超晶格结构在二维转角异质结中产生的新奇物态

摘要:二维量子材料由于其展现出的许多新奇特质而受到了普遍关注。当二维量子材料组成同质结或异质结时,晶格常数和层间旋转角度会使体系产生新的超晶格结构,从而导致一系列电子能带结构和物理性质的变化。文章首先围绕着超晶格结构所带来的晶格空间结构以及能带结构的变化展开讨论,主要介绍了由此产生的超晶格狄拉克点、莫尔激子和原子重构等新奇物性。除此之外,超晶格结构会使电子的费米速度在一组特定的旋转角度下消失,产生平带。这会导致该区域的物理性质由电子之间的相互作用能主导,从而产生显著地改变。这些由电子之间强关联现象所引起的新奇物性,成为了近些年凝聚态物理等研究领域的前沿课题之一。在这里,文章主要围绕着关联绝缘态、超导、电子晶体和轨道磁性等介绍了与电子之间强关联现象有关的内容,并在最后对超晶格结构未来的发展方向进行了展望。

稀土激活的荧光热增强材料研究进展

摘要:自从尺寸依赖的上转换荧光热增强现象在稀土激活的纳米荧光材料中被发现以来,开发具有显著荧光热增强效应的稀土荧光材料俨然成为了一个研究热点。近期的探索发现荧光热增强效应在非纳米尺度稀土荧光材料体系以及非上转换发光过程中均可实现,这进一步拓展了这一有趣光学现象的应用场景。本文总结和归纳了稀土激活荧光热增强材料的最新研究进展,概述了所提出的几类机理以及稀土荧光热增强材料的潜在应用场景,并展望了该类材料的研究发展方向。

耐高温吸波材料的研究进展

摘要:雷达探测技术的发展对武器装备热端部件提出更高的隐身要求,而耐高温吸波复合材料是解决雷达隐身问题的关键材料,具有重要应用前景和战略意义,因此国内外研究学者针对吸波材料进行了大量研究。本文介绍了电磁波的不同吸收原理,包括磁损耗型、介电损耗型、电损耗型。综述了碳基、金属基、三元层状化合物以及陶瓷基吸波复合材料等常用耐高温吸波材料的最新研究进展。碳基材料(石墨、炭黑、石墨烯、碳纳米管等)多采用复合耐高温材料的方式发挥其吸波性能并解决高温氧化问题;金属氧化物材料(ZnO、MnO2、Fe3O4等)采取调整材料微结构的方式来增加界面极化损耗;三元层状化合物材料(主要为TisSiC2)主要配合AlO3、董青石等不同的热稳定性基体中使用,以此解决纯度以及高温氧化的问题。而陶瓷吸波材料因其出色的热稳定性成为在相对高温下研究最多的类别,本文总结了SiC二元以及SiCN、SiOC、SiBCN多元陶瓷吸波材料的最新研究进展,SiC二元吸波材料多采用元素掺杂及微结构调控的方式来提升吸波性能;SiCN三元吸波材料介电性能优异,目前的研究大多数采用复合磁性颗粒(Fe、Co、Ni)的方法;SiOC三元吸波材料成本低、导电性好,研究人员通过添加超高温陶瓷、BN等第二相组元方式来进一步发挥其吸波性能;而针对SiBCN四元吸波材料的吸波性能提升措施主要包括材料复合(高介电常数材料或者过渡金属)以及前驱体分子结构调整两种方式。最后本文从吸波频宽、耐温性能、多频谱兼容隐身等方面展望了耐高温吸波复合材料的发展趋势,旨在为未来新型吸波材料的发展提供新的研究思路。

超构透明吸波体的研究前沿与展望

摘要:吸波材料在电磁隐身技术中发挥着至关重要的作用. 与非透明材料相比, 透明材料实现电磁吸收面临更复杂和独特的挑战. 经典透明吸波体在光学透过率、厚度、电磁吸收带宽、倾角与极化稳定性等多项指标存在难以调和的矛盾. 随超构材料应用于透明吸波体, 上述核心性能指标得到显著改善, 从而促进了其在电磁隐身领域的实际应用. 本文针对超构透明吸波体研究工作进行了综述, 首先介绍了透明吸波体的光学透明与电磁隐身原理, 并对经典透明吸波体工作原理与局限进行分析与总结. 随后对超构材料改善透明吸波体在宽带电磁吸收、倾角与极化稳定性经典性能的研究进展与设计方法进行了总结. 为预示未来发展方向, 本文详细阐述了近年来透明吸波体在混合机制设计、多光谱设计、动态可调性能的技术原理与研究前沿, 并展望了新兴方向为透明吸波体带来的多机制、多功能、智能化的发展机遇.

