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纳米材料表面化学作用之电子结构原理

纳米材料表面化学作用之电子结构原理

摘要：在电子结构层面揭示纳米材料表面化学作用的物理与化学机制、共性规律与普适原理是纳米材料相关领域基础研究的科学目标，然而由于缺乏成熟的研究策略和系统性理论认知框架，相关概念与原理体系长期不完善，导致纳米化学领域的理论认识远落后于实验探索。本文基于作者近年研究成果，介绍基于表面价轨道竞争重构机制的纳米材料表面化学作用在电子结构层面的概念与理论认知体系；基于表面化学吸附电子态与纳米材料能带态间的竞争作用与相互影响模型，对纳米材料表面化学领域中的一些基本共性科学问题给出自洽解答。其一，阐明了纳米材料表面活性与稳定性的对立统一辩证关系的物理根源在于波函数的归一化原理。其二，揭示出尺寸减小普遍增强纳米材料表面化学活性的物理根源有两种机制：一是削弱对表面价原子轨道的束缚强度，二是放大缺陷等其他结构参数的影响效果。其三、建立纳米尺度协同化学吸附（NCC）模型，揭示出配体覆盖度调控纳米材料能带电子态及物理与化学性质的电子结构层面机制与共性规律。其四、揭示纳米材料尺寸（r）、比表面积（S/V）、表面配体及覆盖度（θ）在纳米表面化学作用中电子结构状态变化角度发挥作用的物理意义。
新材料 2024年12月13日
高熵合金耐腐蚀性能研究进展

高熵合金耐腐蚀性能研究进展

摘要：传统合金已难以满足越发苟刻的服役环境要求，而高合金具有高强度、高硬度、高韧性和优异的耐蚀性等独特性能，应用前景广阔。简述了高熵合金的历史沿革，综述了高熵合金腐蚀行为研究现状，探讨了合金成分、微观结构、热处理与工况环境等主要因素对高合金腐蚀行为的影响，归纳了高合金在石油天然气钻采、石油炼化以及放射性工业领域的应用现状。高合金作为一种新型材料，其材料特性和功能特性较传统合金具有先进性；设计、制备过程中，通过调控合金元素成分、比例及制备、处理方法，均能影响合金性能，其中合金元素是影响合金耐蚀性能的主要因素（影响合金的相结构、微观结构）。尽管日前高熵合金按需设计和处理已经成为高熵合金发展的主流方向，且在试验阶段已展现出卓越的应用价值，但缺乏在实际工况环境中的应用。最后，从高熵合金的设计方法、制备工艺等方面对高炳合金腐蚀与防护等实际应用问题等进行了展望，以期为高熵合金在含苛刻腐蚀介质环境中的安全应用提供新思路。
新材料 2025年04月28日
新型石墨烯复合材料在金属防腐蚀领域的研究进展

新型石墨烯复合材料在金属防腐蚀领域的研究进展

摘要: 介绍了石墨烯复合材料的防腐蚀原理,总结了国内外石墨烯和氧化石墨烯防护膜在金属防腐蚀领域的研究现状及存在的问题。简要介绍了改性石墨烯复合涂层的制备工艺及其效果。从无机纳米氧化物/石墨烯复合材料、聚苯胺/石墨烯复合材料、聚氨酯/石墨烯复合材料和硅烷/石墨烯复合材料等四方面综述了改性石墨烯复合材料在金属防护中的应用,指出目前我国石墨烯复合材料存在的主要问题,并对石墨烯复合材料在金属防腐蚀领域的研究方向进行了展望。
新材料 2025年08月04日
高温金属结构材料单晶制备及其研究进展

高温金属结构材料单晶制备及其研究进展

摘要：高温金属结构材料具有极其突出的高温力学性能、抗氧化能力等，被广泛用于航空航天、武器装备、核电装备等重要领域。其单晶不存在晶界破坏，具有韧-脆转变温度低、高温结构性能稳定等优点，使用温度比相同成分的传统柱状晶提高50~100℃，安全服役寿命得以显著提高，因而高温金属结构材料单晶的制备、取向及其性能已经成为当前高温结构材料领域研究的热点。该综述简要回顾了高温金属结构材料单晶发展历程，重点且系统论述了近年来国内外最新研究进展，分别介绍了气相沉积法、电子束悬浮区域熔炼法、光束悬浮区域熔炼法、等离子弧熔炼法、增材制造技术等制备工艺、原理、优缺点及最新研究现状，总结了不同制备工艺对高温金属结构材料单晶组织、性能的影响及其作用规律，并展望了未来的研究趋势以及应用前景，以期对高温金属结构材料的优化和发展提供借鉴意义。
新材料 2024年05月31日
高密度超长碳纳米管的可控制备：进展与展望

高密度超长碳纳米管的可控制备：进展与展望

摘要： 碳纳米管因其优异的力学、电学、热学和光学性能，在碳基集成电路、超强超韧纤维、机械储能、柔性可穿戴设备等众多尖端领域拥有广阔的应用前景。碳纳米管的单体结构和微观形貌（如长度、取向度、缺陷浓度、洁净程度等） 对其基础物理性质有显著的影响。在各类碳纳米管中，只有具有宏观长度、低缺陷浓度和高取向度的超长碳纳米管才能充分体现和发挥其本征的性能优势并满足很多尖端领域对其结构和性能的严格要求。实现超长碳纳米管实际应用的关键在于实现其大规模制备，然而其目前的产率远远无法满足应用需求，因而其在高密度、高产率制备方面依然面临很多挑战。深入讨论了超长碳纳米管的生长机理，分析了超长碳纳米管产率低的原因，系统总结了高密度超长碳纳米管的制备方法，并介绍了目前在超长碳纳米管实际应用方面的最新进展。另外，还总结了超长碳纳米管制备领域所面临的科学和技术挑战，并对未来的发展方向进行了深入的讨论。
新材料 2024年10月29日
石墨烯层间原位生长碳纳米管薄膜制备及其导热性能研究

