摘要：非晶态材料是凝聚态化学研究的重要内容之一。非晶态材料长程无序、短程有序的原子排列特征，使其结构特性与物理化学性质显著区别于传统晶体材料。本文围绕无机非晶纳米材料近期的研究进展，首先从微观尺度解析了非晶结构的特性，重点探讨了组成非晶态材料的化学键与分子间相互作用的类型及作用机理；随后阐述了非晶结构在无机非晶纳米材料参与化学反应过程及功能应用中的关键作用，并基于多尺度结构视角深入分析了无机非晶纳米材料中电子态调制及原子结构设计对化学反应的调控作用，旨在建立非晶结构与反应活性间的构效关系；最后对无机非晶态材料的未来研究方向与应用前景进行了展望，为凝聚态化学的深化研究提供粗浅的借鉴。

摘要：利用第一性原理计算Mo2NiB2、Mo2FeB2、MoCoB、WCoB等三元硼化物金属陶瓷力学性能和物理性质，在开发和设计新型三元硼化物金属陶瓷方面发挥着重要作用。介绍了三元硼化物的结构特点及性能，综述了第一性原理在计算三元硼化物结构稳定性、力学性能、电子结构和热力学性能等方面的研究进展及存在的问题，并对未来的发展方向进行了展望。

摘要： 电致变色是指在外加电场下，材料的光学性质（如透过率、反射率等） 发生稳定可逆变化的技术，电致变色智能窗在建筑节能领域具有广阔的应用前景，助力我国碳达峰、碳中和目标的实现。钨酸盐纳米材料是一种极具潜力的无机电致变色材料，具有材料来源广泛、合成工艺简单、种类丰富、结构可调等诸多优点。采用钨酸盐纳米材料制备的电致变色器件，光谱调制范围广、响应时间短、着色效率高、循环稳定性良好，在智能窗和建筑节能中的应用潜力巨大。综述了钨酸盐纳米材料的结构特点和制备方法，详细阐述了其在电致变色领域的国内外研究进展，并展望了其未来研究与发展前景。

摘要： 结晶是物质分离与纯化的重要技术，目前主要采用离线分析的方法监测结晶过程参数，存在滞后性、消耗人力等弊端。基于过程分析技术（process analysis technology，PAT）的在线监测对于结晶生产工艺的优化与控制具有重要意义，可以充分提高生产效率与产品质量。原位成像技术能直观地反映结晶状态，图像分析算法提供的定量信息可用于研究结晶动力学等机理。虽然原位图像分析极具挑战性，但近些年以深度学习为代表的人工智能技术显著提升了预测精度。在简要介绍结晶领域各种常用PAT技术的基础上，重点综述了基于原位成像技术的相关研究进展，侧重于图像分析方法及其揭示的结晶行为与机理。最后，展望了原位成像技术对实现结晶过程智能监测的一些未来发展方向。

摘要: 碳化物超高温陶瓷具有高熔点(>3000 ℃)、高硬度、低热导率、优异的耐高温性和良好的化学稳定性等优点, 是高超声速飞行器热防护系统的理想涂层材料。本文概述了碳化物超高温陶瓷(TiC、ZrC、HfC、NbC、TaC)的结构与性质, 总结了化学气相沉积法、等离子喷涂法和固相反应法制备碳化物超高温陶瓷涂层的研究进展, 分析了涂层微观结构、组分、结构设计以及热流密度对烧蚀行为的影响。研究表明, 添加第二相形成多元复合涂层和采用多层结构设计, 可以有效提升碳化物超高温陶瓷涂层的抗烧蚀性能。添加第二相形成复杂氧化物, 可使烧蚀后的氧化层适度烧结, 从而获得良好的结构完整性和阻氧性能。采用梯度分层和多层功能结构设计, 有效缓解了涂层热应力, 抑制了裂纹扩展, 并促进了不同层间的协同增强作用。最后, 结合研究现状, 对碳化物超高温陶瓷抗烧蚀涂层发展面临的挑战与机遇进行了展望。

摘要: 为了应对能源供应紧张和环境保护的挑战, 探索和开发高效催化剂成为解决能源和环境问题的关键策略。单原子催化剂(Single-atom catalysts, SACs)作为近年来新兴的催化剂类型, 其独特的性质吸引了科研界的广泛关注。金属以单原子的形式负载在载体表面, 实现了电子、几何结构的特殊性以及原子利用率的最大化。在能源催化、环境催化、有机催化等多个领域, SACs 都表现出优异的活性、选择性和稳定性, 为相关催化反应提供了强有力的支撑。更重要的是, SACs 在贵金属利用方面展现出巨大的潜力。通过精确调控可以最大限度地提高贵金属的催化效率, 进而降低催化剂制造成本。因此, SACs 的制备方法和作用机理成为国际催化领域的研究热点。本文综述了SACs 的合成策略, 包括自下而上、自上而下和量子点交联/自组装, 具体介绍了共沉淀法、浸渍法、原子层沉积(Atomic layer deposition, ALD)法、高温原子热迁移法和高温热解法等制备SACs 的研究进展, 并对SACs 制备面临的挑战和未来前景进行了总结和展望。

