析出强化

对新型电子和功能材料的重视，以及对更轻重量和更可持续结构材料的需求，大大推动了聚合物、2D材料和陶瓷等材料的研究。然而，从飞机发动机到家用电器的众多工程应用仍然依赖于金属的高强度和耐用性。因此，金属材料的研究一直持续进行中，而且新材料及其新工艺的开发仍是当下材料界的研究热点，包括高品质高强钢、不锈钢、耐热钢及高温合金等材料[1-4]。大多数金属材料工程应用中必须考虑其强度和韧性。纳米级的第二相弥散强化既能够提高材料强度，又能改善材料韧性的方法之一，因此它对开发新的高性能材料非常有帮助，引起研究者的兴趣。目前，已经有文献报道纳米析出相Nanoprecipitates（NPs）可以大大提高材料的力学性能、耐蚀性、高温性能等。金属材料的性能强化机理与第二相的特征参数及分布有着密切的关系，很多材料强度计算模型也是基于第二相尺寸及百分含量进行计算的。如Friedel和Orowan模型，Friedel切过机制模型:其中r为粒子半径，f为析出相体积分数Orowan绕过机制模型:其中d为粒子半径上述模型说明材料的屈服强度与其内部第二相粒子的平均直径密切相关。此外，纳米析出物类型、尺寸和数量等对疲劳、蠕变等力学性能也有较大影响。因此 NPs的定量表征工作尤为重要。特别是基于当前众多材料均是利用NPs改善材料的力学性能、耐蚀性能、耐热性能、韧性等，析出相定量工作具有较为广泛的实际应用意义，简便、高效定量测试方法的开发工作尤为必要。金属材料的表面形貌与材料的服役过程中表面摩擦行为、腐蚀行为等密不可分，因此对表面形貌的定量分析显得极为有意义。同时金属材料里面的纳米析出相的力学性能一直是材料力学表征的难点，主要受限于尺寸问题，使得众多力学测量设备无能为力。而标准AFM的探针曲率半径为10nm左右，牛津AFM的AMFM技术可以完美解决金属纳米析出物的定量力学问题。表面形貌的定量统计目前， 传统的金属材料NPs的研究主要使用XRD，SEM和TEM。其中，XRD可以表征NPs平均尺寸，但仅能给出粒度范围，尺寸定量精度有限，无法同时获得NPs在材料内的分布。SEM可以表征NPs，但统计结果容易受到表面起伏的影响。由于材料表面腐蚀原因造成某些部位凸起也有可能被统计成析出物颗粒。而TEM可以观察NPs，但在定量统计NPs含量存在问题，主要是纳米析出相在金属材料晶粒和晶界上随机分布导致部分NPs以及边界不明显，从而导致后面的统计出现较大偏差。如图1所示，通过SEM和TEM检测贝氏体钢析出相的尺寸存在明显差异。因此本文推荐使用原子力显微镜检测的方法对金属领域中NPs的定量进行快速且精确的表征。图1 贝氏体钢微观形貌(a)SEM结果(b)TEM结果原子力显微镜(AFM)是一种高精度、快速的表征样品表面特征的技术，可以用来定量表征金属中的NPs。它不仅可以测量颗粒的大小，还可以定量测量其力学和电学性能。技术的进步使得Oxford AFM成像比上一代原子力显微镜的速度更快，操作更容易，数据更可靠。此外，AFM的样品制备要求与其它技术相比更方便，实际使用极具有优势。AFM可以通过形貌、相位图以及材料的力学性质图直接分析NPs。图2给出了高温合金经过抛光之后的析出相的AFM形貌图和相位图，图中可以清楚观察到NPs呈弥散分布，类圆形，尺寸主要分布在10-50nm，该结果与TEM观察结果一致，也说明了AFM表征粒子尺寸信息的准确性。图2 高温合金AFM形貌图，相位图和TEM图

