稀土掺杂正交发光纳米晶:从基础到前沿应用

摘要:镧系离子掺杂的上转换发光纳米材料具有独特的非线性反斯托克斯发光,在生命科学、光子传输、可编程控制和信息编码解码等领域有着广阔的应用。稀土掺杂的正交发光纳米晶是近年来在发光领域上的一大研究方向,是基于上转换发光机理,在合理的核壳结构设计中实现单一纳米粒子上的正交发光多功能性集成、拓宽光谱的可选择性范围和时空可调性,进而进一步推动其在相关领域应用的发展。本文综述了近10年来在合成稀土掺杂正交发光纳米晶的设计优化方面上所取得的进展,系统地探讨了基于核壳结构构建的稀土离子能量传递实现正交发光的调控过程,总结了其在信息安全防伪和生物成像与治疗前沿领域上的应用,并讨论了当前正交发光所面临的挑战以及未来的展望。

高熵合金涂层的研究进展

摘要:高熵合金涂层由于具有优于块体高熵合金和传统金属涂层的综合性能,在航空航天、核反应堆等极端服役环境下表现出了巨大的应用潜力。涂层低维形态产生的尺寸效应与高熵合金独特的多主元特征效应相耦合,使高熵合金涂层具有成分均匀、组织致密、结构稳定、性能优异等特点。概述了近年来高熵合金涂层的主要制备技术,简述了不同制备方法的原理、优势及工艺参数对涂层组织性能的影响。探讨了高熵合金中主要组元元素的作用、相结构的调控准则、多相转变行为等微观组织结构的特征与影响机制。论述了高熵合金涂层的服役性能特点,包括力学性能、抗氧化、耐腐蚀、抗辐照及耐磨损性能,并分析了成分/工艺-组织-性能的关联及相关作用机理。最后,总结了目前研究工作中存在的关键科学难题与挑战,对高熵合金涂层的研究方向与应用前景进行了展望。

热致变色材料智能涂层

摘要:能源与环境现状迫切要求开发出具有节能特性的新一代智能建筑窗户,以有效降低建筑能源消耗。热致变色材料能够根据外界温度变化改变自身光学性质,智能地调节进入室内的太阳辐射能量,且不消耗其他能源,在建筑节能方面具有极大的应用潜力。常见的热致变色材料包括水凝胶、离子液体、钙钛矿、超材料、液晶和VO2等。其中VO2在相变前后透过率在近红外区域明显降低而在可见光范围内保持不变,是热致变色智能窗材料的理想选择之一。本综述概述了热致变色涂层相关材料的工作原理、构筑方法及最新研究进展。首先介绍了常见热致变色材料的结构特性和相变机制。之后以VO2为例,阐明了智能窗涂层表面工程设计和优化方法,讨论了不同构筑手段对光学性能的影响。最后,梳理了目前热致变色智能涂层所存在的不足及面临的困难,并对未来的研究方向进行了展望。

钙钛矿太阳能电池中吸收层的研究进展

摘要:钙钛矿太阳能电池因具有成本低、制备容易和光电性能优异等突出特点受到了广泛关注. 钙钛矿太阳能电池能量转化效率已从2009 年的3.8%提升到2019 年的25.2%. 我们在文中重点总结了钙钛矿电池吸收层的制备工艺,掺杂和晶体组成、结构调控方面取得的重要进展,以及这些突破对电池效率提高的贡献,同时也提出了钙钛矿太阳能电池发展仍需要解决的问题。

柔性阻变存储器材料研究进展

摘要:本文简述了阻变存储器的基本结构、工作原理、发展历程和研究现状,归纳总结了柔性阻变存储器的材料体系,包括介质材料、电极材料和基底材料,以及柔性阻变存储器材料体系的总体趋势和最新研究进展;分析了柔性阻变存储器的性能特点,包括存储性能和力学性能。阐述了发展柔性阻变存储器的重要意义与面临的挑战,提出了该领域现在研究中存在的不足和未来需要进一步研究的方向。得出力学性能稳定的高电导可拉伸电极和存储性能稳定的可拉伸介质是柔性阻变存储器材料今后发展的主要方向。