摘要: SiC 陶瓷具有高强度和良好的热稳定性, 在航空航天、热端部件等领域有着广泛的应用前景。随着对大尺寸和复杂形状SiC 陶瓷需求的日益增长, 3D 打印技术在制造周期、成本及可靠性等诸多方面明显优于传统减材、等材制造方法, 越来越受到重视。3D 打印方法众多, 各具特点: 立体光刻(Stereolithography, SLA)技术可以实现高精度和优良的表面质量, 但实际操作中往往需要设计支撑结构, 再加上残余应力和低固含量等问题, 极大限制了其发展; 激光选区烧结(Selective laser sintering, SLS)技术具有较强的材料普适性, 适用于高分子、金属和陶瓷等多种材料, 可实现大尺寸快速成形, 且制造成本较低, 但其成形素坯表面质量较低, 需进行后续加工;熔融沉积(Fused deposition modeling, FDM)技术制备的SiC 陶瓷材料可借助反应烧结实现致密化, 但成形素坯存在层间结合强度低、表面有较明显条纹等缺陷, 并且成形速度相对较慢, 不适合构建大型零件, 因此在实际生产中受到限制。本文综述了近五年来3D 打印SiC 陶瓷的最新研究进展, 讨论了成形素坯的后续高温致密化处理方法及其基本物理性能, 并展望了3D 打印SiC 陶瓷材料的未来前景。新型3D 打印技术及其与多种打印方式的融合将在陶瓷宏微观结构的精细化中发挥重要作用, 或将成为未来的重要发展趋势。

摘要: 无机纳米颗粒在生物医学领域展现出广阔的应用和发展前景, 其生物医学功能和理化性质受到颗粒尺寸和形貌的显著影响。但对于传统的间歇式合成方法, 无机纳米颗粒批次间的高度可重复性合成仍存在较大挑战。相比之下, 微流控技术为无机纳米颗粒的高度可控性和可重复性合成提供了一种先进方法。同时, 微流控技术能够实现快速传质和传热, 并且具有反应体积小、能耗低等优势, 使其成为纳米无机生物材料合成的理想途径。本文对微流控技术在纳米无机生物材料制备领域中的研究和应用进展进行了综述。首先概述了微流控装置中的流体特征和混合机制; 接着进一步介绍了5 种经典的微流控装置的微通道结构特征和相应的流体混合特点, 并系统总结了不同类型微流控装置在无机纳米颗粒合成和表面改性中的应用; 最后简要描述了微流控技术在纳米无机生物材料的合成和应用中所面临的挑战以及未来发展的潜在机遇。

摘要: 压电材料是一种重要的信息功能材料, 能够实现机械能与电能之间的相互转化。近年来, 织构压电陶瓷技术已经成为研发新一代高性能压电材料的重要途径。通过调控晶粒的取向排布, 织构压电陶瓷表现出类似压电单晶的优异压电性能和机电性能, 并具有良好的温度稳定性。同时, 作为多晶陶瓷, 织构陶瓷保留了传统陶瓷材料的制备加工简单、机械性能良好及适用共型异形等优点。本文围绕钛酸铅(PbTiO3, PT)基压电材料体系, 从织构压电陶瓷制备技术、织构用籽晶模板以及织构压电陶瓷技术的发展历程和研究现状等方面, 对相关研究结果进行系统梳理,总结织构压电陶瓷技术优势。在此基础上, 分析了铅基织构压电陶瓷的模板筛选理论、织构陶瓷微观结构和宏观性能之间的构效关系, 以及基于织构压电陶瓷的压电器件开发等方面存在的科学难题和未来挑战。本文旨在全面介绍织构压电陶瓷技术和理论, 帮助研究者深入认识织构压电陶瓷技术, 推动高性能压电陶瓷研发和制备技术发展,进而助力我国高端压电器件的创新和跨越发展。

摘要: 铅基织构压电陶瓷因其制备成本远低于单晶且性能显著高于非织构压电陶瓷, 被视为最有潜力的锆钛酸铅多晶陶瓷替代者, 成为近年来材料领域的重点研究课题。基于过去数十年的研究进展, 本文详细介绍了铅基织构压电陶瓷的生长原理与表征方法、模板的制备工艺与铅基织构压电陶瓷制备过程中的关键工艺, 进而全面汇总了具有代表性的铅基织构压电陶瓷研究成果, 讨论了不同改进策略的特点。从材料配方的角度来看, 三元体系与二元体系织构压电陶瓷的各组分比例通常选择在相界处, 使各极性态在外电场下较易翻转, 进而获得高压电系数(d33)。虽然两种体系的d33 接近, 但三元体系的居里温度普遍高于二元体系, 体现出更高的应用价值。从烧结等制备工艺的角度看, 添加助烧剂可以显著促进晶粒定向生长, 后退火处理可以消除晶界和孔洞缺陷内的杂相, 淬火处理可以使电偶极子从无序状态中固定。这些改善工艺都显著增强了铅基织构压电陶瓷的性能。最后, 本文分析了目前存在的问题与发展的挑战, 认为模板与基体材料的晶格参数和B位离子价态的差异是限制铅基织构压电陶瓷性能提升的主要原因, 针对不同基体材料定制匹配性好的模板将有助于进一步改善其性能。