研究背景凝固型酸奶作为一种营养、健康的食品，在部分发达国家和地区占据液态奶市场50%以上份额，因具有独特的发酵香味及绵软的口感，深受全世界消费者的喜爱。然而，凝固型酸奶在低温运输及贮藏过程中常因温度浮动易出现凝胶乳清析出等问题。膳食纤维作为人体必需的第七大营养素，对抑制餐后血糖升高，改善胃肠道功能具有显著作用。不溶性膳食纤维作为膳食纤维家族的重要分支，经纳微化改性后具有较高的比表面积，能暴露出更多的亲水羟基，赋予其良好的溶胀性及持水性。因此，采用纳微化膳食纤维作为强化因子，替代传统商业凝胶剂在改善酸奶乳清析出等货架期品质方面极具潜力。纳微化膳食纤维不仅弥补了凝固型酸奶这类蛋白精细食品膳食纤维的不足，同时也满足了现代消费者对清洁食品的需求。本研究采用笋头副产物为原料制备了纳微化笋膳食纤维粉，研究了纳微化笋膳食纤维粉的乳润湿性和添加浓度对凝固型酸奶货架期乳清析出率的影响。并从凝胶质构特性、微观结构以及水分分布的角度，讨论其抑制乳清析出的作用机制。图1 添加不同浓度笋膳食纤维加工的凝固型酸奶(A) CK；(B) 3g/L NBDF-1.5；(C) 6g/L NBDF-1.5；(D) 9g/L NBDF-1.5；(E) 12g/L NBDF-1.5；(F) 15g/L NBDF-1.5实验仪器仪器：本文采用德国KRÜ SS DSA100液滴形状分析仪评价膳食纤维与乳体的润湿性。方法：取200 mg冻干膳食纤维粉末置于压片机上制成薄片（直径20 mm，厚度2 mm），采用快速精密滴定器滴加1 μL纯牛乳于膳食纤维薄片上，平衡后采用高速摄像机捕捉画面，对液滴形状进行拟合分析即可得到接触角结果。结论与讨论纳微化笋膳食纤维的乳体润湿性纳微化膳食纤维在乳体的润湿性代表其亲和能力，会影响酪蛋白凝胶网络的形成质量，从而影响凝固型酸奶货架期乳清析出的程度，故此选择乳体润湿性良好的膳食纤维对改善凝固型酸奶凝胶品质至关重要。膳食纤维粉末（固体）、牛乳（液体）以及空气（气体）三者间形成接触角可用来表示固液间的亲和能力，接触角越小表明膳食纤维与乳体系间的亲和能力越好，润湿性及分散性越强。图2 不同粒径范围的纳微化笋膳食纤维与乳体系间的接触角(A)BDF；(B) NBDF；(C) NBDF-0.5；(D) NBDF-1.5；(E) NBDF-5.5；(F) NBDF-5.5B笋膳食纤维经多元复合改性后的乳体润湿性如图2所示。笋膳食纤维随着改性程度的增加，其接触角会呈现先下降后上升的趋势。BDF与牛乳间的接触角较高，达到88.93°。当膳食纤维经过超声-压热与酶解改性1.5h，NBDF-1.5与乳体系间形成的接触角最小为40.34°。进一步延长酶解时间或通过球磨改性的膳食纤维与牛乳间的浸润角明显提高。这些结果说明，未改性的大颗粒膳食纤维与改性过度的纳米级膳食纤维与乳体系的亲和能力均不理想，而粒径D50为10-30μm的微纤丝具有良好的乳体润湿性能。本质上，牛乳主要是由乳蛋白溶液与油脂形成的乳液体系，膳食纤维在乳体系中维持良好的分散性必须平衡各种分子间作用力。微米级颗粒状的笋膳食纤维由于表面羟基数目有限，亲水性能差，因此与乳体系的亲和能力弱；另一方面，纳米级颗粒状膳食纤维富含大量表面亲水羟基，不易于乳体系中的脂肪亲和而产生较大的接触角，乳蛋白之间弱的静电斥力不能彻底抵抗纳米纤维素之间的氢键缔合作用力，因此体系容易团聚而不能形成稳定溶液。值得注意的是，笋膳食纤维经多元复合改性后形成的微纤丝显示出较低的接触角，这可能与微纤丝相比纳米级颗粒具有更多疏水基团，与O/W水包油体系有更好的亲和能力有关。同时，微纤丝的长径比更高，空间位阻更大使得其分子间氢键缔合作用减弱，因此在乳体系中的分散性更好。结论采用超声-压热结合酶法改性制备的纳微化笋膳食纤维（粒径D50为10-30μm，直径20-30nm）呈现微纤丝状形态，具有良好的乳体系润湿性。该粒径纳微化膳食纤维与乳体系的接触角为40.34°，可作为膳食纤维配料适用于凝固型酸奶加工。该膳食纤维的添加可有效提高凝固型酸奶的振荡稳定性，降低酸奶低温货架期28天的乳清析出率。主要原因是将乳体系中的自由水转化为束缚水，通过提高乳体系的持水能力来优化酪蛋白凝胶网络结构，从而缩小酸奶发酵凝乳过程的乳清孔隙通道来抑制酸奶的乳清析出。研究表明，笋纳微化膳食纤维微纤丝可作为天然凝胶剂在提高凝固型酸奶品质方面极具潜力。参考文献：[1]陈秉彦,郭晓菲,林晓姿等.纳微化笋膳食纤维改善酸奶货架期乳清析出的作用[J/OL].食品科学:1-13[2024-0103].

质检总局和国家标准委日前发布了新修订的《陶瓷片密封水嘴》(GB18145-2014)强制性国家标准，将水嘴的重金属析出、密封性能、流量、寿命作为强制性条款，其中重金属析出一款对17种重金属析出规定了严格的限量值。新标准将于2014年12月1日实施。　　据国家标准委有关人士介绍，随着经济发展和社会进步，我国城乡居民对健康安全的要求越来越高。为满足健康安全需求，国家标准委高度重视水嘴铅超标问题，委托全国建筑卫生陶瓷标准化技术委员会组织行业专家、检验机构、认证机构、企业代表、消费者代表以及科研院所进行多轮论证和深入讨论，积极修订《陶瓷片密封水嘴》国家标准，将标准中金属污染物的种类明确增加到17种，尽可能涵盖了水龙头析出的所有金属污染物种类。　　我国已是世界上最大的水嘴生产国和出口国，全国年产量超过1.5亿件，年销售额超过200亿元，最大的企业的产量约2000万件。我国陶瓷片密封水嘴内销的生产企业近300家，绝大多数是以小型私营企业为主，主要集中在广东、福建、浙江等沿海地区，占全国总产量的95%以上。　　新标准将水嘴重金属析出、密封性能、流量、寿命作为强制性条款，其余为推荐性条款。据介绍，密封性能是水嘴最基本的性能要求，主要考核水嘴是否漏水，造成水资源浪费或损坏用户财产。流量是水嘴最重要的一项使用性能，决定水嘴是否节水并满足正常使用功能，流量太大造成水资源浪费，流量太小不能满足正常使用功能。寿命用来衡量水嘴使用周期，也是衡量水嘴质量好坏的一项重要指标，水嘴各项元件及辅助材料的质量会影响产品的寿命，通过对水嘴寿命进行强制要求，可以确保产品满足正常使用功能。　　对于一段时间以来社会广泛关注的重金属析出指标及限量值，标准分别规定每升水中铅的析出量不大于5微克，其他16种金属每升水的析出限量分别作出规定。