我国先进特殊钢材料技术与应用进展

摘要:本文综述了我国先进特殊钢材料技术的研究进展及其在国家重大战略工程中的成功应用。近年来,我国特殊钢领域依托系统性创新,在基础理论研究、关键技术突破和产业化应用方面取得了全面进展。在材料体系方面,超高强度钢、耐热钢、不锈钢、合金结构钢、工模具钢、轴承钢等重点品类性能持续提升,实现了强度、韧性、耐腐蚀性、耐高温性和疲劳性能的协同优化。在制造工艺方面,突破了一批关键制备技术,包括超纯净冶炼、精确组织调控、增材制造等先进生产工艺。这些技术进步有力支撑了航空航天、能源电力、海洋工程、高端装备等国家重点领域的材料需求,实现了多个关键部件材料的自主可控和进口替代。面向未来,我国特殊钢材料正朝着更高性能结构功能一体化、绿色低成本制造等方向持续发展,同时注重全生命周期的可持续发展。这一系列成就不仅体现了我国钢铁工业的技术进步,更为国家制造业转型升级和重大战略实施提供了坚实的材料基础支撑。

原位冷冻电镜技术和可视蛋白质组学前沿

摘要:近年来,随着原位冷冻电镜技术和人工智能技术的不断发展,结构生物学的研究模式发生了重大转变。结构解析不再局限于分离提纯的单一生物大分子,而是在细胞甚至组织内原位直接解析生物大分子的高分辨率结构,并对亚细胞区域整体分子景观进行结构探索,从而更深刻地理解细胞与组织内生命活动的分子机制。通过展示细胞内不同蛋白质复合物的精细原位结构,可以进一步生成蛋白质组的可视化定量空间分子结构功能图谱,即可视蛋白质组学。以原位冷冻电镜技术为代表的新技术能够在空间水平阐明细胞内蛋白质组的三维相互作用网络,促进从整体上系统性地理解细胞内生物大分子结构功能与互作机制。为推动中国原位冷冻电镜技术和可视蛋白质组学的发展,本文总结了其研究模式和最新前沿进展,结合具体实例展示了新概念与新技术的先进性,并对发展前景进行了展望。

电催化CO2还原制甲醇及机器学习赋能

摘要:随着全球对二氧化碳排放的关注日益增加,电催化二氧化碳还原(ECO2R)制甲醇在碳达峰背景下显得尤为重要。然而现有ECO2R催化剂在活性、选择性和稳定性等方面仍存在一些挑战,限制了其实际应用,这使得开发高效催化剂成为该领域的核心研究方向。传统的催化剂设计是通过试错法进行,效率低下。因此,需要寻找新的加速催化剂开发的方法。随着AI的快速发展,机器学习逐渐成为推动催化剂研发的重要工具。本文系统综述了ECO2R制甲醇的反应机理,总结了近年来铜基、非铜基及酞菁基催化剂的最新研究进展。最后介绍了机器学习应用的基本程序,从数据收集到模型验证,并重点阐述了其在催化剂活性预测、催化剂设计及优化方面的应用。尽管机器学习在ECO2R研究取得了显著进展,但仍存在若干挑战,包括数据稀缺、模型可解释性不足以及缺乏通用预测框架等。未来研究应致力于构建高质量的催化剂数据库,提升模型的可解释性和泛化能力。本综述旨在为ECO2R制甲醇的催化剂设计提供全面的视角,并强调机器学习在推动该领域实现突破性进展中的关键作用。

海工混凝土环氧涂层的改性设计与防护机制研究进展

摘要:海洋环境中的海浪导致物理条件的变化、气候的多变、化学成分的复杂性、生物等多种外界因素耦合,尤其在海洋工程方面,混凝土的服役环境更恶劣。在海洋防腐蚀领域,环氧树脂(EP) 材料具有耐海洋环境下氯离子的腐蚀、经济效益好等优点,在海工混凝土中被广泛应用。目前,针对海工环氧涂层的改性研究不断更新和深入,以混凝土为基体的环氧涂层改性也成为研究热点,但在海工混凝土服役的海洋环境多因素耦合作用下,应建立的防护体系仍需系统的开展相关研究。基于此,从海工混凝土环氧涂层研究背景及意义、失效形式及机制、多维助剂改性和防护机制4个角度展开,对海工混凝土环氧涂层的改性设计与防护机制调控研究进展进行分析与论述。综述了海工混凝土环氧涂层的多尺度结构设计与防护机制研究进展,总结了目前海工混凝土环氧涂层的环境、结构、工艺、机制4 个维度的研究现状、前景,对未来的海工混凝土环氧涂层的超长寿命防护研究、仿生设计、机制研究具有指导意义。

