耐久型超滑表面的研究进展

摘要:超滑表面(SLIPS)因其独特的疏液性,被广泛应用于防污防腐、防除冰及液滴操控等领域。然而,这类表面在遭受外界机械磨损后,往往易于导致润滑剂流失,进而削弱乃至完全丧失其疏液特性。鉴于此,本文首先从超滑表面设计的三大原理出发,阐明了其在超滑表面设计过程中所发挥的指导作用,并梳理了制备耐久型超滑表面所需的五大关键条件。其次,通过整合国内外研究进展,凝练出三种提升超滑表面耐久性的策略:优化粗糙结构以增强机械稳定性,利用共价接枝技术锚定润滑剂以确保长效润滑,以及建立润滑剂补充机制以维持润滑层持久性,并对其各自的优势和局限性进行了简要评述。最后,基于上述策略的应用瓶颈,指出了当前超滑表面在耐久性提升方面所面临的关键挑战,并据此展望了其未来研究方向,包括优化纳米粗糙基底的设计、拓展聚合物分子刷的功能化设计、开发绿色环保型润滑剂以及从多维度综合提升超滑表面耐久性等,以期为超滑表面的深入研究与应用提供新的思路与途径。

多孔液体的最新进展: 合成、表征与应用

摘要:多孔液体(porous liquids, PLs)是一类兼具永久孔隙结构和流动性特征的新兴功能材料, 因其独特的物理化学性质在基础研究与技术应用中备受关注. 尽管近年来其应用研究已取得显著进展, 但系统性综述的缺乏阻碍了对该领域发展脉络的全面认知. 本文从合成策略出发, 系统梳理了多孔液体的构筑方法学, 详细阐释了孔隙率、流体性质及稳定性的表征方法体系, 并基于跨学科视角对催化转化、燃油脱硫、生物医药、电化学储能、摩擦学及阻燃材料等关键领域的应用进展进行批判性评述. 最后, 通过整合多孔液体的结构-性能关系, 提出未来研究应聚焦于理性设计其拓扑结构、优化表界面特性, 并探索其流动行为与异质体系协同作用机制, 从而拓展其在智能响应材料及绿色工程中的潜在应用场景.

氮化硼纳米管的制备及应用研究展望

摘要:氮化硼纳米管(BNNTs)是一类具有独特结构和性质的一维纳米材料,自1995年首次合成以来,因其优异的物理化学特性而引起了广泛关注。BNNTs的结构与碳纳米管(CNTs)类似,但是由硼和氮原子交替排列形成,这种结构赋予了BNNTs一系列独特的性质,如高化学稳定性、良好的耐热性、电绝缘性和高热导率等。BNNTs的合成在其性能研究和应用开发中占有重要的地位。此外,基于优异的物理化学性质,BNNTs在多个领域展现出独特的应用价值。本文系统梳理了近年来国内外关于氮化硼纳米管的研究进展,重点对电弧放电法、激光烧蚀法、球墨退火法、化学气相沉积(CVD)法及模板合成法等制备工艺进行了深入的解析,并同步探讨了该材料在中子屏蔽、生物医学、光学器件及导热材料等应用领域的最新研究进展。

机器学习在分子束外延生长的应用进展

摘要:最近几年,人工智能在材料领域得到广泛应用,机器学习在分子束外延(MBE)技术中的应用引人关注。基于原位反射高能电子衍射(RHEED)及相关物性的智能识别和反馈的MBE技术,能够显著提升生长材料的质量和生长效率,有望实现薄膜的MBE智能外延。本综述聚焦机器学习MBE中的应用研究,首先介绍了MBE中常用的机器学习算法模型,阐述了机器学习在优化MBE生长条件中的应用,着重总结了不同材料体系(半导体薄膜和量子结构材料、氧化物材料和二维材料等)基于RHEED图像机器学习的研究进展,并就存在的问题和未来的发展策略进行了总结展望。

聚氯乙烯凝胶致动器的研究进展:材料、结构及应用

摘要:聚氯乙烯(PVC) 凝胶是一类能够在电场激励下产生收缩、弯曲、面内扩张等多种变形模式的高分子聚合物,具有响应快、成本低、质量轻、力电转换效率高等优点,是一种理想的人工肌肉。本文综述了PVC 凝胶近些年的发展现状,包括材料的组成、性能优化、制备工艺、新型构型设计及应用。重点介绍了通过掺杂功能添加剂来提升PVC 凝胶的机电性能,以及利用3D 打印、热熔成型等新型制备工艺实现PVC 凝胶材料的快速制备。在传统阳极吸附型PVC 凝胶致动器构型基础上,详细讨论了基于静电压缩和静电液力耦合驱动两种原理所设计的新型PVC 凝胶致动器。随后,系统介绍了PVC 凝胶致动器在柔性驱动、医疗和光学这三个领域的应用。最后,对PVC 凝胶材料现阶段所遇到的技术瓶颈及发展趋势进行了讨论。