石墨烯调控3D打印功能钛的组织和性能

摘要:用选区激光熔化(SLM)技术制备多孔石墨烯/钛复合材料,研究了石墨烯(Gr)作为增强相对其微观结构、力学性能以及抗腐蚀性能的影响。结果表明:用SLM制备的多孔钛由较小的等轴晶组成,石墨烯加入使其晶粒尺寸进一步减小,石墨烯没有在Ti 基体中团聚,部分石墨烯与Ti 原位生成的TiC 产生了弥散强化。多孔Gr/Ti 复合材料的压缩曲线由弹性变形阶段、应力平台阶段和致密化阶段组成,其硬度、抗压强度和压缩率分别为503HV、317.38 MPa 和42%;其抗腐蚀性能高于纯钛,腐蚀电位为-0.325 V,腐蚀电流密度为3.28×10-7 A·cm-2。

轻质高熵合金研究现状

摘要:高熵合金由于具有独特的合金设计理念和优异的性能而受到广泛关注。早期的高熵合金主要基于过渡族元素、难熔元素或者稀土元素,密度相对较高,从而极大限制了其应用。轻质高熵合金是基于Al、Li、Mg、Ti 等轻质元素开发的一类新型高熵合金,在材料轻量化的趋势下,关于轻质高熵合金的研究逐渐增多。轻质高熵合金作为高熵合金的新分支,具有低密度、低模量、高比强度、高比硬度的独特优势。除此之外,轻质高熵合金还具有高熵合金的高强度、高硬度、优异的耐磨性、良好的耐氧化性、优异的耐腐蚀性、良好的抗高温氧化和抗高温软化性能以及良好的生物相容性等特点。这些性能上的优势使得轻质高熵合金在航空航天以及生物科技领域极具应用潜力。目前,轻质高熵合金的研究主要涉及成分开发、制备、组织结构表征、性能特点等。新成分的开发与设计主要利用经验参数与相图计算以及第一性原理计算相结合的方法。合金的制备以感应熔炼、电弧熔炼和机械合金化等方法为主; 轻质高熵合金的相组成与组织结构通常包括非晶态组织、单相多晶组织、多相复杂组织等; 其性能方面的研究主要涉及力学方面的强度、硬度、高温蠕变等,还包括抗氧化性、耐蚀性以及生物相容性等。本文从轻质高熵合金的成分设计、制备方法、组织特征、性能特点等方面进行了综述,并指出了轻质高熵合金所面临的问题与挑战。

钛——跨入新千年的金属巨人

摘要:介绍了海绵钛提取及钛材生产在20世纪的兴起与发展;论述了钛、钛材、钛合金在国民经济各主要工业部门,特别是在高新技术领域的广泛应用与重要作用;展望了钛工业在新千年的市场前景并提出在我国应给予重点发展和关注的建议。

可降解铝合金在油气田开采中的开发应用进展

摘要:可降解金属是完成设定功能后,在含水体环境中可分解成粉体的材料。随着非常规油气田开采技术的迭代进步,可降解金属的潜在应用包括但不限于压裂球、桥塞、球座等。本文以可降解铝合金为例,概述了可降解的含义、铝的降解原理、可降解铝在油气田开采装备中的优势;归纳了压裂工具的力学性能、降解性能、环境相容性等要求;介绍了Al-Ga-In-X、Al-Ga-Sn-X和Al-Ga-In-Sn-X(X为Mg、Cu、Zn、Ti等元素)等较为成熟的可降解铝合金体系及降解机理;总结了温度、介质类型、制备技术等影响降解性能的因素;列举了可降解金属在油气田开采装备中的应用案例。提出了目前函需解决的产学研用合作、行业标准等问题,展望了今后的发展方向。

工业纯钛TA1薄带制备工艺对织构与性能的影响

摘要:TA1常温下具有密排六方结构,滑移系较少,对称性较差,塑性变形机制复杂,加工方法不同会导致其各向异性,造成制耳、起皱等缺陷。为解决该问题,本文选用了厚度为0.5 mm的TA1薄带,通过X射线衍射(XRD)、电子背散射衍射(EBSD)、拉伸成形试验及共聚焦显微镜,研究了由于制备工艺不同而产生的不同织构和组织对其性能的影响规律。研究结果表明:金相分析发现强度和塑性指标与平均晶粒度成反比,形变孪晶的存在使拉伸时孪生与滑移相互作用,促进性能上的各向异性;全纵轧时,棱锥面滑移协调c 轴运动,产生棱锥型织构(1- 21- 5),(011- 3),使可开动的滑移系分别为易激活的柱面滑移、较难开动的基面滑移或滑移,产生各向异性;换向轧制会促进(0001),(0001)基面织构的形成,该织构增加了六方晶粒厚度方向的变形阻力,降低薄带各向异性。改变纵轧规程和换向轧制对细化晶粒和提高基面织构组分比例有利。