镍基单晶高温合金的研发进展
摘要：单晶高温合金是先进航空发动机、燃气轮机的核心热端材料，单晶叶片要求高、制造工艺复杂、容错空间小，在高温、复杂应力、氧化和热腐蚀等苛刻环境下工作。本文概述了近几年镍基单晶高温合金在合金研制、组织性能演化和表征、近服役环境下力学行为评价以及叶片制造工艺等方面的研发进展，并简单介绍了难熔高熵合金等“下一代”新型高温结构材料的研发情况。
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镍基高温合金表面冲击强化机制及应用研究进展
摘要：为满足不断攀升的两机涡轮动力系统的快速发展，表面冲击强化技术在涡轮转子用高温合金表面强化的应用及相应机制的研究受到了广泛关注。然而，高温合金表面硬化层在高温服役环境下的回复、再结晶行为难以避免，由此引起的表面强韧化、抗疲劳效果的退化，成为制约表面冲击强化技术在先进高温合金关键部件深入应用的瓶颈。本文总结了近年来镍基高温合金表面冲击强化机制及应用研究进展，分析了表面冲击强化对镍基高温合金表面强韧性及抗疲劳的作用规律，探究了高温合金表面冲击硬化层在高温及长期时效过程中的显微组织、微结构演化及其对高温稳定性的作用机理。以期为发展镍基高温合金表面冲击强化、提高两机涡轮转子疲劳抗力提供基础。
基于稳定性的第三代先进高强钢设计
摘要：第三代先进高强钢(TG-AHSS)是近年来材料科学与汽车工业领域的研究热点。本文针对TG-AHSS的成分设计、热处理工艺及强韧化机制，基于热力学稳定性阐明了第三代先进高强钢成分设计的宗旨，基于广义稳定性对几类代表性热处理工艺进行了诠释。在此基础上，从广义稳定性与热-动力学相关性形成的热-动力学贯通性入手，对第三代先进高强钢的强韧化机制进行了总结和归纳。从热-动力学角度，对第三代先进高强钢的设计策略进行了展望。
结构功能一体化高锰减振钢研究发展概况
摘要：阻尼材料主要通过内耗把振动能转化为其他形式的能量而减少振动和噪声，这种从材料本身入手来实现减振降噪的方法最为直接和有效。作为一种新兴的结构功能一体化钢铁材料，高锰减振钢依靠其大量的ε马氏体和层错等作为阻尼源而呈现突出的阻尼特性，在力学性能、成本以及适用范围等方面也具有独特的综合优势。结合团队前期取得的研究结果，本文主要对高锰减振钢的国内外研究和发展情况进行综述。首先，对高锰减振钢的微观组织特征进行介绍，分析热与变形诱导条件下奥氏体、ε 马氏体和α'马氏体间的相互转变行为；其次，总结了高锰减振钢的力学行为与加工硬化机制以及阻尼性能和机理，对比几种强化机制对于力学性能的影响规律，并阐明了影响高锰减振钢阻尼性能的关键性因素；最后，指出了高锰减振钢研发过程中存在的问题，并对未来的研究进行展望。
镁离子电池的工作原理与关键材料
摘要:镁离子电池具有原料丰富、成本低廉、环境友好以及高体积比容量等优点,近年来备受广泛研究。然而,充放电过程中缓慢的Mg2+ 扩散动力学性能、镁金属负极表面钝化层的形成以及电解液对空气敏感、腐蚀性强与电压窗口低等问题阻碍了其发展和实际应用。探索合适的电极材料以及与之兼容性好的电解液对镁离子电池的发展至关重要。简述了镁离子电池的工作原理,总结了镁离子电池正极、负极材料以及电解质的研究现状,并探讨了它们存在的问题以及相应的解决策略,旨在推动镁离子电池的进一步发展。
低温金属离子电池负极材料的研究进展
摘要：环境污染与温室效应的日益严重促进了清洁二次能源的发展与利用。具有高能量密度、环境友好等特性的锂离子电池成为最佳的储能载体。但当温度低于0℃时，传统石墨负极难嵌锂，电池性能急剧恶化，且低温充电时易析锂引发安全问题。为了满足锂离子电池的低温应用需求，通过改变电解液成分使其熔点降低，并调节SEI成分与去溶剂化过程，能够降低电荷转移阻抗，但石墨负极的本质属性使其低温应用受到限制。为从根源上解决锂离子电池低温性能差的问题，需要寻找具有适中工作电位、高离子扩散能力、高容量的新型负极材料替代传统石墨负极。嵌入式负极材料中，钛酸锂和二氧化钛具有较好的低温与倍率性能，但能量密度较低，应用范围受到限制，研究重点在于进一步挖掘其低温高倍率能力，使其应用在较为恶劣的服役环境中。合金的嵌锂反应在低温下较易进行，并且能够提供较高容量，其是极具潜力的锂离子电池低温负极材料，可以通过复合结构设计与表面改性提升其低温性能与循环寿命。基于转化反应的负极材料通常具有较高的赝电容效应，较快的表面反应受温度的影响较小，能够在低温下实现快速的充放电，通过纳米结构设计等方法能够进一步增强材料的赝电容效应。尽管Na、K、Mg 等新型金属离子电池能量密度较低，但资源丰富，并且本征低温性能优于锂离子电池，在寻找与之适配的负极材料后有望成为重要的低温储能器件。本文根据金属离子在负极材料中的存储方式来分类，综述了低温锂离子电池以及新型金属离子电池负极材料的研究进展，并展望了低温负极材料的发展趋势。
