摩擦带电压测定器

Rtec公司和德国Fraunhofer Institute for Material and Beam Technology （ IWS ）联合开发的 最新高精度轴承试验机投入使用，这台轴承试验机被用户命名为：SULUTrib(Super lubricity tribometer）。 该设备被应用于轴承摩擦学性能测试，为研究院的科研工作提供了强有力的支持。相对于传统轴承试验机，该设备设计可兼顾滚动轴承和滑动轴承的超低摩擦系数的测试，用来评定轴承涂层材料在干摩擦或润滑条件下摩擦系数、磨损量等摩擦学特性，也可以做轴承的PV值试验。采用伺服电机闭环加载技术，载荷范围可达10kN（可定制更高载荷），伺服电机驱动可实现连续旋转或者摆动，可设定角度做摆动试验，用来考核轴承在不同运动条件下的摩擦学特性，也用来评定轴承寿命。 滚动轴承测试滑动轴承测试RTEC轴承试验机带有加热和测温功能，也可以实现一定电流和电压下的载流（ECR）测试，该功能可以用于新能源电车传动部位轴承的载流测试，用于评价轴承材料、涂层、润滑剂在带电条件下的摩擦学性能。滑动轴承根据安装使用位置分轴向安装的和径向安装两种，轴向安装主要用PV值来评价它的性能，就是用最高旋转线速度乘以正压力的值带表示它的使用极限工况。径向安装主要是做端面磨损实验。滑动轴承主要用在承受较高载荷，中低速条件下，船用、内燃机等。RTEC轴承试验机以其多功能性和高精度，成为评定轴承摩擦学性能的新的利器，为轴承研究和应用领域带来了新的测试技术创新。

目前，作为一种关键的分析技术，质谱分析已经被广泛应用于生物医药、食品科学、国土安全、系统生物、药物发现等领域。质谱分析是基于质量-电荷比(m/z)的分析方法,具有高灵敏度、高准确度、普遍适用等优势。　　在质谱分析中，离子化是将中性分子带上电荷的关键的第一步。现在商用的离子化方法大多依靠直流(DC)高压在离子源中将样品分子转化为气相离子。但是，在电离化过程中，离子的数量(Q)并不受电压(V)控制。因此，当前所有的离子化方法都没有实现对离子数量进行精确控制。而且，如果使用传统高压电源，绝大部分(99%)的电荷/电流以及离子是浪费掉的。因而，目前质谱分析在提高灵敏度、样品利用率以及占空比等发展方向上具有重大瓶颈。并且，传统使用的高压电源具有耗费高、难以携带、不安全等缺点。　　固定电荷量的高压输出恰好是摩擦纳米发电机(TENG)的一个本质特性。在佐治亚理工学院，中国科学院北京纳米能源与系统研究所王中林院士和Facundo Fernández教授共同指导下，李安寅博士和訾云龙博士组成了跨院系合作团队，用TENG驱动离子源，实现了离子源在电荷数量、正负极性、信号长短等诸多方面的精确控制。该工作为质谱分析提供了一个全新的可控参数，也是纳米发电机在大型分析仪器首次应用。相关工作开辟了崭新的研究和应用领域，并于近日发表于最新一期的Nature Nanotechnology [1]。(图1)。　　首先，该团队利用TENG成功实现了电喷雾离子化和等离子体放电离子化。由TENG提供的固定电荷量对离子化过程实现了前所未有的控制。该团队实现了纳库精度(nanoColoumb)的可控离子产生，并提出了相关的物理模型。通过TENG的驱动，离子脉冲的持续时间、频率、带电性都可以得到有效控制，并实现了最小化的样品消耗。TENG的微量电荷避免了质谱分析中DC高电压下常见的电晕放电现象，从而首次实现了超高电压(5-9千伏)纳电喷雾(nanoESI)。该方法提高在低浓度下的电喷雾离子源的灵敏度，并最大化样品的利用率。TENG驱动的离子化所实现的质谱分析被成功用于检测各种有机小分子和生物大分子，并达到了可以检测到几百个分子的灵敏度。TENG驱动的交流离子喷雾还被用于在绝缘表面进行沉积离子材料。　　该研究对于质谱分析和TENG两个领域的发展都具有开创性意义。　　首先，该研究首次实现了离子化过程中电荷数量的精确控制，为质谱分析带来了一个全新的可控参数，提高了分析精度，提供了分析非常少量样品的能力，为化学、生物检测的质谱方法的瓶颈难题提供了新的可能。并且，使用TENG可以使研究人员将喷雾时间与质谱分析时间同步起来，实现样品的最大化利用。　　同时，TENG取代了质谱设备上原有的离子喷雾电源，为小型质谱设备实现便携化并在极端条件下(例如军事或航天上)应用提供了可能。　　最后，该研究作为第一个将TENG用在设备仪器中的研究，证实了TENG作为提供高电压的一种简单、安全而有效的方法，为类似相关研究提供了思路，为TENG驱动不同仪器和过程从而实现“可控自驱动系统”奠定了基础。图1.TENG驱动离子化过程的示意图和电喷雾离子化过程的照片。长度单位：1毫米。图2.摩擦纳米发电机所产生的离子元用于分析极其微量的化学和生物样品，其精度可以达到几百个分子。　　原文链接：A. Li*, Y. Zi*, H. Guo, Z.L. Wang#, F.M. Fernández#, “Triboelectric Nanogenerators for Sensitive Nano-Coulomb Molecular Mass Spectrometry”,Nature Nanotechnology, DOI: 10.1038/NNANO.2017.17 (2017).

研究背景电性能、输出稳定性和使用舒适性是可穿戴发电机快速发展的三个重要指标。然而，能够同时简单改善上述三个指标的研究却很少。鉴于此，通过简单的自组装多孔结构的创建，设计了一种仿生Trimurti聚偏二氟乙烯(PVDF)摩擦材料，具有卓越的电气性能，在高环境湿度下的优异输出稳定性，以及在出汗条件下增加使用舒适性。 实验步骤1、将PVDF (Alfa Aesar)溶于DMSO和丙酮(DMSO体积分数为20%、40%、60%、80%和100%)的混合物中，在50℃下制备14 wt%聚合物溶液。2、针接15kv正电压直流电源。将转速为20rpm、覆有铝箔的鼓式收集器与2.5 kV负压直流电源连接，放置于离针尖8cm处，收集带电射流，即潮湿的前驱体。3、潮湿的前驱体在室温下干燥，形成干燥的PVDF垫(图1c)。将厚度约为12 μm的PVDF干燥垫从铝箔上剥离，切成方形垫(图1d)。4、在室温下，在超声下将碾磨过的用作牺牲模板的Na2CO3微粒掺入14 wt％PVDF / DMF溶液中2 h，掺杂的重量百分比为33％。将获得的前体混合物以600 rpm的转速旋涂在晶圆上10秒钟。5、在室温下干燥5分钟后，通过超声清洗并使用去离子水去除复合膜中的牺牲模板，然后将膜在80℃下干燥3小时。 PVDF垫上下表面的SEM图像和水接触角示意图。