陶瓷材料粘结剂喷射3D打印进展、应用及挑战

摘要:粘结剂喷射(Binder Jetting,BJ)是一种基于粘结剂固化的3D 打印成形技术,成形效率及成形精度都相对较高,可快速加工复杂结构。相比于陶瓷材料传统成形方式,BJ-3D 打印技术克服了复杂陶瓷构件制备困难,加工周期长、加工成本高等难题,在复杂异形陶瓷构件的净尺寸成形方面具有广阔应用前景。本文介绍了BJ-3D 打印成形工艺和成形原理,分析了BJ-3D 打印成形陶瓷材料与构件形性的影响因素,包括粉体及粘结剂的特性、打印参数、脱粉及致密化工艺等。进一步,对氧化物陶瓷、非氧化物陶瓷、生物陶瓷、陶瓷基复合材料等的BJ-3D 打印进展进行归纳,对BJ-3D 打印陶瓷材料在生物医疗、航空航天、核工业等领域的应用进行总结。最后,本文就BJ-3D 打印陶瓷材料的未来发展方向及挑战进行分析。本综述期待为陶瓷材料BJ-3D 打印研究与应用提供一定总结与参考。

电介质储能陶瓷的研究进展

摘要:电介质储能陶瓷因其卓越的性能特点,如高能量密度、快速充放电能力、优异的抗疲劳性和出色的高温稳定性,已成为固态脉冲功率系统中不可或缺的关键组件。本文总结了组分设计、宏/微观结构设计等关键技术对线性电介质、铁电体、弛豫铁电体和反铁电体储能性能的影响;并且分析了各种电介质储能陶瓷的最新研究进展;最后,对电介质储能陶瓷的未来发展方向进行了展望,强调了其在提升储能效率和拓展应用领域方面潜力。

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。

电解锰渣无害化与资源化处理技术研究进展

摘要:电解锰渣(EMR)因富含重金属(Mn、Cr、Pb)及氨氮(NH3-N)等污染物,已成为制约锰冶金行业绿色发展的重要难题。详细阐述电解锰生产工艺中电解锰渣的来源、理化性质及其对生态环境的危害,并系统综述电解锰渣无害化与资源化处理技术的最新进展。针对污染控制的需求,胶凝固化、高温固化及化学固化技术通过多机制协同实现电解锰渣中重金属与氨氮的稳定化与建材化利用,但长期环境风险与碳排放问题需要进一步的研究。浸出工艺方面,化学浸出、生物浸出及电场强化浸出等技术通过选择性提取有价组分实现无害化与资源化双重目标,但面临酸耗高、周期长及残渣毒性残留等瓶颈。未来研究需聚焦多源固废协同处置、浸出液短流程回用,推动电解锰行业向“资源-环境-经济”均衡发展的可持续模式转型。

氧化铝纳米纤维的制备及其应用研究进展

摘要:氧化铝纳米纤维作为一种重要的无机纳米材料,因其具有优异的热稳定性、高熔点、低导热性和高化学稳定性等优点,引起科研人员广泛关注。文章主要介绍氧化铝纳米纤维的3种制备方法,包括静电纺丝法、溶液吹纺法和离心纺丝法,并分别对比这3种制备方法的优缺点。当前,静电纺丝法仍是氧化铝纳米纤维最主流的制备方法,特别是多针头与无针头静电纺丝技术的发展,有效解决氧化铝纳米纤维产量不足的问题,而溶液吹纺法和离心纺丝法在一些满足产品特定需求的应用场景有望取代静电纺丝法。此外,文章还重点介绍近几年氧化铝纳米纤维在高温隔热、储能和催化等领域的应用研究进展。最后,对氧化铝纳米纤维制备技术与应用领域的未来发展趋势进行展望。

