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热学超材料智能设计方法研究进展

热学超材料智能设计方法研究进展

摘要: 超材料是一类人工设计的结构材料，因其具有自然材料不具备的超常属性而备受关注。作为超材料的重要分支，热学超材料通过灵活调控热流可实现一系列超常热功能，如热隐身、热集中和热旋转等，在航空航天、能源和电子等领域具有重要的应用价值。本研究首先介绍了基于变换热学、散射抵消和拓扑优化的热学超材料传统设计方法，讨论了传统设计方法存在的设计效率低、灵活性差和计算成本高等局限。随后，重点介绍了基于深度学习和智能算法的热学超材料智能设计研究进展，探讨了智能设计方法在设计效率、设计灵活性以及满足复杂设计需求等方面的独特优势。最后，介绍了几类具有超常热功能的热学超材料应用实例，并展望了热学超材料智能设计的未来研究方向。
新材料 2026年03月18日
热喷涂纳米结构涂层研究进展

热喷涂纳米结构涂层研究进展

摘要：高端装备关键零部件经常暴露于苛刻的磨损、腐蚀或高温环境，因而要求具有更高的耐磨、抗蚀和耐高温性能。热喷涂技术作为目前最具潜力的一种表面工程技术，可以广泛适用于多种高端装备的关键零部件，以提高其表面性能。纳米热喷涂技术是一种将纳米材料和热喷涂技术有效结合实现材料表面改性的重要手段，也是一种能够有效延长飞机、舰船等各种高端国防装备在极端环境下服役寿命的有效解决方案。通过对纳米粉体进行再造粒，同时通过纳米结构粉体再调控技术能够在纳微观尺度上调控可喷涂粉体喂料的物相组成和组织结构，从而获得各种所需性能的纳米结构热喷涂涂层，以满足各种高端装备关键零部件所需的各种表面性能需求。本文简要综述了国内外近十几年来在热喷涂制备各种不同功能取向的纳米结构涂层发展现状，主要有纳米结构耐磨抗蚀陶瓷涂层、纳米结构热障涂层、纳米改性MCrAlX合金涂层、纳米改性WC-Co 基金属陶瓷涂层以及纳米结构环境障涂层等，结果表明纳米结构和纳米改性热喷涂涂层在高端装备关键构件上有非常广阔的应用前景。为了实现纳米结构涂层的广泛应用，未来需要在实际工程应用研究、海洋环境服役、海洋生物污损、先进粉体制备技术研究和高性能粉体产业化方面开展进一步的研究工作。
新材料 2026年03月18日
离子凝胶柔性材料的传感性能与应用进展

离子凝胶柔性材料的传感性能与应用进展

摘要：离子凝胶（ionogel）是一种以离子液体（ionic liquids，ILs）为分散相，通过有机或无机网络固定而成的电解质材料，因其独特的固/液双相特性和优异的化学、电、热稳定性以及宽的电化学窗口，在近几年来引起了广泛的关注，特别是在柔性电子器件构建、化学成分检测、可穿戴传感等领域中有着巨大的应用潜力。本文主要分析了离子凝胶结构特征与组分属性，探讨了多种材料对离子凝胶的修饰及性能影响，并对离子凝胶柔性材料在个性化健康监测、运动质量评估、人机交互和标志物检测领域的应用进行了描述，最后对离子凝胶柔性材料的未来面对的挑战与设计策略进行了展望。
新材料 2026年03月18日
仿生中空结构在隔热材料中的热管控应用

仿生中空结构在隔热材料中的热管控应用

摘要：近年来，高性能复合材料的应用需求与新材料结构设计相互促进、共同发展。仿生结构研究为创造高性能复合结构材料提供了创新源泉，也为设计开发新型功能器件提供了高效方法。南极企鹅羽毛和北极熊毛发均具有天然的微纳米级大孔结构，其低热导率有利于企鹅和北极熊在极寒地区维持体温。基于中空结构优异的隔热特性，研究人员已在多种尺度上仿生设计并宏量制备一系列隔热材料，并对其性能开展了系统研究，促进了该类材料的工程化应用。本文综述了以中空大孔结构的企鹅羽毛和北极熊毛发为灵感设计的仿生隔热材料研究。该类材料具有微米级孔隙结构，其孔径尺寸接近分子自由程。通过建模分析，进一步揭示了仿生中空结构中的热量传递机制。本文重点综述了仿生中空隔热材料的研究进展，展望了该类材料未来的研究方向，探究了其在界面光热蒸发、能源利用和生态保护等方面的潜在价值。通过对生物结构特性的深入解析及其在应用中的构效关系研究，有望推动设计开发结构稳定、性能卓越的仿生材料。
新材料 2026年03月19日
二维/三维可调纸基超材料天线

二维/三维可调纸基超材料天线

摘要：为满足移动通信系统对多频段、小型化天线的设计需求，结合超材料的结构优势，基于折纸技术设计了一种二维/三维可调双波段纸基超材料天线。为了说明纸基天线易加工、低成本、易携带等特点，分别将导电银浆涂覆在不同纸基材料上制备了天线实物样机。仿真和测试结果表明，在二维和三维状态下，天线分别工作在2.45 GHz和1.40GHz 频率处，且通过调节内环折叠角度可实现工作频段的调控。此外，分别研究了二维和三维天线的辐射方向图。二维天线的主辐射方向与天线所在平面垂直，而三维天线的主辐射方向受内环折叠角度调控。所设计的纸基超材料天线为实现工作频段可切换的天线设计提供了新思路，在便携式移动终端、多波段通信等领域具有广阔的应用前景。
新材料 2026年03月19日
高效热管理用多层级孔金属材料研究进展