高电压钴酸锂正极材料研究进展
摘要：钴酸锂( LiCoO2)因具有较高比容量、高放电平台及压实密度等优点，是目前用于3C等消费类电池的主要正极活性材料。随着电子产品的轻量化、微型化发展，人们对钴酸锂体系锂离子电池能量密度和循环性能的要求逐渐提高，如何有效提升能量密度是当前亟需解决的问题。提升能量密度的方法主要有开发高比容量活性材料、提升材料的压实密度和提高工作电压。其中，提高工作电压是现阶段最有效的方式。在高充电截止电压(＞4.4V)下，钴酸锂脱锂量增加，更多活性Li+参与脱嵌过程，使得材料的实际克容量得到显著提升。同时，高工作电压会造成材料的结构发生不可逆相转变、界面副反应增多等问题，导致材料性能降低，电池容量衰减。针对这些问题，近些年研究者对高电压钴酸锂做了大量改性研究，解决方法主要集中在体相掺杂和表面包覆。体相掺杂能提高材料的结构稳定性，延缓层状结构坍塌。表面包覆对缓解界面副反应有显著的作用。通过改性来实现相转变及界面副反应的有效控制对推动高电压钴酸锂的商业化发展具有重要意义。本文主要以高电压钴酸锂材料作为切入点，总结了钴酸锂的结构组成、制备方法以及高工作电压下性能衰减原因，重点讨论了高电压钴酸锂的体相掺杂和包覆改性的研究进展，深入分析了改性对材料结构及电化学性能的影响，最后对高电压钴酸锂正极材料的发展趋势进行展望。
太阳能电池多晶硅表面激光制绒技术研究进展
摘要：作为一种绿色可持续的清洁能源，可以转化为热能或电能，是传统能源最重要的替代品。多晶硅太阳能电池由于具有较低的成本而被广泛用于光伏发电领域，降低多晶硅片表面反射率是提升多晶硅太阳能电池效率的重要手段之一。本文分析了硅基太阳能绒面微结构的吸光原理，梳理了各类常见制绒方法。在此基础之上，总结了激光制绒的各类加工方法，概括了不同激光加工方法对多晶硅片表面绒面产生的相应效果，其中，激光复合方法制绒的效果普遍优于单一激光制绒。随后从激光加工工艺的角度，分析了激光加工主要参数对绒面微结构形貌的影响：由于不同波长下多晶硅材料的吸收率不同，各加工效果亦不相同；通过调整脉冲激光加工中的重复频率、扫描速度等参数，可影响制绒面凹坑间距进而改变绒面微结构的密度，通过调整功率、单脉冲能量等因素则影响微结构的烧蚀程度或深度；而入射角度、能量分布及脉宽对制绒亦有明显效果。对比发现，各典型绒面微结构的形貌中，Ｖ形纹理比Ｕ形纹理更能有效地捕捉吸收光线，而二维复合型陷光微结构比单一型陷光微结构吸光性更好。在此基础之上，论述了化学后处理对提升多晶硅片绒面质量的作用体现，表明化学后处理能改善或消除多晶硅片经激光制绒后形成的熔覆层等相关缺陷，经化学后处理后制成的多晶硅太阳能电池效率显著提高。文章最后对太阳能电池多晶硅表面激光制绒技术进行了总结与展望。
钙钛矿太阳能电池稳定性研究进展及模组产业化趋势
摘要：有机无机杂化钙钛矿材料具有优异的光电特性，在光伏、显示和传感领域均获得了广泛关注。近年来，钙钛矿太阳能电池技术发展迅速，在效率提升和面积放大方面不断取得突破，但钙钛矿材料和器件的稳定性问题一直没能得到根本性的解决，严重制约了钙钛矿光伏器件的实用性能及商业化推广进程。钙钛矿太阳能电池的不稳定性来源于器件中钙钛矿层、电荷传输材料和电极材料的失效，失效原因主要包括光照、水分、温度和氧气等环境因素，因此深入理解各因素对钙钛矿太阳能电池稳定性的作用机理至关重要。此外，与晶硅和其他薄膜电池相比，钙钛矿太阳能电池在材料性能、器件结构等方面都有较大差别。目前晶硅电池和其他薄膜电池的稳定性评价方法和测试手段对钙钛矿太阳能电池不能完全适用，为了使不同机构间钙钛矿太阳能电池稳定性的测试结果可以对比，需要统一稳定性测试标准。本文总结了钙钛矿材料及光伏器件稳定性的影响因素，剖析了光照、水分、温度和氧气等环境因素对钙钛矿器件稳定性的作用机理，并对提升钙钛矿太阳能电池稳定性的方法进行了综述。最后分析了钙钛矿太阳能电池稳定性的评价方法和测试手段，并对钙钛矿太阳能电池的未来发展方向进行了预测，以期为钙钛矿太阳能电池商业化应用提供新思路。
空间太阳能电站关键材料技术需求展望
摘要：空间太阳能电站( Space solar power station，SSPS)作为可再生空间能源系统，需要基于大型展开结构与控制技术、高效太阳能转化技术、超大功率电力传输与管理技术、远距离无线能量传输技术、在轨组装与维护技术等多种关键技术协同应用进行构建。材料技术作为上述各类关键技术中最基础的技术支撑，也将面临更大的挑战。本文通过分析空间太阳能电站建设难点，阐释了大尺寸桁架、柔性太阳能电池、超大功率导电旋转关节、在轨原位制造等关键技术对轻量化、柔性化、智能化新材料的发展需求。
