激光技术在材料加工领域的应用与发展
摘要：激光因其具有方向性强、能量密度高、时间和空间控制性好等特点，在航天航空、汽车制造、电子电器和生物医疗等领域获得广泛应用，尤其在材料加工领域。简要介绍了激光加工技术的原理及优势，主要从组织性能研究、工艺开发与优化、数值模拟等方向综述了激光技术在切割、焊接、增材制造和表面改性4个加工领域的研究进展和应用现状，表明超短超快激光技术的发展进一步促进了激光技术在材料加工领域的纵深应用，并对激光技术未来发展进行展望。
纳米生物润滑剂微量润滑加工物理机制研究进展
摘要：纳米生物润滑剂作为替代矿物型润滑介质的绿色微量润滑剂，已成为学术界与工业界的研究与关注焦点。然而，纳米生物润滑剂微量润滑加工物理学作用机制尚不清楚，难以为其工业化应用提供精准指导与选用原则。为解决上述需求与技术问题，综述了纳米生物润滑剂组分及物理特性，揭示了纳米增强相、基础流体、添加剂对加工性能的影响规律，阐述了纳米增强相在纳米生物润滑剂中的动力学行为与分散机制。其次，揭示了多能场雾化机制、切/磨削区流场分布及微液滴浸润动力学行为，发明了微量润滑新型供给与雾化装置。进一步地，分析了切/磨削加工材料去除热物理机制，研究了先进的多场赋能热损伤抑制策略，构建了纳米生物润滑剂微量润滑加工技术体系。结果表明，纳米生物润滑剂在热源抑制与热耗散特性调控方面效果显著，多场赋能纳米生物润滑剂微量润滑可作为浇注式加工的替代工艺，采用断续有序的凹槽织构砂轮辅助质量分数为2.5%的MWCNTs-棕榈油纳米生物润滑剂微量润滑磨削单晶镍基高温合金DD5，与传统的浇注式磨削工艺相比，磨削力可降低12%，磨削温度可降低9%，表面粗糙度值可降低6%。展望了纳米生物润滑剂发展路线图，为工业界与学术界提供技术支持与理论指导。
智能润滑材料和表面
摘要：新型智能润滑材料和表面具有按需响应、主动应变的特征，这种类生命体自调节机制赋予在役摩擦副自主感知外界环境刺激并进行界面润滑状态自适应调控的功能，为航空航天、军事武器等高端装备“在线感知-决策-执行”转型升级提供了新解决方案。同时，人工智能（AI）驱动的润滑材料逆向设计革新了传统试错模式，实现了摩擦副表面润滑基于需求的高效靶向定制，为构建满足各类复杂工况的高性能、高可靠润滑材料和表面体系提供了新路径。润滑材料和表面智能化发展正在逐渐重构机械表面界面科学研究范式，有望为前沿润滑理论和技术研究提供新的突破口。以智能润滑材料和表面技术及其AI 创制为切入点，梳理具有自润滑、自修复、自诊断等功能的润滑材料和表面研究现状，以及AI 加速其逆向设计的前沿进展，并对未来先进表面润滑材料智能化发展趋势进行展望。
金属材料强度-塑性及强度-电导率定量关系
摘要：金属材料强度-塑性、强度-电导率之间普遍存在相互制约关系。本文基于提出的独立位错空间模型，阐明了金属材料强度-塑性制约关系的本质，并受独立位错空间尺寸所控制，揭示了金属类型、合金成分、变形温度和应变速率是调控独立位错空间尺寸的关键因素，而微观组织或晶粒尺寸分布对其影响有限。这一发现解释了在固定金属类型、合金成分及变形参数条件下，仅通过优化微观组织或晶粒尺寸难以实现强度与塑性同步提升的根本原因。基于单相合金中位错塞积的晶粒尺寸依赖性，建立了拉伸强度-均匀延伸率权衡模型，并在多种金属材料体系中得到实验验证。针对金属导线，通过分析晶界、取向和纳米析出相对位错塞积和电子散射的差异化作用，提出了金属导线高强-高导三原则：细长晶粒、硬取向织构和纳米相调控。基于上述原则，构建了强度-电导率定量关系模型，阐释了金属导线强度与电导率呈现协同提升、相互制约等典型现象的内在机制。最终，依据高强-高导三原则设计制备出突破现有强度-电导率制约关系的高性能导线。建立的金属材料强度-塑性、强度-电导率定量关系模型，可以高效指导金属材料选材、成分设计及微观组织工艺控制，保证构件服役安全性。
AI+时代材料基因工程与智能科学的研究进展与挑战
