极端环境用超高温陶瓷结构材料研究进展

摘要: 超高温陶瓷(Ultra-high Temperature Ceramic, UHTC)结构材料因其在1600℃以上氧化环境中表现出优异的抗氧化/烧蚀性能、高温强度保持率和抗热冲击性能, 成为航空航天、国防装备、能源动力等领域的重要候选材料。近年来, 围绕UHTC结构材料的成分调控、微观结构设计、先进制备工艺以及性能优化等方面, 基础研究和技术应用均取得了显著进展。以碳化物、硼化物、氮化物等为代表的UHTC 体系, 正面临着温度更高、环境更复杂的服役需求。为进一步推动极端环境用UHTC结构材料的发展, 本文系统综述了该领域的最新研究进展。首先,详细阐述了UHTC粉体的合成工艺; 其次, 深入探讨了超高温结构陶瓷的体系、致密化方法及结构调控策略; 继而重点分析了超高温陶瓷基复合材料(Ultra-high Temperature Ceramic Matrix Composites, UHTCMCs)、超高温陶瓷改性碳/碳复合材料(Ultra-high Temperature Ceramics Modified Carbon/Carbon Composites, UHTCs-C/C)以及UHTC 涂层的制备技术及其性能强化策略, 着重探讨了其在抗氧化/烧蚀领域的最新突破。同时, 本文还指出了极端环境下UHTC 结构材料在长期稳定性和可靠性方面面临的主要技术挑战, 并对其未来发展趋势进行了前瞻性展望。

手性无机纳米材料圆偏振发光的研究进展

摘要:手性无机纳米材料因为具有优异的光物理特性及广泛的应用价值而备受关注。通过采用手性配体对无机纳米材料的表面进行修饰或将无机纳米材料与手性模板进行组装获得的手性结构,可以与光子强烈作用引起偏振态的改变,产生圆偏振光(circularly polarized light,CPL)。从产生机理来讲,CPL主要包括圆偏振荧光和圆偏振散射,在一些情况下这两个机理是共存的。本文总结了硫族半导体纳米材料、金属纳米团簇、钙钛矿、镧系配合物及其他复合纳米材料中CPL的研究进展。此外,还讨论了不同的手性无机纳米材料中CPL的主要来源。本综述得出的结论有望在分子水平上实现对CPL 活性材料的各向异性因子进行调控,促进其在量子计算、光学数据存储、信息加密、3D 显示器和光学传感等多个领域的发展。

用于肿瘤综合治疗的无机纳米材料

摘要:无机纳米材料以其独特的纳米特性,在以肿瘤为代表的多种疾病的诊疗一体及综合治疗中具有越来越广泛的应用。本文重点关注该领域代表性的三类材料:超顺磁性氧化铁纳米粒、上转换纳米粒以及贵金属纳米粒,它们分别具有优异的磁学性能、光学性能及热性能,归纳总结了它们在体外检测、活体成像、药物输送以及靶向治疗等方面的应用及其优势与劣势,希望为发展生物相容性更好、诊疗效果更佳的无机纳米材料提供更好参考和建议,促进无机纳米材料的临床转化。

无机生物活性材料调控心肌再生的研究进展

摘要:心血管疾病是全球人类死亡的主要原因, 其中心肌梗死(Myocardial infarction, MI)对人类生命健康的威胁更为严重。但目前可用的药物和手术干预治疗几乎均为姑息性措施, 并未从根本上解决心肌梗死造成的心肌细胞死亡问题。而近年来的再生医学生物材料研究有望提供新的解决方案。无机生物活性材料可在体内与细胞和组织相互作用并激活细胞, 从而有效调控组织再生和损伤修复, 因此在再生医学和组织工程领域引起广泛关注。其中以硅酸盐为代表的硅基生物材料(如生物陶瓷、生物玻璃等)、碳基纳米材料、金属氧化物等在促进心肌修复和再生方面显示出巨大的应用前景。本文重点介绍了无机生物活性材料在心肌再生和修复领域的最新研究进展, 概述了其材料类型和作用机制, 最后探讨了无机生物活性材料在临床转化过程中面临的挑战, 并展望了其未来的发展前景。

二维无机材料调控病损皮肤组织再生的研究进展

摘要: 二维无机材料作为一类具有单原子层或多原子层的无机超薄纳米片, 呈现出高比表面积、高导电性和/或高光热转换效率等特点。这些独特的理化特性赋予其促凝血、抗菌、抗炎和抗氧化等生物效应。近年来, 鉴于降解和代谢问题, 该类材料被应用于调控病损皮肤组织, 如全层皮肤缺损、烧烫伤及糖尿病创面等, 展现出加速伤口愈合、减轻感染及改善炎症微环境的显著效果。本文围绕二维无机材料的特有结构和生物效应, 系统性阐述了其在伤口愈合中的应用及相关作用机制, 并展望了二维无机材料在皮肤修复领域面临的挑战和前景。

