世纪80年代才开 始研究，欧美和日本都取得了较好的成果。 最早期的除雾技术是采用物理加热的方法，使玻璃表面温度高于露点， 如发动机吹风技术、挡风玻璃中内置发热丝。 人们发现使用肥皂水喷洒过的玻璃表面具有一定的防雾效果，以此为启示 发展出各类表面活性剂防雾剂。
2.基材的表面润湿性
洁净的玻璃理论上与水的接触角为0°，但是在日常生活中， 从车内的塑 料和橡胶制品中挥发出来的苯类、 醛类等有机挥发物会对聚集粘附在玻璃表 面，大大降低玻璃表面的润湿性。
2.当前日常生活中主要的防雾手段
1 ）抹布擦拭 1 2 2）打开车窗，让空气对流，降温并带走水汽
3 3）使用专门的防雾喷雾剂 4 4）开启前挡风暖风空调和外循环 5 5）洗洁精稀释擦拭玻璃表面防雾
玻璃表面防雾涂层的研究
报告人：李渊 导师：乌学东研究员、李赫副研究员
表面事业部
1 引言 2 玻璃表面防雾涂层的发展历程
3 当前防雾涂层的研究热点
4 本人课题
1.玻璃起雾现象
由于车内和车外的温差，在挡风玻璃 上作用，驾驶室内温度高于室外，造成驾 驶室内的水汽凝结在内挡水疏油方面的研究，也是目前防雾领域研究最多的领域
反应时间和水的表面接触角之间的关系
1
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3
4
材料的自清洁过程 John A. Howarter and Jeffrey P. Youngblood ，Self-Cleaningand Anti-Fog Surfacesvia Stimuli-Responsive Polymer Brushes ， advanced materials， 10/2007
主要通过可逆加成-断裂链转移聚合（RAFT)聚合而成
Yun Wang, Qibao Dong,Yanxue Wang, Hu Wang, Guang Li,Ruke Bai , Investigation on RAFT Polymerization of a Y-Shaped Amphiphilic Fluorinated Monomer and Anti-Fog and Oil-Repellent Properties of the Polymers ,Macromolecular rapid communications,07/2010
这些防雾剂不耐擦拭， 使用时间较短， 需要经常喷涂， 而且挥发的表面活性剂对于人体有一定损害。
3.防雾涂层设计理念
（1） 使玻璃表面疏水， 让水在玻璃上的接触角趋向于 180°，即我们所谓的疏水 性甚至是超疏水性。 （2） 使玻璃表面疏水，让水在玻理上的接触角趋向于0 °，即我们所说的亲水性 甚至是超亲水性。