石墨烯层间原位生长碳纳米管薄膜制备及其导热性能研究

摘要:随着电子器件的集成化程度越来越高, 对热管理材料的导热性能提出了更高要求。石墨烯具有很高的面内导热系数, 由石墨烯微片堆叠而成的石墨烯薄膜面内方向具有较高导热性能, 但是其厚度方向导热性能较低。碳纳米管与石墨烯有相同的元素组成和相似的晶体结构, 碳纳米管轴向热导率很高。本文通过将氧化铝颗粒、催化剂二茂铁和碳源PMMA 同时引入氧化石墨烯薄膜层间,在氧化石墨烯薄膜热还原的同时, 原位生长碳纳米管,形成含氧化铝颗粒、一维碳纳米管和二维石墨烯三种材料和多维结构石墨烯复合薄膜。其中, 二维石墨烯片提供高的面内导热性能, 沿石墨烯膜厚度(层间) 生长的一维碳纳米管提供较高的厚度方向导热性能; 氧化铝颗粒作为高导热填料, 填充石墨烯薄膜的层间间隙,连通石墨烯片导热通道; 同时,氧化铝颗粒作为碳纳米管高效原位生长的衬底,显著提高碳纳米管的生长效率, 提高碳纳米管含量, 显著提高石墨烯膜的导热性能。研究结果表明, 厚度为50μm的还原氧化石墨烯复合薄膜的面内导热系数达1006±32W/mk、厚度方向导热系数达7.30±0.16W/mk。
新材料 2025年11月19日
从传统到智能：木材颜色处理技术的研究进展

从传统到智能：木材颜色处理技术的研究进展

摘要：近年来，木材颜色处理技术取得了显著进展，多种方法共同推动了木材加工业的发展。漂白剂的使用提升了木材颜色的均匀性，为后续处理奠定了基础。真菌染色通过生物作用实现了颜色变化，天然染料则增强了木材的抗紫外线和防霉性能，延长了户外使用寿命。金属离子变色与木材成分反应，带来丰富的颜色变化，提升了装饰性。热处理改变木材结构，使颜色加深并提高了耐久性。在此基础上，智能算法尤其是机器学习技术，被应用于染色和热处理工艺，精准调整参数并预测效果，显著提升了生产效率和产品质量。这些技术集成推动了木材加工业向高效、环保和可持续方向发展。
新材料 2026年01月09日
表面超疏水对摩擦学性能的影响:机理、现状与展望

表面超疏水对摩擦学性能的影响:机理、现状与展望

摘要：超疏水表面由于极端的非润湿特性，在减阻、耐磨、防腐蚀、防结冰和自清洁等领域有着极为广泛的潜在应用。表面粗糙结构和低表面自由能是形成超疏水表面的两个决定因素，也是超疏水表面具有优异的摩擦学性能的主要原因。本文主要对近年来超疏水表面在摩擦学领域的研究进行总结。首先分析了超疏水表面摩擦学的相关理论，然后重点阐述了超疏水表面在摩擦学领域的研究现状，探讨了影响超疏水表面摩擦学性能的因素和作用机理，并对耐磨超疏水表面和超滑表面的摩擦学研究进行了分析。最后提出了超疏水表面摩擦学研究应该关注的重点和方向。本综述旨在引起更多学者对超疏水表面摩擦学研究的关注，对于扩大超疏水表面的应用领域具有重要的理论价值和现实意义。
新材料 2024年12月16日
材料高通量制备与表征技术研究进展

材料高通量制备与表征技术研究进展

摘要：材料基因组（MCI)技术是近年来出现的一种材料科学研发新理念，代表着当今世界材料科学研发领域的前沿趋势。通过构建快速响应的材料研发新模式，材料基因组技术可大幅度提高新材料研发效率、减少研发成本、推动材料的工程化应用。作为材料基因组技术的关键组成部分，材料高通量实验技术日前已形成了一系列具有代表性的材料高通量制备与表征技术。阐述了高通量实验在材料基因组技术中的地位与作用，回顾了高通量实验的研究发展历程，介绍了薄膜、块体、粉体材料高通量制备技术以及光学、电磁学等材料性能的材料高通量表征技术。最后指出了在新型材料高通量表征设备开发方面的不足，并结合数据与人工智能对材料高通量实验技术的未来发展方向做出展望。
新材料 2025年04月29日
金属纤维多孔材料的应用和研究现状

金属纤维多孔材料的应用和研究现状

摘要：金属纤维多孔材料是近年来受到广泛关注和研究的一种复合的结构功能一体化材料，具有良好的导电性、导热性、孔形稳定、可加工、可焊接、容尘量大等优势。综述了金属纤维多孔材料的制备方法，主要介绍了不锈钢、钛及钛合金金属纤维多孔材料在过滤分离、吸声降噪、生物医学、氢能装置等领域的应用和研究现状。
新材料 2024年08月06日