3D打印玻璃材料的研究现状及展望

摘要: 玻璃作为一种非晶态材料,具有高光学透明度、高热稳定性、高化学稳定性、高熔点及低热膨胀系数等特点,广泛用于电子、信息、医疗等领域。随着人们对玻璃材料的结构形状、材料分布及功能属性要求越来越高,传统的玻璃材料成形加工方法( 浇筑法、吹制法、浮法等) 很难甚至无法满足上述需求。3D 打印技术颠覆了传统材料的成形工艺,其基于逐层累加的制造原理,理论上可实现任意复杂构件的数字化成形,具有无需模具、成形效率高等优点,受到玻璃材料成形制造领域学者的广泛关注。本文系统总结了玻璃材料构件的不同3D 打印工艺方法、原理及优缺点,介绍了3D 打印玻璃材料的应用现状,最后对玻璃材料3D 打印技术进行了展望。

第一性原理计算三元硼化物金属陶瓷性能的研究进展

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。

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。

陶瓷3D打印技术研究进展

摘要: 3D 打印技术因具有加工精度高、成本低、操作简易、制造灵动等优点,被广泛应用于航空航天、汽车、医疗、武器等领域。将3D 打印技术与陶瓷成型制造相结合,可以解决很多使用传统陶瓷制造技术带来的问题。3D 打印技术主要有喷墨打印技术、浆料直写成型技术、光固化成型技术、陶瓷熔融沉积成型技术、激光选区烧结成型技术。本文概述了各3D 打印技术的特点及其研究进展,阐述了光固化成型技术中的陶瓷浆料制备、后处理工艺,讨论了有限元数值模拟在3D 陶瓷打印技术领域的应用,分析了氧化硅、碳化硅、氧化铝、氧化锆、陶瓷前驱体、磷酸三钙陶瓷的特性及其应用现状,最后总结了陶瓷3D 打印技术目前存在的问题以及未来发展的潜力。

无机非晶纳米材料的结构与特性

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。

过渡金属钼酸盐电催化剂研究进展

摘要: 作为一种关键的催化技术,电催化技术在能源、环境和化学工程领域展现出巨大潜力。开发稳定、高效和具有成本效益的电催化剂是这一领域的核心挑战之一。过渡金属钼酸盐电催化剂因其独特的物理化学特性,包括丰富的催化活性位点和优异的结构稳定性,最近已成为一类前景广阔的材料。系统总结了基于过渡金属钼酸盐的电催化剂的最新进展,特别强调了它们在析氢反应(HER)、析氧反应(OER)、氧还原反应(ORR)和二氧化碳还原反应(CO2RR)等关键电催化过程中的性能指标和机理认识。通过全面的结构-活性相关性,我们对当前面临的挑战(包括工业条件下活性不足和长期耐久性问题)进行了分析。最后,对该领域未来的研究方向和发展趋势进行了展望,旨在为过渡金属钼酸盐电催化剂的进一步研究和应用提供全面的参考。

超薄金属基电磁屏蔽玻璃研究进展

摘要:电磁屏蔽玻璃是国防、民生等领域的重要应用材料,但是电磁性能和光学性能往往难以兼顾提升。超薄金属基透明电磁屏蔽薄膜是电磁屏蔽玻璃领域常用的功能性材料。本文对超薄金属基电磁屏蔽玻璃的屏蔽设计原理进行了详细阐述,重点综述了降低超薄金属薄膜阈值厚度的方法,回顾了近年来不同结构的超薄金属基电磁屏蔽玻璃的光学及电磁屏蔽性能,并对电磁屏蔽玻璃的未来发展趋势进行了讨论。

煤系针状焦的制备技术、成焦机理与产业发展现状综述

摘要:煤系针状焦作为高功率与超高功率石墨电极及高端碳材料的重要原料,在我国“富煤、贫油、少气”的资源格局下具有显著的战略意义。本文系统综述了煤系针状焦的发展历程与国内外产业现状,重点总结了以煤焦油沥青为原料的主要制备工艺路线,包括延迟焦化、变温热聚及焦化– 煅烧一体化等技术,并对不同工艺的特点及工业化成熟度进行了比较分析。在此基础上,围绕中间相炭微球的成核、生长与融并过程,评述了传统理论、微域构筑理论及球形单位构筑理论等典型成焦机理模型,阐明了工艺参数对针状结构形成与各向异性发展的关键作用。同时,归纳了煤系针状焦的主要性能指标及其在石墨电极和锂离子电池负极材料中的应用现状。最后,针对当前煤系针状焦在原料净化、过程稳定性及产品一致性等方面面临的技术瓶颈,展望了未来在原料分子结构调控、工艺优化及高质量规模化制备方面的发展方向。

增材制造水处理用陶瓷的研究现状与发展趋势

摘要:增材制造技术具有高精度、无需模具、可调控陶瓷多级结构的优势,为高性能水处理用陶瓷的开发提供了新途径。本文系统综述了基于光固化和直写挤出等增材制造技术制备的水处理用陶瓷在结构设计、材料复合、水处理性能等方面的最新研究进展,并探讨了其在有机污染物催化降解、油水分离等场景的应用潜力。然而,该技术仍面临难以直接制备分离层、极端工况适应性差以及规模化生产难度大等关键挑战。最后展望了水处理用陶瓷在自愈合智能陶瓷材料和机器学习辅助工艺-结构-性能协同优化的研究。本文旨在为增材制造水处理用陶瓷的研究提供参考,以推动增材制造技术在高通量、长寿命水处理用陶瓷中的工业化应用。

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。