超高温复相陶瓷多层级固溶微结构及烧结熔体调控:回顾与前瞻

摘要:ZrB2基复相陶瓷是具代表性的超高温陶瓷(UHTC),其服役温度远高于烧结温度,需较多SiC 助烧致密并提升抗氧化性能。21 世纪初发现过渡金属碳化物(MC)是更好的助剂,既有效除氧还能提升高温强度;近10 年来作者们聚焦于MC 对UHTC 复相微结构的调控行为,揭示高黏滞度液相的复相反应烧结机理,并探究了复相协同固溶规律及其构效关系。定量微结构研究发现,硼碳基烧结熔体主导了ZrB2 基陶瓷的反应烧结与复相致密,调制了固溶微结构的多层级演变过程:MC 助剂经熔体转化为ZrC 晶界相,与硼化物主相的交换反应主导了复相关系;熔体作为过渡液相协助主相中M 两级固溶并形成普遍性的“核−周”结构,在烧结后期才析出ZrC 次相以及更高的M 固溶度。反应熔体对复相多级固溶结构的调控,与硅基陶瓷的相变微结构及其“溶解–再析出”液相烧结过程相似,也在晶界残留较多硅酸盐熔体及玻璃相。与单相MB2、MC 高熵陶瓷相比,MIB2−MIIC 复相UHTC 及其多层级固溶微结构有更多可调控路径,可更好优化并综合发展UHTC 的服役性能:一是固溶分相共格界面及其相互关联的位错网络化设计,可进一步提升高温强度,其相界、晶界及溶质偏聚可更为精准调控多尺度复相共格结构;二是高温下晶界相与熔体的协同演化规律及复相调控研究,可在未来发展复相多级固溶焓所主导的多元UHTC陶瓷共格结构,即复相陶瓷基因组、多层级复相结构的构效关系。

二维材料及其神经形态器件与系统:制备、机制与应用

摘要:与基于冯·诺依曼架构的传统计算机系统不同,神经形态计算系统具有存算一体的特性,避免了存储与计算单元之间的大量数据交换,提高了计算效率并大幅降低了能耗。二维材料具有原子级厚度、表面无悬挂键和性能可调等优势,是神经形态器件关键材料的有力候选者。本文综述了近年来在二维材料及其神经形态器件与系统方面的研究进展,首先介绍了二维材料的基本特性与制备方法,然后讨论了二维神经形态器件的结构与工作机制,进一步展示了其在存算一体二维神经形态器件与系统、感存算一体智能电子器件与系统以及复杂环境神经形态器件等方面的应用,最后探讨了二维材料和器件应用于神经形态计算面临的机遇与挑战。

镁渣在无机材料制备中的资源化利用研究现状及进展

摘要:我国每年镁渣排放量约800万t,受处理成本和技术等因素限制,多数镁渣被无序堆存或填埋,诸多学者对镁渣的资源化利用进行了探索。本文系统综述镁渣的理化特性、环境危害以及近年来资源化利用途径,重点探讨其在胶凝材料、水泥熟料以及固碳材料等领域的应用瓶颈与改进策略,为镁渣的综合利用提供理论支撑与技术参考。镁渣的主要成分为CaO和SiO2,矿物组成以β-C2S和γ-C2S为主,已在胶凝材料、陶瓷、固碳材料等领域得到尝试性利用。镁渣在胶凝材料和水泥熟料掺合剂方面的研究较多,用于胶凝材料时需配合其他工业固废协同使用,以提升活性、改善力学性能,也可通过物理或化学激发释放其潜在的胶凝材料活性;作为水泥熟料掺合剂时,要考虑其掺量的影响。镁渣在高附加值创新领域表现出良好的应用潜力:镁渣基固碳材料具备成本低、强度高、较为稳定等优势,可应用于道路基层和充填矿山等领域;镁渣蓄热陶瓷凭借高蓄热密度和优异的热稳定性,适用于太阳能热发电系统的储热介质;镁渣吸附剂可实现污染物的去除;镁渣可以代替传统贵金属用作催化剂,降低生产成本。目前镁渣的实际利用率仍然很低,在胶凝材料领域的主要问题是活性低、体积不稳定、激发技术成本高,仍需进行持续探索;未来,镁渣的综合利用可以在高附加值领域及矿山充填领域进行研究,拓宽其可利用范围。

等静压石墨发展近况的研究进展

摘要:等静压石墨因其优异的耐热性、各向同性、高强度、抗热震性及化学稳定性,被广泛应用于半导体、光伏、航空航天和核能等高技术领域,是当前特种石墨材料中发展最为迅速、应用层级最高的品类之一。本文系统梳理了等静压石墨在全球及我国的发展现状,重点分析了其在光伏G12+ 热场、大尺寸碳化硅半导体器件及第四代核反应堆等前沿领域的应用需求与技术演进趋势。在此基础上,深入比较了我国与国际先进水平在基础理论研究、产品综合性能、高端产品体系、大规格制品制造及绿色生产工艺等方面的差距。最后,对等静压石墨向高纯度、大规格、低成本及绿色制造方向的发展趋势进行了展望,指出加强产学研协同、突破关键装备与核心工艺瓶颈,是实现国产化替代和产业升级的关键路径。