摘要：新材料作为战略性、基础性产业，是加快发展新质生产力、扎实推进高质量发展的重要产业方向。材料基因工程(materials genome engineering, MGE)深度融合了计算模拟、高通量实验与数据科学，显著提升了新材料的研发效率，其材料数据库与跨尺度模型正成为人工智能在材料设计、性能预测等环节深度应用构建的技术基座。随着人工智能技术的飞速发展，MGE 与智能科学的结合正迎来前所未有的机遇与挑战。本文综述了在AI+ 时代，材料人工智能的出现背景与历史，以及材料数据基础设施和所使用到的AI 技术，整理了机器学习和自然语言处理等技术在材料逆向设计与筛选、物性预测与表征分析和性能优化等方面的应用，介绍了自主实验室系统的范式创新。最后，展望并提出了AI 在材料科学领域面临的挑战，以及未来的完善方向和建议。
浅议从“系统工程”角度看纳米材料科学的应用之路
摘要：近20年来纳米材料科学的蓬勃发展以碳纳米管和石墨烯的研究为典型代表。如何将纳米材料在微观尺度的优异性能在宏观尺度进行良好表达，得到性能优异的商业化产品？这也给科技工作者带来极大的困惑。纳米材料科学在发展初期受“自下而上”方法论的影响，极大地促进了纳米材料科学的发展，然而其局限性限制了纳米材料的应用之路，“系统工程”的思想应运而生，为解决纳米材料的应用这一难题提供了新的方法论。从“系统工程”的角度来看，在微观尺度上性能优异的纳米材料，若要在宏观尺度取得相应优异的性能，实现商业化应用以造福人类，首先纳米材料的应用需要借助于多级结构，其次在纳米材料的应用研究中应以研究体系中各个组分之间的相互关系为侧重点。按照“系统工程”的思想，对纳米材料的研究应该侧重于根据宏观材料的需求，研究出最优化的结构单元组装方式，最大限度地发挥每种结构单元的优点，最终实现体系的效益最大化。
PAN基碳纤维的发展及国内外第3代高性能碳纤维的进展
摘要：经过半个多世纪的发展，聚丙烯腈（PAN）基碳纤维经历3代产品的发展，2010年以来研发成功的第3代碳纤维实现了高强度和高刚度特性的有效结合，有望成为未来高性能碳纤维材料发展的重点。介绍了PAN基碳纤维的发展阶段及主要制造商，阐述了兼具高强度和高模量特征的第3代碳纤维的研发背景。同时介绍了国内外在第3代碳纤维领域的发展历程，展望了碳纤维的未来研发方向，随着2024年初东丽M46X型碳纤维研发成功，第3代碳纤维产品序列有望进一步拓展；此外，面向太空电梯等前沿领域，国外也在开发更高强度碳纤维。
增材制造专用陶瓷材料及其成形技术
摘要: 陶瓷材料具有高强度、耐磨损、耐腐蚀和耐高温等特点，在航空航天、生物医疗和电子信息等领域具有良好的应用前景。然而，如何制造应用于上述领域的复杂形状陶瓷零件成为了一个重要的问题。目前，增材制造正逐步成为解决复杂形状陶瓷零件制造问题的有效方式。主要介绍了增材制造专用陶瓷材料及其成形技术。根据增材制造专用陶瓷材料的不同形态，可以将陶瓷材料分为粉材、丝材、片材和浆料/膏材4类。基于此，介绍了激光选区烧结(SLS)、激光选区熔化(SLM)、三维喷印(3DP)、熔融沉积制造(FDM)、分层实体制造(LOM)、立体光固化(SL)、数字光处理(DLP)以及直写成形(DIW)8类主要陶瓷增材制造技术及其应用。最后，根据陶瓷增材制造的最新研究成果，对增材制造专用陶瓷材料及其成形技术发展作出进一步的展望。
功能包装材料的发展现状与趋势
摘要: 由于包装废弃物造成的环境污染以及食品质量安全问题频发等原因，具有基本力学性能的普通包装已经满足不了消费者对包装产品的需求，具有功能性的包装受到极大关注。包装具备的功能性不仅在于包装结构的设计，更重要在于包装材料的选用。随着新型材料和新技术的开发，包装具有的功能性趋向多元化，应用市场更为广泛。综合了近几年功能包装材料的相关研究，从包装材料的应用出发，按照包装的功能性将功能包装材料分为4大类: 阻隔包装材料、绿色包装材料、保鲜包装材料以及智能包装材料，并分别概述了各类包装材料的特点、应用现状以及发展趋势。最后，综述了功能包装材料的发展现状，指出了功能包装材料在食品领域和医疗领域广阔的应用前景，同时提出未来功能包装材料应致力于向食品安全、绿色环保以及集成多功能化包装等方向研究。
相变储能材料研究进展
摘要：当今社会高速发展，化石燃料资源枯竭带来的能源供需缺口不断增大，亟需开发具有可再生能力的清洁能源。相变储能材料是解决热能供需矛盾、缓解能源危机最合适的材料之一。本文回顾了相变储能材料的分类方法，介绍了代表性相变储能材料的熔点及储热性能。同时分析讨论了通过封装及复合载体材料提升相变储能材料储热性能和稳定性的一些策略。此外，介绍了相变储能材料在食品工业、路面系统、空调系统及建筑领域的应用现状。
