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连续纤维增强复合材料的3D打印工艺及应用进展
摘要：连续纤维增强复合材料因其优异的力学性能、灵活的设计性以及耐腐蚀、抗疲劳等一系列优点而广泛应用于航空航天、汽车制造、智能材料等各个领域. 传统的连续纤维增强复合材料制造工艺因生产成本较高和工艺的复杂性而限制了其在复杂结构中的应用, 3D打印技术的日益成熟为制造轻质复杂一体化的连续纤维增强结构提供了可能. 本文首先介绍了连续纤维增强复合材料的打印原料和打印方法, 并总结了不同工艺对打印过程和结果的影响, 其次分析了其在不同领域的应用前景, 最后讨论了当下存在的研究问题并对未来连续纤维增强复合材料3D打印的发展做出了展望.
石墨烯气凝胶全柔性触觉传感器的设计、组装及性能
摘要：针对柔性触觉传感器存在的设计难度大、抗干扰性差、不易封装以及线路布置困难等问题, 基于Storakers材料模型的应变能密度函数发展了一种基于石墨烯气凝胶(graphene aerogel, GA)的具有“气泡膜”结构的全柔性触觉传感器的设计方法. 通过模拟分析发现, 相对于“三明治”结构, “气泡膜”结构的GA柔性触觉传感器具有更好的抗干扰性. 在此基础上, 设计并组装了“气泡膜”结构的GA全柔性触觉传感器, 通过实验证实该GA全柔性触觉传感器具有优异的传感特性、力学特性和抗干扰特性. 同时, 设计开发了压阻式传感阵列的信号采集系统, 并成功实现了其对力的大小、物体位置和形状等信息的实时采集和传感监测.
压电光子学效应及其应用
摘要：近年来, 压电光子学作为一个新兴的研究领域吸引了学者们的广泛关注. 压电光子学效应是压电半导体的压电极化和光激发的耦合, 是利用应变诱导的压电极化调控材料能带结构进而控制电子-空穴的复合发光过程.压电光子学效应为新光源、智能触觉传感和机械光子学等重要技术提供了研究基础, 尤其结合第三代、第四代半导体材料同时具有压电效应和半导体特性的优势, 有望实现高性能的力-致发光器件. 本文简要介绍了压电光子学效应的基本原理、材料体系以及压电光子学器件的研究进展, 并对这一学科的未来发展进行了展望.
基于二维材料的压电光电子学器件
摘要：二维(2D)材料由于原子级超薄、可调带隙和优异的光电性质, 在柔性光电子学领域有着巨大的潜力. 利用应变诱导的压电势或压电极化电荷可以调控二维材料界面载流子的传输和光电过程, 这种将压电、半导体特性、光激发三者耦合产生的压电光电子学效应推动了新型二维材料光电器件的开发, 特别是压电光电子学增强的光电探测、光电化学、气体传感和太阳能电池等方向. 本文简要综述了近年来二维材料在压电光电子学领域取得的研究进展, 并对这一新兴领域未来的挑战和科学突破进行了展望.
新型建筑节能镀膜玻璃研究进展
摘要：“双碳”目标对绿色建筑和节能玻璃提出了更高的要求. 我国是浮法玻璃制造大国, 平板玻璃年产量占全球总产量的60%以上. 普通浮法玻璃不导电、不节能, 通过玻璃门窗散失的热量约占整个建筑物散热量的50%. 玻璃表面改性是实现玻璃功能化的有效途径, 通过镀膜赋予普通浮法玻璃节能功能, 对减少碳排放和能源发展战略的实施至关重要. 本文围绕课题组在建筑节能镀膜玻璃基础理论、关键技术和工程化应用研究中取得的主要研究成果, 系统总结了近年来低辐射镀膜玻璃、阳光控制镀膜玻璃和电致变色智能玻璃的研究进展. 低成本、大面积、高效稳定制备技术是建筑节能镀膜玻璃的发展需求, 智能化、定制化、系统化是建筑节能镀膜玻璃未来发展趋势.
