纳米碳化聚合物的制备、性质及应用

摘要:纳米碳化聚合物作为一种新型的碳纳米材料引起了人们广泛的关注。纳米碳化聚合物具有独特的核壳结构(sp2/sp3 组成碳核,聚合物链、官能团构成壳),学者们通过调控反应条件以获得预期的纳米碳化聚合物结构,并将其广泛应用于生物成像、传感器、催化、发光二极管、铜基复合材料等领域。本文分析讨论了纳米碳化聚合物的结构、合成方法、形成机理、主要性质及应用,介绍了该同素异构体在材料、尤其是粉末冶金材料中的最新研究成果,最后对纳米碳化聚合物未来的发展进行展望。

低温形变与深冷调控:多主元合金及典型金属材料的组织-性能协同优化

摘要:作为一种新的金属材料加工工艺,低温处理不仅可以提高材料的变形和加工效率,而且在加工过程中引入了孪晶、相变以及层错等变形缺陷,可以显著提高合金的强度,其具有成本低、工艺简单、成形高效等优势,引起了广泛关注。综述了低温轧制和深冷处理等方法在多主元合金以及其他传统合金中的应用,分析了低温处理对合金组织和力学性能的影响,总结了在低温处理条件下不同合金微观组织及性能的研究进展。通过对比不同低温处理工艺,揭示了该方法在提高合金强塑性匹配方面的潜力,为合金材料的性能优化提供新思路。

面向新材料产业的材料基因工程发展研究

摘要:新材料是支撑经济转型、国防安全与科技革命的核心物质基础,其研发效率与工程化水平直接决定国家竞争力;材料基因工程融合多领域前沿技术,变革新材料研发模式,引发了新一轮材料科技创新和产业创新。本文旨在深入开展面向新材料产业的材料基因工程发展研究,从强化工程化应用、打通“产学研用”瓶颈、重塑产业链和市场格局等方面剖析了材料基因工程对推动新材料产业发展的重要意义,探讨了集成计算材料工程、材料大数据技术、材料智能体、数字线程和数字孪生技术等与产业创新密切相关的新材料产业基因工程关键技术及其发展趋势,分析了包括材料高效计算设计平台、材料自主实验研发平台、材料数据库及数据中心、新材料中试平台、材料智能技术创新平台等新材料产业基因工程应用平台的功能及未来走向。面对全球新材料产业的未来竞争格局,研究提出了面向2030 年和2045 年的新材料产业基因工程发展思路,并从重视顶层设计、布局发展新材料全产业链加速创新项目、发展关键技术和平台建设、推进材料数据标准化、加强人才培养与国际合作等方面提出了发展建议,助力提升新材料产业的核心竞争力。

增材制造用高温合金粉末制备技术及研究进展

摘要:球形粉末是增材制造、粉末冶金、注射成型等制备工艺的重要原料,其成分、粒度、球形度、空心粉率等是影响最终构件性能的关键因素。本文详细介绍了真空感应熔炼气雾化法、电极感应熔炼气雾化法以及等离子旋转电极雾化法等三种可用于增材制造的工程化高温合金球形粉末的制备技术,分析了这三种制粉工艺的特点,阐述了这三种制粉工艺的研发进展,探讨了三种制粉工艺所制备的粉末缺陷形成原因及控制方法,并提出了增材制造用高温合金粉末制备技术的发展趋势。

梯度结构金属材料的制备方法和力学性能研究进展

摘要:金属结构材料是保障国防建设、航空航天和机械工程等领域快速发展的物质基础,向其中引入梯度组织可以使不同尺寸的结构单元相互协调作用,突破单一均质材料的性能短板,有效改善金属材料的综合服役性能。本文围绕近几年国内外梯度结构金属材料的相关研究和进展,首先介绍了梯度结构金属材料的制备方法和工艺原理,并总结了其优点与局限性;其次对梯度金属材料的微观组织结构进行了阐释,论述了梯度结构金属材料的服役性能特点,包括强度、塑性、摩擦磨损性能、疲劳损伤性能和耐腐蚀性能,提出了调控梯度结构金属材料服役性能的优化策略;最后对其未来研究方向和面临的挑战进行了展望。