2024年中国稀土科技进展综合评述

摘要:本文简要综述了2024年我国学者在稀土光功能材料(发光、生物医用, 光学晶体)、催化、永磁、分子基材料、能源、陶瓷、抛光、金属及合金材料等十个典型材料领域,以及在稀土提取分离和循环利用等方面的主要研究进展,旨在总结过往、展望未来,为读者提供去年相关领域国内工作的基本导读。由于内容实在丰富,故综述中力求简述。

REBCO超导块材制备技术研究进展

摘要:REBa2Cu3O7-δ(REBCO,RE=Y,Gd,Sm,Nd等)超导块材具有较高的强磁场捕获能力、无阻载流能力和良好的自稳定磁悬浮特性,在微型高场永磁体和超导磁悬浮等高新技术方面有着广泛的应用前景。但是,REBCO高温氧化物超导体在生长过程中涉及到凝聚态物理、晶体结构和化学成分的变化,工艺过程比较复杂,技术上难以控制。为避免超导块材存在的空隙和裂纹等微观和宏观缺陷,以及捕获场较低等问题,国内外学者们相继提出了多种制备工艺并不断改进。本文介绍了REBCO超导材料的晶体结构和超导电性,分析了目前常见的REBCO超导块材的制备技术,总结了影响REBCO超导块材捕获场的主要因素以及提高方法。

多级层片异构设计构筑超高强塑性金属材料

摘要:“异质结构”或“异构”作为强韧化领域前沿构型范式,为突破金属材料的强度、塑性与韧性等难以兼顾的矛盾提供了全新的解决思路。受天然材料的跨尺度构筑启发,本研究团队提出了仿生“多级层片异构”的协同设计策略,且实现了更突出的强-塑-韧性同步提升。本文主要聚焦本研究团队多年来在多级层片异构金属材料方面的研究进展,提炼了仿生鱼骨型、微层片遗传型、蚕茧位错网型等典型多级层片异质结构的理念、设计原理和强韧化机制,重点回顾了如何有效突破不可控裂纹、超细晶组织以及高密度位错诱导的强塑性掣肘难题,并将该新型异构策略和相应的突出性能改善成功拓展至多金属体系,制备出新一代高铁关键接触线材,综合性能国际领先。最后,展望了更先进的多级层片异构材料的开发及未来潜在发展方向。

冷喷涂后处理技术及其研究进展

摘要:冷喷涂是一种利用超音速气流加速固态粉末粒子,通过高速撞击产生的塑性变形制备涂层或块体材料的固态沉积技术。在冷喷涂过程中材料始终保持固态,避免了热喷涂过程中由于高温引起的氧化、晶粒长大和相变等问题,适合温度敏感的材料(如Al、Cu和Ti等金属);此外,冷喷涂技术还能制备一些传统方法难以制备的材料(如镍基高温合金和新型高熵合金等)及其涂层。因此,冷喷涂技术具有广泛的材料适用性,既可以用于修复和涂层制备,也可以用于增材制造。然而,通过冷喷涂技术制备的涂层或材料存在致密度低、组织不均匀以及涂层结合强度差等问题。通过粉末前处理、涂层和材料的后处理等方法可对涂层组织结构和性能进行有效调控,实现高质量涂层或材料的制备及高性能应用。基于此,本文对冷喷涂后处理技术的种类、特点及其研究进展进行了全面综述,内容涉及目前已报道的各种冷喷涂涂层和材料(纯金属及其合金、不锈钢、高熵合金及复合材料等)的后处理技术(热处理、激光重熔、感应重熔、热等静压、热轧、搅拌摩擦以及电脉冲等),重点对各种冷喷涂后处理技术的优势、特点及存在的问题进行总结和分析,并对各后处理技术的发展方向进行展望。

负混合焓合金化推动高强韧合金发展

摘要:金属材料强度与塑性的协同提升始终是材料科学领域的核心挑战。由于材料的强度和塑性受位错可动性制约,2 者通常难以协同兼顾,多主元合金(高熵合金)的出现为走出这一困境提供了新思路。相对于常规的固溶强化合金,多主元合金具有更大的晶格畸变,位错运动需要克服更高和更频繁的能量起伏,耗费更大的能量,合金流变应力随应变增加而增加,使得一些合金获得了较大加工硬化能力和强塑性协同提升。然而,该领域至少存在2个关键科学问题需要深入研究:(1) 多主元合金是完全理想的随机混合结构吗?是否需要规范其局域乃至多级微观结构来实现优异性能?(2) 如何规范和调控多主元合金微观结构?本文从规范和调控多主元合金微观结构出发,提出用负混合焓(负焓)合金化方法在原子尺度加工合金微观结构的学术思想,系统阐述利用负焓合金化方法实现合金强度与塑性协同提升,并揭示强韧化新机理。负焓合金化具有金属材料微观结构调控的3 重效应:键能与慢扩散效应、局部化学有序效应、界面和尺寸效应,其为高强韧金属材料的微观结构在原子尺度设计加工提供了新维度和新范式。