纳米线储能材料与器件新进展
摘要：纳米线电极材料在电化学储能领域备受关注, 是纳米与新能源技术的交叉和前沿. 纳米线拥有大的长径比、较高的比表面积、轴向连续电子传输特性与径向电子限域效应. 纳米线用作电极材料时, 由于与电解液的接触面积比较大以及反应离子的脱嵌距离短, 能大幅提升电极材料的电化学活性, 故被广泛应用于功能化储能器件. 本文介绍了纳米线原位表征技术以及纳米线在储能电极材料中的应用(离子电池、高能电池、超级电容器和微纳与柔性储能器件). 对纳米线储能材料与器件的研究与进展进行了概述, 并讨论了在电化学储能材料研究中所存在的挑战. 最后, 对纳米线储能材料与器件的发展趋势进行了展望.
基于可逆热致变色的动态体吸收太阳能光热存储相变材料
摘要：相变材料(phase change material, PCM)有望解决热能储存和热管理等方面的问题. 然而, 随着瞬态熔体前沿远离热源, 其能量密度和功率密度逐渐降低. 在太阳能直接热利用过程中, 传统充热的完成完全依赖于PCM本身的热扩散过程, 低热导限制了PCM的充热速率. 本文提出了基于可逆热致变色特性的动态相变材料(dynamicphase change material, Dyn PCM), 可以自动控制光热界面位移紧跟熔体前沿, 使相变材料在光热转换中的充热速率不受材料自身热导率限制. Dyn PCM由热致变色剂和主体PCM两部分组成, 热致变色剂以2-苯氨基-3-甲基-6-二丁氨基荧烷作为供电子体, 2,2-双(4-羟苯基)丙烷作为受电子体及4-苄氧基苯基乙基葵酸酯作为溶剂成功实现无色-黑色的变换. 主体PCM以石蜡为例, 其中含83.3 wt.%石蜡含量的Dyn PCM5潜热为154.38 kJ/kg, 仅比石蜡降低6.6%, 其透明态表现出与石蜡接近的透射率为91.2%. 对比表明, Dyn PCM5的充热速率比石蜡提升了260%.经80次循环后, Dyn PCM的基团未发生改变, 充放热性能及透射率稳定性优异, 仍具有良好的可逆的变色及充热能力. 因此, 本研究提出的热致变色复合Dyn PCM5是一种有前景的太阳能储热材料, 可进一步运用在太阳能直接吸热过程中.
3D打印复合墨水体系在软骨组织工程领域研究进展
摘要：软骨是人体非常重要的结缔组织. 由于自愈合能力有限, 软骨损伤一直是临床治疗难点. 软骨组织工程的发展, 为解决软骨修复难题带来新的契机. 增材制造(3D打印)技术能够精准、快速、个性化地构建功能修复体,在软骨组织工程领域具备极大的应用价值. 以生物材料为基础的打印墨水是3D打印软骨组织工程的核心. 当前复合墨水体系凭借综合性能优势成为3D打印软骨组织工程的关注重点. 本文首先从软骨修复需求出发, 介绍了3D打印软骨组织工程研究常用的生物材料的类型和特点, 论述了国内外利用复合墨水体系构建软骨支架和骨/软骨分层支架的研究现状. 之后着重论述了软骨生物打印采用的复合生物墨水体系的发展前沿, 包括各类不同成型机理和性能特点的复合生物墨水体系、多针头生物打印、同轴生物打印、多技术集成打印等. 最后阐述了软骨生物打印实现临床应用需要克服的挑战, 为今后生物墨水研发提供一定指引.
可编织柔性纤维状水伏纳米发电机
摘要：可穿戴设备在医疗健康、物联网和机器人等领域具有广泛需求, 其发展具有小型化、轻量化、柔性化的趋势, 然而便携式、持续稳定的能源供给方式是限制其应用的瓶颈问题. 基于水伏效应的新型环境能源捕获技术为解决可穿戴设备的持续能源供给问题提供了新的机遇. 相关研究表明, 碳纳米材料在对水能的转换与利用中展现了独特的优势. 本文以导电炭黑为水伏材料, 通过简易的浸涂法及材料表面浸润性调控, 制备了水伏效应和原电池反应产能机制协同作用的可编织柔性纤维状水伏纳米发电机. 其在纯水及多种盐溶液中均能实现持续稳定的产电, 突破了目前水伏发电机对于水源中极低离子浓度要求的限制. 值得一提的是, 该水伏纳米发电机可以利用人体汗液直接发电, 有望作为柔性可穿戴设备稳定的能源供给方式, 解决柔性电子器件的持续能源供给问题.
