质谱流式技术用功能微纳米材料研究进展

摘要: 质谱流式技术(mass cytometry,MC)是一种新兴的生物分析技术,该技术通过质谱流式细胞仪(CyTOF) 中电感耦合等离子体飞行时间质谱(ICP-TOF-MS) 分析仪进行检测,其中作为质量标签的功能微纳米材料可同时标记、测量多达50 种生物标志物,因此该技术能够在单细胞水平识别、量化细胞系统的各种参数。随着新材料技术的发展,通过CyTOF 获得的信息范围不断增加,而其中典型的功能微纳米材料主要包括金属螯合聚合物(metal chelating polymers,MCP)、金属纳米颗粒( metalnanoparticles,MNP)和聚合物微球等。介绍、总结了这几种功能微纳米材料作为质量标签试剂的主要性能、特点和研究现状,并对其未来的发展方向做了简单评述,以助力质谱流式技术的发展。

国产LTCC材料微波基板特性分析

摘要:为了探究国产低温共烧陶瓷(Low Temperature Co-fired Ceramic, LTCC)材料的工程应用前景,促进LTCC材料国产化进程,文中从工程应用的角度出发,使用国产LTCC材料制作了微波基板并进行了相应的测试和研究。研究内容主要包括国产LTCC材料的匹配性能以及基于国产LTCC材料的微波基板的性能和可靠性。研究结果表明,国产LTCC材料的匹配性能满足要求,基于国产LTCC材料研制的微波基板的性能和可靠性与基于进口LTCC材料研制的微波基板相当,满足X波段T/R组件技术要求。

人工智能在先进材料研发中的应用

摘要:综述了人工智能(artificial intelligence,AI)在材料成分与结构设计、性能预测、合成优化及工业实践中推动材料研发从经验试错向智能设计范式转型的前沿进展。通过融合数据驱动方法、物理嵌入建模与自主实验系统,AI 实现了跨尺度性能高精度预测、极端性能材料的逆向设计、合成工艺智能优化及缺陷无损检测等,显著缩短了研发周期并突破了传统试错研发周期长、实验成本高且难以系统逼近材料性能极限等瓶颈。归纳了AI 在稳定晶体高效筛选、辐射制冷材料定向开发等典型案例中的利用晶体图神经网络高效筛选大量稳定化合物,以及通过深度生成模型实现性能创纪录的辐射制冷材料逆向设计等突破,阐述了少样本学习、迁移学习及物理机理融合等技术对数据稀缺和多尺度建模等挑战的应对方案。未来,AI 将推进材料研发向数据驱动、自主决策和智能迭代的高阶范式加速跃迁。

自修复超疏水涂层制备研究进展

摘要:在过去的二十年中,超疏水涂层在不同领域中的应用取得了巨大进步,但仍然存在机械稳定性差、容易受到外界影响导致超疏水性丧失等问题,阻碍了超疏水涂层的实际应用。因此,为了延长超疏水涂层的使用寿命,赋予其自修复特性具有重要的实践和应用意义。从超疏水涂层的理论基础和应用实践的角度出发,简要介绍了超疏水涂层的背景和关键概念。详细介绍了常见的自修复超疏水涂层的自修复机制,根据修复原理的不同,分为外源性自修复和本征自修复。根据超疏水涂层的不同失效形式,包括低表面能丧失、涂层结构破坏及低表面能和涂层结构同时被破坏的情况,讨论了针对不同失效形式的自修复超疏水涂层的修复策略。从实际应用的角度出发,重点讨论了生态环保、可持续发展和自主响应的自修复超疏水涂层设计策略。总结了自修复超疏水涂层在防冰除冰、油水分离和防腐蚀方面的应用,着重总结了关键的实验研究和主要发现,并详细描述了自修复超疏水材料和自修复机制等。最后简要总结了当前自修复超疏水涂层所面临的挑战和未来的研究方向。

微纳尺度固体超滑研究进展

摘要: 超润滑,指摩擦阻力极低的状态,是润滑技术发展追求的终极目标. 超滑能够大幅度减小甚至消除滑动界面的摩擦磨损、抑制摩擦能量耗散,有效延长运动部件的可靠性和服役寿命,具有重要的基础研究和工程应用价值.鉴于微纳尺度固体超滑是实现宏观工程超滑的基础,是可能解决现代制造业超精密、微型化发展面临严重摩擦磨损瓶颈问题的有效途径,因此有必要对学术界目前实现微纳尺度固体超滑的原理和典型方法进行探讨,深化认识固体超滑的实现策略,提高摩擦学研究服务现代文明的支撑能力. 从早期的生活生产经验总结,到近代的机械啮合理论、黏着学说乃至当代原子分子水平摩擦理论,人们对摩擦和润滑的认识不断提高,但都不曾回避“摩擦总是伴随着动能/机械能消耗”的观点,即摩擦是界面滑动发生能量耗散的力学体现,滑动势垒的存在是滑动产生摩擦阻力的本征原因. 因此,本文中将围绕如何降低滑动势垒、减小摩擦耗散的思辨理念,介绍当前固体超滑研究的发展和现状,着重探讨实现微纳尺度超滑的一般策略,简要综述学术界目前典型固体超润滑的原理和方法等. 首先,介绍了结构超滑的提出、发展及其应用;其次,探讨了连续滑动超低摩擦行为的基础原理及应用等;此外,阐述了近年来提出的压力诱导超滑的理念,着重从现象发现、基本原理、试验观测方法及其可能的基础和应用价值等方面,介绍了压力诱导超滑的研究进展. 最后,从基础研究和应用技术开发方面提出了超滑研究可能需要加强的几方面内容.以期通过当前综述,丰富学术界对超润滑的基本问题、科学意义及其应用价值的认识,阐明固体超滑的微观机理、实现策略,指出固体超滑面临的挑战及发展方向,助力固体超润滑从基础研究向工程应用迈进.

