中国生物制造关键技术进展与未来趋势

摘要:生物制造作为实现绿色低碳和可持续发展的重要技术路径,正沿着“原料—技术—过程—产品”全产业链加速演进。首先,从原料端分析了传统粮食原料的局限性,重点介绍生物制造原料向非粮生物质拓展,高性能菌种及酶的开发向精准化、智能化演进,过程工程技术及核心装备向模块化、智能化迭代的最新进展,为构建安全、稳定的生物制造原料基础提供支撑。技术端系统梳理了基因编辑、代谢工程、计算设计、人工智能(AI)等底层工具在核心菌种、底盘细胞和工业酶精准设计中的应用,推动生物制造向高效化、模块化、智能化发展。在过程端,重点讨论智能细胞工厂、精准生物发酵、在线监测、数字孪生及智能装备国产化等关键技术的融合创新,加速实现由经验驱动向模型驱动与智能决策转型。在产品端,总结生物制造在医药、食品、化工、材料等领域的产业化进展及应用前景。最后,针对中国生物制造在菌种自主可控、高端装备依赖等方面的短板,提出关键技术攻关方向,为未来生物制造的技术路线与产业发展提供参考。

激光熔覆粉末研究综述

摘要: 激光熔覆作为一种新兴的表面涂层改性技术,在制备表面强化涂层和材料改性方面发挥着至关重要的作用。熔覆粉末材料是决定熔覆层性能的关键因素之一,已成为激光熔覆技术研究的焦点。首先介绍了激光熔覆技术的核心原理,然后详细阐述了金属粉末、陶瓷粉末和复合粉末等熔覆材料的特点及研究进展,最后对激光熔覆层粉末材料的未来发展方向进行了展望。

高熵合金中的成分非均匀性及其作用

摘要: 高熵合金因其独特的结构特征和优异的力学性能受到了研究人员的广泛关注。最初, 高熵合金被认为是理想的固溶体, 具有完全随机混乱的元素分布。而近期越来越多的研究表明, 高熵合金中广泛存在元素分布的非均匀性, 包括局域的化学短程有序和元素浓度波动, 这里统称为成分非均匀性。了解高熵合金中成分非均匀性的结构细节及其对于力学行为的作用至关重要。近五年, 不少工作对此进行了探究。简要综述了国内外关于高熵合金中成分非均匀性的研究, 基于其对位错滑移的影响总结了相关材料强化机制, 并展望了高熵合金中成分非均匀性的未来研究趋势。

超疏水涂层在防除冰领域的研究进展

摘要:鉴于积冰与霜雪覆盖对户外设备安全构成的严重威胁及导致的巨大经济损失,必须寻求高效的防除冰策略来减少户外设备表面积冰。在众多方法中,超疏水表面因其出色的憎水性能和简便的制备流程,被认为是极具潜力的防除冰手段。阐述了固体表面湿润性的基础理论及防除冰机理,指出超疏水表面可以通过减少固液界面接触面积、延长结冰时间及降低冰层附着力等方式,有效减少冰的生成或促使冰层脱落。重点综述了自修复性、耐磨性、电热及光热超疏水涂层在防除冰领域的研究进展,分析了现存的问题与挑战。此外,归纳了超疏水涂层的常用制备方法,并对不同方法的优劣势进行了评价。鉴于目前超疏水涂层的性能测试都是在实验室中进行的,缺乏大规模的实际应用,最后对超疏水防除冰涂层的未来发展趋势做了展望。通过持续的创新和研究,期待可以有更多经济、环保和高效,并且可大规模制备的仿生超疏水表面出现,为减少户外设备表面的结冰提供有效的解决方案。

模板限域原位制备镁基纳米复合材料进展

摘要:MgH2作为一种具有高储氢容量[(7.6%(质量分数),110 kg·m-3]和低成本优势的固态储氢材料,其高热力学稳定性(脱氢焓值-74.7 kJ·mol-1)及缓慢的吸放氢动力学性能,严重制约了实际应用。研究表明,原位合成法通过自下而上的组装策略,成功实现了Mg/MgH2体系纳米化,有效调控其粒径从而改善储氢性能。本文综述了化学还原、热氢化、气相沉积等原位合成镁基储氢材料的原理,重点阐述了模板限制材料对Mg/MgH2体系粒径调节、吸放氢热/动力学性能与催化机理的影响,同时针对当前原位合成技术中存在的制备成本高、容量衰减大及空气稳定性差等挑战进行了探讨,展望了在纳米限域材料作用下原位制备高性能高储量镁基储氢材料的可行方向。

光热协同催化及其相关动力学

摘要:【目的】研究光热催化过程中光催化的高选择性和热效应的驱动力结合,发挥协同作用,以提高反应速率和选择性。【研究现状】综述光热催化发展的重要事件以及光热催化技术的广泛应用;概括半导体催化和等离子基元金属催化的基本原理以及光诱导的热效应、光引发的热电子、光热催化遵循光反应的光热催化体系的复杂性和多样性;总结揭示反应路径、评估光效应、动力学同位素效应等相关动力学研究对探索光热催化机制的重要性。【结论与展望】提出光热催化的实际情况和作用机制具有复杂性和多样性,认为正确认识光催化和热催化在光热协同过程中的贡献和反应路径对光热催化的发展十分重要。

新环保绝缘气体应用于高压电气设备的研究进展

摘要:本文综述了国内外关于新环保绝缘气体的研究进展,重点围绕国际主流推广的全氟异丁腈(C4F7N)气体及其在电气设备中的应用,总结了C4F7N混合气体的间隙、沿面绝缘特性并提出了相关设备绝缘的设计依据,分析了其在不同工况下的分解特性与气-固相容性评价指标,介绍了C4F7N及其混合气体灭弧性能的研究进展和系列环保设备的研发及应用情况,为当前阶段SF6电气设备环保化升级提供理论参考。同时指出目前国内外仍在开展性能优异的新环保绝缘气体研发攻关,为绿色低碳电网建设提供技术支撑。

基于分子动力学的GaN纳米加工中位错演化机制

摘要: GaN 晶体广泛应用于新能源汽车、航空航天和军事等领域, 但硬脆性限制了其加工效率。研究精密加工中不同形状压头对材料破坏损伤的影响是实现GaN 高效韧性去除的关键。采用分子动力学对GaN 晶体Ga 面的压入和划入过程进行模拟,分析了球形压头以及不同朝向的Berkovich 压头对原子堆积和滑移以及刃位错分布和演变规律的影响。在压入过程中, 位错主要分布于压头与材料接触边界的外围; 对于球形压头, Ga 面上的原子滑移主要沿着晶向族的6 个方向; 对于Berkovich压头, 尖锐棱边能有效抑制该方向原子的滑移和位错扩展, 当压头一尖锐棱边朝向[11-20]晶向时, 原子滑移以及位错现象减少, 原子滑移和堆积主要出现在垂直于压头3 个侧面的方向上。在划入过程中, 刃位错主要经历了滑移产生、扩展成型和破坏重组3 个过程。球形压头划入后产生的位错最多, Berkovich 压头尖角朝前划入后产生的位错适中, 且亚表层非晶形变区域均匀, 原子堆积少。