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。

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。

无机非金属类红外透明导电薄膜的研究进展

摘要:无论在军事领域还是民用领域,3~5 μm 和8~12 μm 波段在红外探测成像、空间光通信以及红外传感等关乎国家发展、国防安全、民生改善等技术领域具有重要的应用前景。飞行器红外探测制导前端的整流罩既要高红外透过率又需要高电导以实现电磁屏蔽,同时红外光调制器需要低损耗导电薄膜以制备高效、低能耗且尺寸小的调制器单元,因此,发展红外波段的透明与导电薄膜材料具有重大意义。本文系统阐述了薄膜红外透明与导电性能之间的矛盾与协同原理,随后回顾了该领域具有代表性的研究进展,最后对这类功能薄膜材料的未来发展方向及应用前景进行了总结与展望。

机器学习在生物炭生产及吸附领域中的应用研究进展

摘要:随着“双碳”战略的深入推进,生物炭因其独特的碳封存能力和功能性应用,已成为环境科学与材料工程领域的研究热点。机器学习(ML) 技术的快速发展为生物炭高效吸附性能的开发提供了创新性研究方法。本文系统综述了ML 在生物炭制备工艺优化及吸附性能预测领域的最新研究进展: 首先阐释了ML 技术的基本算法原理及其在生物炭研究中的适用性特征; 其次对ML 在生物炭制备过程建模,特别对热解产物分布与生物炭特性预测中的主要影响因素进行了分析; 在吸附性能评估方面,深入探讨了ML 在预测重金属离子、新兴污染物及气态污染物去除效率中的建模方法与应用成效; 最后就ML 驱动生物炭成本效益进行了一定的分析。通过对现有文献的分析,本文总结了ML 在生物炭研究中的技术优势,指出了在数据质量、模型可解释性及跨尺度预测等方面存在的技术瓶颈,并提出融合多组学数据与物理引导ML 的前瞻性研究方向。本文可为环境功能材料设计与污染控制技术的智能化发展提供理论参考。

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。

多组分金属纳米材料的原子凝聚态调控及其催化效应

摘要:在纳米尺度的金属颗粒中,不同元素的原子可呈现多种凝聚态形式:既可充分混合,形成均匀合金相;也可分离成不同的相,进而形成异质结构。这些不同的原子排列方式显著影响材料的电子耦合效应和催化性能。借助化学合成手段精准调控纳米颗粒内的原子凝聚态,有望优化其电子结构,为新型纳米催化剂的创制与新特性的发现提供契机。然而,湿化学合成在精准调控纳米颗粒原子凝聚态方面仍面临挑战。在合金纳米材料的合成中,金属盐间本征还原电势差造成显著的还原动力学差异,难以实现不同金属组分的均匀合金化及含量的精准调控。在异质结构合成中,受本征还原电势差影响,贵金属盐易与活泼金属纳米结构发生置换反应,限制了纳米晶定向生长的可控性。本文系统评述了近年来在克服上述合成限制方面的研究进展。通过引入活性氢(即氢原子或自由基)界面还原机制,有效缓解了金属间本征还原电势差对还原动力学的影响,显著提升了不同金属原子在纳米颗粒内的混合均匀性,实现了对各组分含量的独立精准调控。通过调控金属盐还原电势,成功抑制了其与活泼金属纳米结构间的置换反应,实现了一类以相对活泼的金属为核、贵金属为壳的新型核壳结构的可控合成。通过精准调控多组分金属纳米颗粒的原子凝聚态,实现了电子结构的有效调控,使其在催化反应中展现出显著的性能提升。

二维材料催化剂在甲烷选择氧化中的应用

摘要:二维材料因其高比表面积和可调电子结构,在提高催化效率、选择性和稳定性方面展现出显著优势,其催化甲烷转化为高附加值化学品对能源可持续利用和环境保护具有重要意义。本文综述了二维材料在甲烷低温选择性氧化中的应用进展,对甲烷氧化时C—H键断裂的两种机制进行概述,列举了几类典型的二维材料(如石墨烯、过渡金属硫化物、MXenes、MOFs、金属氧化物等)及其合成方法,重点探讨了这些材料掺杂金属活性位点催化剂在不同氧化剂(如H2O2、H2+O2、O2和CO+O2)下进行甲烷选择性氧化的催化性能,强调了二维材料在活性位点调控、反应路径优化等方面的作用。最后,对二维材料在解决甲烷活化难题、推动能源技术进步方面的潜力、挑战及未来发展方向进行了展望。

基于原位成像与图像分析技术的结晶过程智能监测

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。

基于微流控技术的纳米无机生物材料制备:原理及其研究进展

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。

硅酸盐生物陶瓷/玻璃促创面修复的研究进展:作用、机制和应用方式

摘要:大面积皮肤创伤是全球公共卫生最具挑战性的问题之一, 其修复与治疗给医疗保健系统造成了巨大的经济负担, 亟需开发能够促进创面皮肤组织再生的高效伤口敷料。近年来, 硅酸盐生物陶瓷/玻璃因具备促进血管再生、刺激细胞胶原蛋白沉积以及抗感染等多重优势, 在创面修复领域得到了广泛的关注与应用。本文简要概述了硅酸盐生物陶瓷/玻璃在皮肤再生过程中的作用机制, 介绍了硅酸盐生物陶瓷/玻璃材料和一些新技术的结合方法及其在创面修复领域的相关应用, 最后总结了硅酸盐生物陶瓷/玻璃的优势与局限性, 为硅酸盐生物陶瓷/玻璃材料在创面修复领域的临床应用提供参考。