3D打印聚合物转化SiOC(Fe)陶瓷及其结构性能

摘要:将聚合物前驱体转化SiOC(Fe) 陶瓷技术与光固化3D 打印技术结合,成功开发出一种乙烯基二茂铁(VcFe)改性的聚合物前驱体光敏树脂。该树脂兼具较低黏度、高光敏性和良好固化强度,能够成形具有复杂几何结构和微纳特征的前驱体模型。在1000 ℃ 氩气气氛中裂解,获得形状完整、收缩均匀的SiOC(Fe) 陶瓷部件(质量保留率为45.27%,密度为1.89 g/cm3,线收缩率为32.94%)。同时系统研究裂解过程中的物相演变规律与体积收缩规律特性,并表征陶瓷产物硬度(1000 ℃ 裂解后硬度达5.93 GPa)。本研究验证光固化3D 打印技术结合聚合物前驱体转化陶瓷技术制备复杂结构SiOC(Fe) 陶瓷的可行性,为该技术的应用提供指导。

应用于极端热环境的氧化物多孔陶瓷及气凝胶隔热材料

摘要:随着航空航天装备向更高速度、更长航时的方向发展,飞行器在极端热环境中面临“新热障”挑战,传统热防护系统已难以满足其应用需求,亟须开展新型热防护系统的设计及制造研究。在防隔热一体化趋势下,隔热材料须兼具优异的隔热性能、耐温性能和力学性能。现有多孔陶瓷和气凝胶等存在显著性能权衡,亟须通过材料设计优化综合性能以满足极端应用场景的要求。系统介绍了氧化物多孔陶瓷及气凝胶作为高性能隔热材料的研究进展,详细阐述了氧化物多孔陶瓷及气凝胶的材料特性、制备方法、隔热性能、力学性能和耐高温性能等。通过组分设计、纤维增强、结构调控等手段,可以对多孔氧化物陶瓷及气凝胶在隔热性能与力学性能上进行调节,使其在极端环境热防护系统中展现出广阔的应用前景。

无机非晶微纳米材料的可控合成、特性与应用

摘要:在凝聚态物理与材料科学领域,非晶态物质的本质探究一直是国际前沿核心课题。北京航空航天大学郭林院士团队针对无机非晶微纳米材料开展了十余年系统性研究,建立了涵盖配位竞争、空间限域、原位转化、配体诱导的四大核心合成机制,成功实现零维至三维全维度非晶材料的精准可控制备。团队深入剖析非晶材料局域结构与电子态、功能特性的内在联系,攻克了稀土4f 电子调控、双电子储能、电催化固氮等多个领域的关键难题。团队基于天然牙釉质的仿生设计,研发出力学性能优于天然牙釉质的人造牙釉质材料并推进产业化。该研究为非晶材料基础理论创新提供了支撑,也为其在能源、催化、生物医学等领域的应用开辟了新路径。

陶瓷材料4D打印:从静态成形到智能结构的材料制造革命

摘要:陶瓷作为典型的无机非金属材料,经成型与高温烧结后展现出高硬度、耐高温、耐腐蚀的优异特性,分属结构陶瓷的承载耐磨、热冲击抗性,与功能陶瓷的电、磁、光、热特殊物理性能,使其成为贯穿民用生活与尖端科技的核心基础材料。而陶瓷材料4D 打印技术,将3D 打印的数字化成形优势与材料的时空变形、性能及功能动态调控深度结合,完成了陶瓷制备从“静态形状”向“智能结构”的关键跨越,成为增材制造领域的前沿研究方向。目前陶瓷4D 打印相关成果的发表与引用量呈逐年增长趋势,该方向已成为材料领域研究重点,我国更是该领域的核心研究主阵地,技术发展处于世界领先水平。

陶瓷轴承的性能短板与应用限制

摘要:陶瓷轴承具有非常优异的材料性能与使用特性,在高性能领域的应用越来越广泛。但陶瓷材料也存在一些显著的性能短板,如低韧性、高脆性、裂纹敏感性强,因而在重载荷、复杂载荷条件下,陶瓷轴承可能面临较大的断裂或碎裂破坏风险,难以满足高可靠性尤其是高安全性的要求。另外,陶瓷轴承在基础研究、制造检测、运用维护及经济性等其他方面仍存在一些难题,也对其形成了应用限制。只有客观全面地给出正、反两方面的完整信息,扬长避短,才更有利于陶瓷轴承的技术研发、用户选用与市场拓展。