金属增材制造技术在核工业领域的应用与发展

摘要:增材制造能够制备任意复杂形状的零件,具有快速、高效、经济、全智能化和全柔性化制造的优势。本文总结了国内外典型的金属增材制造技术,介绍了金属增材制造技术在核工业领域的应用,梳理了增材制造核材料产品的性能表现,并以实际案例证明了金属增材制造技术在核工业领域的优势。本文结合革新性反应堆技术在核材料中的应用背景,展望了增材制造技术在核材料领域的发展趋势。

元宇宙终端:虚拟(增强)现实关键硬科技发展趋势

摘要:元宇宙是第三次互联网革命(Web3.0)的一个战略制高点,头戴式设备(XR)是其主要的接入和交互终端。从微显示、光学系统和感知交互3个核心技术领域,论述了元宇宙终端硬件的关键技术及其发展趋势。在微显示技术方面,重点涉及硅基OLED 和MicroLED 2种新型显示技术及其产业化;在光学系统方面,主要论述了表面浮雕光栅光波导、体全息光波导和超表面光波导技术;在感知交互方面,着重讨论了手势动作识别和脑电信号识别交互技术。

NdFeB增材制造技术的研究现状及应用展望

摘要:NdFeB稀土永磁体常用于电机或硬盘驱动器,可将电能转换为机械能,其制备过程复杂,涉及多项加工工序。近年来,增材制造等近终成形制造技术迅猛发展,其加工工序具有短流程特点,可大幅降低材料损失、能源消耗、加工周期和人工成本。冷喷增材制造等工艺可用于生产粘结NdFeB磁体。烧结NdFeB磁体的粉末粒度较小,在与增材制造工艺结合过程中难度较大,选择性激光烧结等熔融增材制造法是比较可行的制备方式。间接3打印技术把3D打印与粉末冶金的挤出打印工艺结合起来,有望应用于NdFeB磁体制备。

潜在高熵陶瓷热障涂层材料的研究进展

摘要:热障涂层材料(TBC)是为航空发动机及燃气轮机提供热防护,延长其使用寿命的一种重要材料。近年对新型热障涂层材料的探索中出现各类高熵稀土氧化物,以期通过热力学上的高熵效应、动力学上的迟滞扩散效应、结构上的晶格畸变效应以及性能上的“鸡尾酒”效应获得优于单主元稀土氧化物的热学、力学、高温相稳定性及抗烧结腐蚀等性能。本文总结归纳了高熵稀土锆酸盐、铈酸盐、铪酸盐、钽酸盐及铌酸盐等五种高熵稀土氧化物的热学性质、力学性质及其他性质,着重强调了热导率和热膨胀系数,同时与相应单组分稀土氧化物的性能进行对比分析,探究影响其性能优劣的多种因素。最后指出未来或可将实验与第一性原理计算相结合,筛选出综合性能更加优异的高熵陶瓷热障涂层材料;同时,将高熵延伸至复杂组分或中熵陶瓷热障涂层材料也成为重要的拓展方向。

高通量计算与机器学习驱动高熵合金的研究进展

摘要:高熵合金因其多种合金元素以等原子比或近等原子比的组合而具有高熵效应、严重的晶格畸变、缓慢扩散以及特殊而优异的材料性质等特点,在各个领域引起极大的关注。其高强度和硬度、抗疲劳性、优异的耐腐蚀性、耐辐照性以及接近零的热膨胀系数、催化响应、热电响应及光电转换等特性,使高熵合金在许多方面有潜在的应用。高通量计算及机器学习技术迅速成为探索高熵合金巨大成分空间和综合预测材料性能的有力手段。本文介绍高通量计算与机器学习的基本概念,论述第一性原理计算、热动力学计算与机器学习在高熵合金研究中的优势,并总结它们在高熵合金成分筛选、相与组织计算以及性能预测等方面的应用研究现状。最后提出该领域目前存在的问题,并提供解决思路与未来展望,包括开发适用于高熵合金的第一性原理计算与机器学习工具、构建高质量高熵合金数据库、将高通量计算与机器学习相融合对高熵合金的力学及服役性能进行全局优化等。