Ti2AlNb合金研究进展及在航空发动机上应用可行性分析

摘要:Ti2AlNb 合金优良的综合高温性能使其有望取代部分镍基合金,作为航空发动机关键结构材料实现发动机自身减重。针对未来高性能航空发动机轻量化设计需求,结合统计对比、对照实验、有限元仿真分析等方法,从材料特性、合金冷/热加工工艺性能、减重收益等方面分别进行分析,讨论该合金在航空发动机中应用的优势、潜力以及仍需解决的问题。分析结果表明,该合金在减重方面优势显著,且较好地实现了强度、韧性和塑性的综合匹配,无明显短板;具有可接受的冷、热加工性能,通过变形、铸造等方式均可制备工程可用的大规格零件;应用于机匣等静子件可在镍基高温合金基础上减重35. 3%,应用于整体叶盘/轮盘等转子件可在镍基高温合金基础上减重37.3%。

仿生中空结构在隔热材料中的热管控应用

摘要:近年来,高性能复合材料的应用需求与新材料结构设计相互促进、共同发展。仿生结构研究为创造高性能复合结构材料提供了创新源泉,也为设计开发新型功能器件提供了高效方法。南极企鹅羽毛和北极熊毛发均具有天然的微纳米级大孔结构,其低热导率有利于企鹅和北极熊在极寒地区维持体温。基于中空结构优异的隔热特性,研究人员已在多种尺度上仿生设计并宏量制备一系列隔热材料,并对其性能开展了系统研究,促进了该类材料的工程化应用。本文综述了以中空大孔结构的企鹅羽毛和北极熊毛发为灵感设计的仿生隔热材料研究。该类材料具有微米级孔隙结构,其孔径尺寸接近分子自由程。通过建模分析,进一步揭示了仿生中空结构中的热量传递机制。本文重点综述了仿生中空隔热材料的研究进展,展望了该类材料未来的研究方向,探究了其在界面光热蒸发、能源利用和生态保护等方面的潜在价值。通过对生物结构特性的深入解析及其在应用中的构效关系研究,有望推动设计开发结构稳定、性能卓越的仿生材料。

专利视角下钨基材料增材制造技术的发展态势研究

摘要:钨基材料在航空航天、国防军工、医疗设备等领域具有广泛应用,增材制造技术能够高效制备具备复杂结构特征的钨基成形件,未来产业应用潜力巨大。本文从专利视角出发,对钨基材料增材制造技术的全球专利竞争时序、技术来源、技术流向、竞争格局和技术构成进行了分析。研究发现:钨基材料增材制造技术创新正处于快速发展期,中国、美国既是全球最主要的技术来源国,也是最具潜力的目标市场国;国外企业在技术创新方面具有先发优势,而国内创新主体正处于快速追赶阶段;与国外企业相比,国内创新主体在开展海外专利布局方面的意识较为薄弱;纯钨、钨合金材料的增材制造是当前全球技术创新的热点方向。

聚合物导热复合材料三维网络构筑及性能研究进展

摘要:随着电子器件朝着小型化、高集成化及高功率化方向发展,散热问题愈发突出,开发高效热管理材料已成当务之急。聚合物复合材料相较传统导热材料,在轻质、耐腐蚀等方面优势显著。实现高效三维导热网络的设计与构筑,对聚合物复合材料获得优异导热性能至关重要。近年来,结合不同尺寸、形状等填料混杂填充策略的聚合物复合材料三维导热网络结构设计备受关注。本文首先阐述了聚合物复合材料的导热理论模型与数值模拟方法;其次,重点介绍了在聚合物基体中构筑三维导热网络的常用方法,包括预制三维填料骨架、隔离结构、双逾渗结构等;然后,详细总结了基于二维填料混杂填充聚合物复合材料在结构设计与性能调控方面的研究进展,包括填料桥接与协同效应、双填料网络构筑与性能协同、填料取向调控与剥离成型一体化等方面;最后,对该领域现存问题及未来研究方向予以总结和展望。