硼化钛基保护性涂层研究进展

摘要:为满足高切削速度和进给率的需求,除了需要具有高硬度的基体材料外,还需要优异的涂层材料提供保护。近年来,现代工业对材料的性能要求日益严苛,传统保护性涂层逐渐达到极限,纳米多层涂层和纳米复合涂层均可在一定程度上弥补单层涂层在硬度、耐蚀性和耐磨损等方面的性能缺陷,因而在保护性涂层领域受到广泛关注。本文综述了近几年来硼化钛基硬质涂层的研究进展,掺杂后的硼化钛基涂层各性能均有不同程度的提升。与单层涂层相比,纳米多层及复合涂层具有更优异的性能,故最后对其未来研究进行了展望。

粉末高温合金

摘要:高温合金具有良好的抗氧化性、抗腐蚀性能、优异的拉伸、持久、疲劳性能和长期组织稳定性,是为了满足各种高温使用条件下的现代航空航天技术的要求而发展起来的,在先进的航空航天发动机领域显示出强大的生命力。粉末冶金高温合金是采用粉末冶金的方法制备的高温合金,与传统的铸锻高温合金相比,具有组织均匀,无宏观偏析,以及屈服强度高、疲劳性能好等优点,克服常规工艺产生的偏析(不均匀),所使用的预合金化粉末的每个颗粒就是一个“显微钢锭”,合金偏析只能在粉末颗粒的细小范围内发生,能够提高合金的综合性能,并且能减少切削加工量,提高了合金的利用率。特别是随着高温合金成分日趋复杂、零件尺寸不断增大,粉末冶金高温合金显示出更大的优越性。

金属部件送丝增材制造工艺研究现状

摘要:相对比于传统的减法式制造,送丝增材制造是一种新兴的加工制造方法,在复杂的几何图形和贵金属的制造方面具有更好的应用前景。本文通过分析对比,阐述了当前主流的三种送丝增材制造技术的特点及国内外研究现状,着重阐述了工艺参数对成形件精度、组织和力学性能的影响。分析了现阶段送丝增材制造技术存在的问题,最后对送丝增材制造未来的发展方向进行了展望。

基于液态金属的跨波段超宽带极化转换超表面

摘要:在无线通信领域,电磁波传播和极化方向调控对特定信号的识别与接收具有重要意义。提出了一种基于液态金属材质的跨X(8~12 GHz)和Ku(12~18 GHz)波段超宽带极化转换电磁超表面,具有宽频带、高极化转换率、体积小、无机械疲劳损伤、易共形、成本低等优点。该超表面能够实现从7. 595 GHz 到17. 712 GHz 超宽带范围内交叉极化转换或宽带圆极化转换的功能。当阶梯状液态金属结构宽度为1. 6 mm 时,在相对带宽为79. 9% 的7. 595~17. 712 GHz 频带上,超表面极化转换率优于90%,具有共极化向交叉极化转换的功能。当阶梯状液态金属结构宽度为0. 3 mm 时,在相对带宽为12. 30% 的10. 864~12. 288 GHz 频带上,超表面具有线极化向圆极化转换的功能;在相对带宽为3. 54% 的7. 328~7. 592 GHz 频带上,超表面的极化转换率优于90%,具有共极化向交叉极化转换的功能。样品制备及其极化转换特性测试结果表明:实验结果与仿真结果的相对误差为4. 20%,理论设计与实验验证结果一致,进而验证了的跨X 和Ku 波段超宽带极化转换电磁超表面的多功能性和有效性。

金属材料的石墨烯强韧化

摘要: 石墨烯材料以其优异的本征力学性能,被认为是新一代金属基复合材料中理想的增强体。特别是,由于调控石墨烯内禀缺陷的种类和含量可以较为简便地实现对其本征力学性能的精确“剪裁”,使得石墨烯增强金属基复合材料具有广阔的发展空间。综述了近年来石墨烯增强金属基复合材料制备工艺与结构-性能关系的研究进展,并聚焦于石墨烯/金属之间界面的结构与性能。这不仅是因为在复合材料使役时,外加载荷是通过复合界面传递到石墨烯增强体的( 即“承载效应”) ,也因为随着石墨烯的加入,在复合材料变形过程中石墨烯和金属基体内的位错发生复杂的相互作用,改变或影响了基体的变形机制,导致了额外的强韧化效果。最后,展望了石墨烯增强金属基复合材料的发展趋势,指出需要发展可放大的制备工艺,并深入研究实际使役条件下复合材料的力学行为和性能响应机制。