高效热管理用多层级孔金属材料研究进展

摘要: 高效热管理是保障高热流密度和大功率新兴电子设备与机械器件运行安全性和稳定性的关键技术, 多孔金属作为兼具结构和功能的一体化材料, 凭借其高孔隙度、高比表面积、高连通孔隙度以及材料本身优良的导热性, 在高效热管理领域展现出巨大的潜力。随着应用环境的变化, 人们对多孔金属的综合性能提出了越来越高的要求, 与传统的单层孔结构金属材料相比, 多层级孔结构金属由于具有两级甚至多级孔结构特征, 表现出更加优异的综合性能, 因此成为研究和关注的热点。综述了高效热管理用多层级孔金属的制备方法, 主要包括烧结、电化学沉积以及选区激光熔化法等, 并总结了对应方法在制备多层级孔材料方面的最新研究进展; 分析和讨论了部分制备技术的优缺点以及层级多孔结构热性能的关键参数及其热管理性能评价; 介绍了多层级孔金属材料在航空航天、电力电子、新能源汽车等领域基于相变传热的热管理研究现状, 最后展望了用于高效热管理的多层级孔金属材料的发展方向。
新材料 2026年03月19日
低维度及低密度多主元合金

低维度及低密度多主元合金

摘要: 主要介绍了低维度、低密度多主元合金的研究进展与发展前景。多主元合金通常包括中熵合金和高熵合金。高熵合金通过“熵调控”设计理念，克服了传统合金材料在强度与韧性上的限制，展现出优异的力学性能。然而，密度大和成本高的缺点限制了其广泛应用。为解决这些问题，研究者们开发了低维度中、高熵合金材料和低密度高熵合金( 即轻质高熵合金)。详细介绍了低维度中、高熵合金和低密度高熵合金的制备方法、性能特点和发展前景。一维多主元合金，即中、高熵合金纤维，主要通过热拉拔、冷拉拔和玻璃包覆法制备，在室温和低温条件下均表现出优异的力学性能，在高熵合金纤维柔性材料和复合材料等领域中应用前景广阔; 二维高熵合金，即高熵薄膜，可通过物理气相沉积等技术制备，表现出超高的硬度和良好的高温稳定性，在航空航天、能源等极端条件下的应用潜力巨大; 低密度高熵合金，即轻质高熵合金，不仅具有高熵合金高强度、耐腐蚀和耐高温的特性，还具有密度低的优点，在航空航天等极端环境领域将发挥重要作用。
新材料 2026年03月20日
化学复杂型金属间化合物的创新设计与未来发展

化学复杂型金属间化合物的创新设计与未来发展

摘要: 金属间化合物因其原子的长程有序排列及原子间的强键合而具备介于金属和陶瓷之间的独特性质，尤其是最近兴起的化学复杂型金属间化合物在结构和功能特性方面取得了显著突破，并获得了广泛的关注。得益于有序超点阵结构与多种元素化学性质的协同调节作用，这些化学复杂型金属间化合物有望表现出超越传统金属间化合物的非凡性质与性能。主要针对化学复杂型金属间化合物的晶体结构、材料设计、成形工艺和各方面性能进行了总结，重点关注材料设计中涉及的元素占位偏好、亚点阵高熵效应和晶界纳米无序等问题，并对当前这一新型金属间化合物材料的先进制备工艺、结构和功能性能的最新进展进行了概述。最后，对化学复杂型金属间化合物的未来发展方向作出了展望。
新材料 2026年03月20日
多主元合金空蚀-腐蚀研究进展

多主元合金空蚀-腐蚀研究进展

摘要: 水力发电装备和海洋装备中的过流部件在服役时不仅受到腐蚀的影响，还同时受到空蚀破坏，导致过流部件表面材料损失甚至发生断裂，进而严重降低装备服役安全和寿命。现有的过流部件应用材料大多数为铜合金和不锈钢，存在耐腐蚀性能和力学性能都无法同步提升的瓶颈，开发出符合“高性能、长寿命、高可靠性”且环境适应性强的新型抗空蚀-腐蚀材料成为当前的研究热点。多主元合金独特的四大效应赋予其成为极端环境领域中抗空蚀-腐蚀材料的天然优势，其广泛可调的微观组织、优异的力学性能、出色的抗氧化性以及卓越的耐腐蚀性能，为开发新型抗空蚀-腐蚀材料提供了坚实的研究基础。抗空蚀-腐蚀多主元合金材料可以通过涂层和块体两个方面制备，同时可以按照主元种类和成分调控、合金化以及形成多主元复合材料来提高抗空蚀-腐蚀性能。综述了多主元合金作为抗空蚀-腐蚀材料的研究进展，重点从材料的微观结构出发，详细讨论了不同涂层和块体多主元合金在空蚀-腐蚀性能方面的表现及其影响因素。
新材料 2026年03月20日
用于新型冠状病毒检测的纳米材料及生物传感技术

用于新型冠状病毒检测的纳米材料及生物传感技术

摘 要: 新型冠状病毒肺炎(Corona Virus Disease 2019, COVID-19)疫情大流行引起全球对此重大突发公共卫生事件 的高度关注。新型冠状病毒(SARS-CoV-2)经过多次突变, 出现传染速度加快、免疫逃逸、隐匿性传播等特性, 令防 控形势至今仍异常严峻。对患者的早发现、早隔离仍然是目前最有效的防控措施。
新材料 2024年01月08日