热管反应堆无机耐高温导热涂层的应用与研究现状

摘要:热管反应堆因具有结构紧凑、传热效率高和固有安全等特点而在深海、深地等极端环境核能应用中展现出重要潜力。为实现堆芯燃料与热管间的高效传热以及系统的长期稳定运行,需在热管与结构基体间引入无机耐高温导热涂层。围绕热管反应堆工程需求,综述了无机耐高温导热涂层的应用设计原则,系统概述了涂层的导热性能、高温稳定性、界面结合性能、热物性匹配性、辐照稳定性及化学相容性等关键性能要求;总结了典型材料体系,并重点介绍了硅基无机耐高温导热涂层材料的制备方法;概括了无机耐高温导热涂层的性能评价方法以及基于退化规律的寿命预测模型;最后,给出了未来无机耐高温导热涂层的发展方向。

高性能石英陶瓷增韧技术研究进展

摘要:石英陶瓷具有耐高温、低热膨胀系数、低介电常数、高温稳定性好等诸多优良性能,被广泛应用于玻璃制造、太阳能光伏、钢铁冶金等行业领域。尤其是作为飞行器用天线罩、天线窗、喷嘴等的主要材料,在航空航天领域具有重要应用。然而,石英陶瓷作为脆性材料,较低的断裂韧性严重制约了其发展,因此,石英陶瓷的增韧技术成为该领域的研究热点。本文主要介绍了石英陶瓷的颗粒弥散增韧、纤维增韧和复合增韧的方法及韧化机理,重点总结了目前存在的问题,探讨了石英陶瓷增韧技术的发展方向。

微波介质陶瓷测试技术及相关体系研究进展

摘要:随着通讯技术的快速发展,微波介质陶瓷作为其中的核心材料,其性能参数一定程度上决定了应用前景。实际应用中的微波介质陶瓷要求适当的介电常数以满足各种应用场景,较低的介电损耗以提高信号传输效率,谐振频率温度系数近零以确保在不同环境中的稳定性。了解不同频率范围内的介电特性对于表征不同实际应用的介电材料非常重要。介电性能的精确测量是预测器件性能以及新体系开发的关键。国内外学者对微波介质陶瓷性能参数的测量提出了多种测试方法,但是这些测试技术均存在一定的限制。因此,详细了解各种测试技术的测试原理以及应用范围和注意事项,对于性能参数的准确测量尤为重要。微波介质陶瓷根据介电常数不同分别对应于不同的应用场景,充分了解现有体系的研究进展,为开发高性能微波介质陶瓷提供指导。本文简要概述了微波介质陶瓷的主要性能参数,并系统描述和比较了各种微波介质陶瓷测试技术,最后综述现有体系,为高性能微波介质陶瓷的研究提供借鉴参考。

无机金属盐混凝剂的研究与应用进展

摘要:混凝法因其操作简单、适用范围广及处理效率高而被广泛应用于污水处理领域。混凝剂的物理化学特性在水处理效果中起着至关重要的作用。在众多混凝剂中,无机金属盐混凝剂由于具有絮体沉降速度快、投加量少、成本低等优点而备受青睐。将无机金属盐混凝剂分为传统无机金属盐混凝剂、新型无机金属盐混凝剂及复合无机金属盐混凝剂,重点介绍其在污水处理中的混凝性能、指出其优势并分析污染物去除相关机理,旨在为无机金属盐混凝剂的应用提供理论支撑。未来的无机金属盐混凝剂应当向着绿色高效的方向进一步发展,推动更多金属元素的引入,并更加深入地探索对于新型污染物的去除效果。同时可利用人工智能进一步优化无机金属盐混凝剂制备工艺,并考察与其他水处理技术连用的效能。

矿物数据库中新型无机电子化合物材料的模式筛选与发现

摘要:无机电子化合物是一类电子被局域在阳离子晶格骨架中的特殊材料,在电极材料、电子发射、催化等领域的应用前景广阔。近年来,发现和设计新型电子化合物成为研究热点之一。然而,当前主流方法均采用“直接”策略,难以有效识别和发现结构复杂的电子化合物前驱体。本工作提出了一种新颖的“间接”策略——不是直接得到电子化合物而是以其前驱体为导向的筛选策略。首次基于美国矿物学家晶体结构数据库(AMCSD),设计了一个结合拓扑模式识别与第一性原理计算的多阶段筛选流程。该流程的核心是定义了一种基于化学局部配位环境的拓扑描述符,用以精准捕捉潜在的电子化合物前驱体结构。基于对AMCSD 数据库中20 488 个矿物晶体结构的系统性筛选,确定了18 个有高潜力的候选材料。从这些材料中不仅识别了已被实验报道的方钠石和磷灰石型电子化合物(验证了本方法的有效性),而且还发现了7 种全新未见报道的结构原型。本工作不仅展示了“间接”策略在筛选和发现新型电子化合物上的有效性,同时也证实了矿物数据库是未被充分开发的电子化合物材料宝库,所建立的模式筛选方法也为系统性发掘其他新型功能材料提供了普适性参考方案。