无机生物材料调控神经细胞功能及神经化组织再生的研究进展

摘要:基于神经在组织再生中的关键作用, 开发具有神经诱导活性的组织工程支架引起了研究者们的广泛关注。近年来, 无机生物材料因具有高度可控的化学组成、微/纳拓扑结构及优异的理化性能, 在调控神经细胞功能及神经化组织再生中得到广泛应用。本文首先介绍了常用于神经调控的无机生物材料, 主要包括生物陶瓷材料和电活性材料, 接着阐述了无机生物材料通过调控细胞行为、调节免疫微环境和构建电活性微环境等途径对神经细胞活性及生物学功能的增强作用, 重点阐述了无机生物材料在脊髓、周围神经、皮肤、骨骼肌、海绵体等组织神经化再生中的最新研究进展, 最后讨论了无机生物材料在调控神经细胞活性及神经化组织再生中存在的难题及未来发展前景。

全无机卤化物钙钛矿薄膜外延生长研究进展

摘要:全无机卤化物钙钛矿作为一种具有可调节带隙的半导体材料,其热稳定性和光稳定性优于有机-无机杂化钙钛矿,近年来已在太阳能电池、紫外-可见光探测器、发光二极管等领域引发广泛关注,有望成为推动高性能光电器件产业化的关键材料。外延生长技术通过构建晶格匹配的异质界面可生长高质量的晶体薄膜,结合应变工程可对薄膜材料光电性能精准调控,已成为半导体器件制造领域的核心技术路径。随着全无机卤化物钙钛矿材料向商业光电子器件领域的拓展,精准调控薄膜结晶质量、降低缺陷态密度及优化界面特性成为该领域的关键技术瓶颈问题。本综述阐述了卤化物钙钛矿的材料结构及外延生长的基本原理,按照制备方法和衬底晶格匹配程度,分类讨论了全无机卤化物钙钛矿薄膜的外延生长工作。最后,展望了钙钛矿外延的未来方向,希望通过原位生长监测、精确的界面结构表征和规模化制造,进一步提高全无机卤化物钙钛矿的器件性能和应用。

新型过渡金属氧氟化物非线性光学晶体研究进展

摘要:非线性光学晶体是固体激光器的核心器件,广泛应用于可控核聚变、量子通信、高精度光谱分析等前沿领域。最近研究表明,具有4d0和5d0电子构型的过渡金属阳离子Zr4+、Hf4+、Nb5+和Ta5+具有较低的电负性,与高电负性的氟阴离子形成的化学键中的离子键成分增加,有利于拓宽光学带隙,同时其多面体保持了较强的几何畸变,对增强晶体的非线性光学效应和双折射性能发挥关键作用。此类过渡金属氧氟化物的光学透过范围能达到紫外甚至更短的深紫外光谱区,可能是潜在的紫外非线性光学晶体候选材料。本文介绍了基于这些过渡金属的氧氟化物多面体设计合成新型无机紫外透明非线性光学晶体的最新进展,总结了11种最新报道的此类非线性光学晶体,详细介绍了其晶体结构、光学性质(吸收截止边、光学带隙、倍频和双折射等),以及过渡金属的氧氟化物多面体对这些光学性质的影响机制。

面向高温应用的聚合物先驱体陶瓷性能调控及其传感器研究进展

摘要:聚合物先驱体陶瓷是由聚合物先驱体经高温热解获得的新型陶瓷材料,其不仅具有良好的热稳定性、耐腐蚀性、抗蠕变性等高温特性,以及优异的半导体特性和大压阻系数等功能特性,还兼具成分可设计性和可加工性,是一种在高温环境下极具应用潜力的传感材料。本文系统概述了先驱体陶瓷近年来在高温传感领域的研究进展,分析了先驱体陶瓷与高温传感密切相关的微观组织结构特点及其传感机理,讨论了先驱体陶瓷电学、高温、力学特性及对应的调控手段,重点总结了近年来其在高温领域中作为各类传感器应用的研究现状,最后对其未来作为极端环境下智能感知结构/功能一体化材料的应用前景进行了展望。

高压诱导高分子多层级结构演化与性能调控研究进展

摘要:高压科学作为一门新兴的跨学科研究领域,通过调控非平衡态热力学参数,为开发新型材料的结构与性能提供了独特的研究手段。该方法在金属和无机非金属材料研究中已取得显著进展。然而,对于高分子体系,受限于表征技术及其复杂结构特性,高压条件下的相关研究相对较少。本文基于高分子物理基础理论,系统总结了高压条件下高分子材料的结构演变规律,包括分子链运动、自由体积效应、玻璃化转变及结晶行为,阐述了由此产生的力学性能与功能特性变化,并进一步探讨了当前高压高分子研究领域的关键挑战与未来发展方向。