面向未来的智能材料物质科学

摘要:智能材料自20世纪80年代以来逐渐兴起,成为材料科学的重要方向,催生了一系列重要的概念材料。近几年来,人工智能的长足进步促使人们对智能材料的内涵和外延进行深入的反思:智能的物质基础是什么?是否存在集成思考、响应、自复制等多重能力的智能物质?如何理解、设计、合成和改造智能物质?当前化学、生命、材料、信息科学等学科的高速发展为回答这些问题提供了极佳的契机。针对智能物质的系统研究,不仅将带来对智能的全新认识,还将对先进材料、合成细胞、生命起源等相关领域产生重要影响,在为科学界提供全新研究对象的同时,也将为解决国家重大需求带来变革性的突破。本文基于国家自然科学基金委员会第391期“双清论坛”,总结了智能材料的研究现状、发展趋势及机遇挑战,凝练出未来相关领域的重点研究内容和亟需解决的关键科学问题。

人工智能在金属材料组织图像识别与定量分析中的应用

摘要:基于人工智能(artificial intelligence,AI)技术的微观组织识别及定量化兼具高精度和高效率的优势,有力推动了高通量组织分析技术的发展。聚焦AI 辅助金属材料组织图像分析这一新兴领域,以微观组织由定性分析逐步向精细定量分析的发展为脉络,系统综述了传统机器学习分类算法、深度学习分类算法、目标检测算法、语义分割算法在金属材料微观组织分类、识别以及定量化方面的研究进展,尤其重点论述了广泛采用的语义分割算法的研究现状;同时,针对AI 算法在材料微观组织图像分析领域面临的组织复杂度高、标注样本匮乏等瓶颈问题,介绍了数据增强、模型架构改进等方面的创新策略及其应用效果。最后,总结和展望了基于AI 的微观组织图像分析方法目前存在的不足以及未来的发展方向。

先进原子级刻蚀材料与关键工艺研究进展

摘要:长期以来半导体产业界都遵循着“摩尔定律”,晶体管尺寸不断微缩、工艺节点不断向前更新。刻蚀技术作为集成电路制造中图形转移的一个重要手段, 一直备受人们关注。目前,集成电路产业中先进制程已经进入3纳米级的工艺节点,需要刻蚀工艺有极高的精度和选择比。常规的反应离子刻蚀,由于连续刻蚀的滞后效应已不能满足要求。先进原子层刻蚀技术,因其反应过程的自限制特性,为实现纳米级尺寸和精度的器件制作工艺提供了一个可行的解决方案。本文针对国际先进原子层刻蚀材料、机制与工艺方面的进行综述,先说明了反应离子刻蚀目前遭遇的瓶颈以及对先进原子层刻蚀这一先进刻蚀技术的重要需求,讲述了原子层刻蚀的起源、概念、特点等内容,接着展开介绍了热原子层刻蚀和等离子原子层刻蚀这两种原子层刻蚀的实现方式,总结与阐述了能被原子层刻蚀加工的材料、工艺的最新研究进展, 最后对该技术进行了总结,讲述了其未来发展趋势,分析讨论了原子层刻蚀的机遇和挑战。

等离子喷涂用送粉器的研究进展

摘要:送粉器是等离子喷涂系统的核心部件之一,其送粉速率稳定性及其控制精度等性能指标直接影响厚度均匀性、孔隙率等涂层性能。介绍了几种典型送粉器的技术原理和特点,进一步总结了典型送粉器的应用与技术发展,并结合应用较广的刮吸式送粉器,从粉末流动性、送粉结构和智能控制三个维度阐述提升送粉速率稳定性及其控制精度的技术措施,阐明了等离子喷涂用送粉器未来的发展趋势。

从团簇物理到原子级制造

摘要:原子级制造是人类制造技术向极微观深入发展的必然趋势,也是新一代制造体系中向极微观探索的核心方向。团簇作为物质中介于原子和固体之间的相对独立层次,是实现原子级制造的重要研究载体,团簇物理的基础研究,更是推动原子级制造从理论走向实践的关键支撑。从团簇物理研究出发,厘清原子级制造与传统制造的本质区别,探索团簇在材料创制、器件加工等领域的实际应用,能够为原子级制造的发展搭建完整的技术路径,推动这一前沿领域向产业化落地迈进。

人工智能赋能材料科学:历史、挑战与未来愿景

摘要:面对材料研发周期长、依赖经验的现实困境,系统论述了人工智能驱动材料科学从传统试错范式向“智能自主创制”范式变革的演进逻辑,解析了认知能力与决策主权由人类向智能系统迁移的跃迁机制。从材料设计、合成规划及自主实验系统等方面系统阐述了人工智能赋能材料创新的实现路径。针对数据孤岛、物理可解释性缺失及算力前置等局限,提出将物理机理嵌入统计模型是跨越能力边界的关键。展望未来,多模态大模型与数字孪生技术的深度集成,将构建覆盖材料全生命周期的智能管理体系,推动材料研究和应用迈入算法驱动与人机协同的自进化时代。