放电等离子体烧结制备玻璃与微晶玻璃研究进展

摘要:放电等离子体烧结(SPS)凭借快速升温、短时致密化和外压辅助等工艺优势,已成为低温制备玻璃与微晶玻璃的重要方法。本文综述了SPS在玻璃与微晶玻璃制备中的最新研究进展,重点梳理了纳米粉体、微米级玻璃粉、微米级微晶玻璃粉、分子筛及金属有机框架(MOFs)等不同原料在烧结行为与性能调控方面的差异与共性;进一步讨论了温度、压力与升温速率等工艺参数对结构形成和最终性能的影响,并展望了SPS在高性能玻璃与微晶玻璃制备中的潜在应用前景。

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。

3D打印碳化硅陶瓷制备及力学性能研究进展

摘要:碳化硅陶瓷具有良好的化学稳定性和优异的耐腐蚀性,可替代传统金属换热器,进而被应用于热风炉、焦炉等工业窑炉。然而,传统的制备工艺存在精细化程度低、制备成本高及生产效率低等问题,制约了碳化硅陶瓷的大规模应用。随着增材制造(3D打印)技术的快速发展,这一成型方式为制备高性能碳化硅陶瓷提供了新途径。本文聚焦碳化硅陶瓷用3D打印成型技术,系统探讨了不同打印方式中浆料配方、制备工艺、后处理技术及设备参数对材料力学性能的影响,指出了当前制备技术的局限性,并对未来发展方向进行了展望。

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。

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。

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。

碳化硼烧结技术研究进展

摘要:碳化硼是一种具备高硬度、高模量、高熔点、低密度的陶瓷材料,其化学性质稳定,具有优秀的耐腐蚀能力和抗高温氧化能力,耐磨性优越并兼具良好的中子吸收能力。这些优异的性能使得碳化硼被广泛地应用在航空航天、化学化工、核工业等行业。综述了近年来国内外碳化硼烧结技术的研究进展,探讨了无压烧结、热压烧结、放电等离子体烧结、热等静压烧结、微波烧结、超高压烧结等各种碳化硼烧结技术的优缺点,以及它们对碳化硼烧结体最终致密度、微观结构和物理机械性能的影响,以期为碳化硼材料的研发和应用提供有价值的参考。

沸石铝分布精准调控: 策略、表征与展望

摘要:精准调控化学反应转化是多相催化的终极目标. 沸石催化剂凭借其独特的择形选择性在化工生产中应用广泛,但要实现高效反应转化仍依赖对活性位结构的精确调控, 以抑制副反应的发生. 沸石的活性中心由分布在晶体学不等价T 位的铝(Al)原子构成, 因此, 调控Al 在局域(T 位)及区域(空间)层面的分布已成为该领域研究热点. 此综述以局域Al 分布调控为主线, 系统综述了调控策略(自下而上与自上而下)及相关先进表征技术. 在自下而上策略中, 以典型的沸石结构为例, 重点阐明了有机/无机结构导向剂调控Al 分布的机制, 结合理论计算揭示了范德华力、静电库仑作用及氢键对Al 分布定位的影响规律; 在自上而下策略中, 基于不同T 位点杂原子(或Al 原子)的稳定性差异, 实现了Al的选择性脱除与植入, 并评述了该策略的优势与局限. Al 分布结构的精准表征是评估Al 分布调控效果的关键. 此综述还总结了关于Al 分布表征的最新研究进展, 强调多技术联用可提供更可靠的结构信息. 最后, 基于各合成策略及表征手段的优势与挑战, 展望了人工智能与大数据驱动的高通量微通道沸石合成实现Al 分布精准调控, 通过多表征技术融合实现Al 分布的精确结构解析, 最终实现定向反应型高效沸石催化剂的理性设计.

高压诱导高分子多层级结构演化与性能调控研究进展

摘要:高压科学作为一门新兴的跨学科研究领域,通过调控非平衡态热力学参数,为开发新型材料的结构与性能提供了独特的研究手段。该方法在金属和无机非金属材料研究中已取得显著进展。然而,对于高分子体系,受限于表征技术及其复杂结构特性,高压条件下的相关研究相对较少。本文基于高分子物理基础理论,系统总结了高压条件下高分子材料的结构演变规律,包括分子链运动、自由体积效应、玻璃化转变及结晶行为,阐述了由此产生的力学性能与功能特性变化,并进一步探讨了当前高压高分子研究领域的关键挑战与未来发展方向。