Search

Hydroxyapatite (HA) coatings were deposited onto Ti6Al4V substrates via atmospheric plasma spraying under systematically varying spray parameters, leading to different in-flight particle velocities. Morphology, composition, and tribological properties of the coatings were then studied. The coatings deposited at higher in-flight particle velocities exhibited smoother surface topography, better inter-particle bonding and higher Young’s modulus and hardness. Ball-on-disc tribological results showed that the friction and wear of the HA coatings significantly decreased with increased in-flight particle velocity under both dry and wet (Hanks’ solution) conditions. All HA coatings exhibited lower friction and wear during the wet sliding due to the lubricating effect of the solution.

We report the first use of spark plasma sintering (SPS) as a single-step process to achieve superhydrophobic reduced graphene oxide (rGO). It was found that SPS was capable of converting smooth and electrically insulating graphene oxide (GO) sheets into highly electrically conductive rGO with minimum residual oxygen and hierarchical roughness which could be well retained after prolonged ultrasonication. At a temperature of 500 °C, which is lower than the conventional critical temperature for GO exfoliation, GO was successfully exfoliated, reduced, and hierarchically roughened. rGO fabricated by only 1 min of treatment at 1050 °C was superhydrophobic with a surface roughness (Ra) 10 times as large as that of GO as well as an extraordinarily high C:O ratio of 83.03 (atom %) and water contact angle of 153°. This demonstrates that SPS is a superior GO reduction technique, which enabled superhydrophobic rGO to be quickly and effectively achieved in one single step. Moreover, the superhydrophobic rGO fabricated by SPS showed an impressive bacterial antifouling and inactivation effect against Escherichia coli in both aqueous solution and the solid state. It is envisioned that the superhydrophobic rGO obtained in this study can be potentially used for a wide range of industrial and biomedical applications, such as the fabrication of self-cleaning and antibacterial surfaces.

Weavable color-change materials are useful in smart textiles. Here we demonstrate static and programmable color change on flexible polydiacetylene (PDA)coated carbon nanotube (CNT) yarns through 3D hopping-conduction-induced electrochromism. The color change could be achieved using pre-patterning and further specified through defining the current paths. Mild heating before polymerization was used to gain control over the critical transition voltage and ZnO nanoparticles were introduced to anchor PDA and facilitate reversibility of the electrochromic transition. In-situ absorbance and Raman spectroscopy, Raman mapping and surface characterization with X-ray spectroscopy revealed that mild heating increased the critical transition voltage while PDA anchoring on ZnO improved the reversibility. The ability to tune CNT/PDA electrochromism through inexpensive structural alterations is promising for applications in smart textiles where complex patterns can be instantaneously realized and controlled with electrical stimulus. (C) 2016 Elsevier Ltd. All rights reserved.

Titanium powder was deposited onto steel specimens using four thermal spray technologies: plasma spray, low-pressure cold spray, portable cold spray, and warm spray. The specimens were then subjected to strain controlled cyclic bending test in a dedicated in-house built device. The crack propagation was monitored by observing the changes in the resonance frequency of the samples. For each series, the number of cycles corresponding to a pre-defined specimen cross-section damage was used as a performance indicator. It was found that the grit-blasting procedure did not alter the fatigue properties of the steel specimens (1% increase as compared to as-received set), while the deposition of coatings via all four thermal spray technologies significantly increased the measured fatigue lives. The three high-velocity technologies led to relative lives increase of 234% (low-pressure cold spray), 210% (portable cold spray), and 355% (warm spray) and the deposition using plasma spray led to an increase of relative lives to 303%. The observed increase of high-velocity technologies (cold and warm spray) could be attributed to a combination of homogeneous fatigue resistant coatings and induction of peening stresses into the substrates via the impingement of the high-kinetic energy particles. Given the intrinsic character of the plasma jet (low-velocity impact of semi/molten particles) and the mostly ceramic character of the coating (oxides, nitrides), a hypothesis based on non-linear coatings behavior is provided in the paper., Titanový prášek komerční čistoty byl nanesen na ocelové substráty pomocí čtyř technologií: plazmovým nanášením, nízkotlakým a přenosným studeným kinetickým nanášením a středně-teplotním nanášením. Vzorky byly posléze podrobeny únavovému testování cyklickým ohybem s kontrolovanou výchylkou volného konce na vlastnoručně sestaveném zařízení. Pomocí změn v rezonanční frekvenci těles byl sledován průběh šíření trhlin. Počet cyklů při dosažení stanoveného porušení průřezu vzorku byl hodnocen jako ukazatel únavové odolnosti. Bylo zjištěno, že u ocelových substrátů nemá otryskání povrchu významný vliv na únavovou životnost vzorků (zvýšení pouze 1%), zatímco nanesení nástřiků všemi technologiemi způsobilo její významný nárůst. Tři vysokorychlostní technologie vedly ke zvýšení životnosti o 234% (nízkotlaké kinetické nanášení), 210% (přenosné kinetické nanášení) a 355% (středně-teplotní nanášení) a depozice za použití plazmového nanášení vedla ke zvýšení relativní životnosti o 303%. Nárůst životnosti u vysokorychlostních metod (studené a středně-teplotní nanášení) je pravděpodobně způsoben přítomností relativně homogenních únavově odolných vrstev a též vznikem kompresivních napětí v substrátech dopadem vysokoenergetických částic. Vzhledem k typickému charakteru vrstev nanesených plazmovým hořákem (tj. nízkorychlostní dopad částečně nebo zcela natavených částic) a jejich převážně keramickému charakteru (oxidy, nitridy), je v článku navrženo vysvětlení založené na nelineárním chování nástřiků.

In this research, NiAl particles modified Al2O3 composites with toughening and crack-healing performances were prepared by spark plasma sintering. The toughening effects as a function of the NiAl particle size and content were systematically investigated. The fracture toughness was increased by 80% compared with pure alumina after incorporation of 1 μm NiAl particles at 15 wt%. A self-healing process of damaged composites induced by indentation was found to occur, mediated by oxidation of NiAl at elevated temperatures with the size of the NiAl particles. Atomic force microscopy was adopted to characterize the crack-healing performance and to explore the healing mechanism under each healing condition. The best crack-healing efficiency of 99.2% was found in the composite containing 1 μm NiAl at 15 wt% that was annealed at 1300°C for 5 h. In addition, the fracture toughness of the composite was further enhanced by 40% after the crack-healing process. These multifunctional ceramic composites may have promising and broad application in areas such as thermal barrier coatings, fuel cell membranes, etc.

The study presents a comprehensive research on the plasma spray fabrication of TiO2 coatings with microstructural properties adjustable via controlling the respective in-flight properties of the feedstock particles. The in-flight properties can be, in return, governed by tuning the plasma system spray parameters. By linking the two determined approaches, a connection between the important coating characteristics (composition, microstructure, surface and mechanical properties) to the plasma system settings was established. It was shown that by changing the values of six parameters representing the flexibility of the plasma system, the temperatures and velocities of the particles within the jet can be altered from 2125-2830 K and 137-201 m/s, respectively. The values of the in-flight temperature critically influenced the efficiency of the coating build-up (values ranging from 8-84 um per 1 torch pass) and the content of anatase phase in the fabricated coatings (0-5.8%), while the in-flight velocity of the TiO2 particles was found to be connected to the porosity of the coatings (ranging from 14.4-26.2%) and the adhesion strength at the coating-substrate interface (2.6x difference)., Publikace představuje výsledky komplexního výzkumu nanášení plazmatických nástřiků TiO2 s vlastnostmi modifikovatelnými pomocí ovlivnění letových vlastností částic výchozích prášků. Tyto letové vlastnosti mohou pro změnu být řízeny nastavením depozičních parametrů plazmového systému. Zjištěním a zkombinováním těchto dvou závislostí byl stanoven vztah mezi výslednými vlastnostmi nástřiků (složení, struktura, povrchové a mechanické vlastnosti) a nastavením plazmového systému. Ve studii bylo ukázáno, že změnami šesti parametrů reprezentujících flexibilitu plazmatického systému lze měnit letové teploty a rychlosti částic v proudu plazmy v rozmezích 2125-2830 K a 137-201 m/s. Bylo dále ukázáno, že hodnoty letových teplot významně ovlivňují depoziční efektivitu procesu (hodnoty přírůstků tloušťky 8-84 um při jednom přejezdu pušky) a obsah fáze anatas ve výsledných nástřicích (0-5.8%), zatímco letové rychlosti částic TiO2 jsou úzce spjaty s porozitou nástřiků (výsledné hodnoty v rozsahu 14.4-26.2%) a adhezní síle rozhraní substrát-nástřik (rozdíl až 2.6x).