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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
基于DNA纳米技术的晶体材料构建

基于DNA纳米技术的晶体材料构建

摘要：纳米颗粒晶体在电学、光学、磁学等方面具有独特的性质与优越的性能，人工构建纳米颗粒晶体对于材料科学的功能突破和性能发展具有重要意义。DNA 由于其具有碱基互补配对的特性，可以用于构建各种纳米级结构、组装晶体并调控结构与组成，从而实现材料特定性能的定制。目前，DNA纳米技术构建的纳米颗粒晶体材料已经在催化剂、光学器件、半导体材料等方面实现了应用，表明其构建三维晶体作为普适的周期性分子支架的基本目标逐步实现。在这篇综述里，我们系统性地阐述了DNA瓦片、可编程原子等价物、DNA折纸三种重要DNA 纳米晶体构建技术的发展历程与最近的研究进展，并对利用DNA纳米技术构建晶体材料的未来发展方向进行了讨论。
新材料 2024年12月12日
碳量子点上转换材料的制备及其应用研究进展

碳量子点上转换材料的制备及其应用研究进展

摘要: 碳量子点(CQD)具有化学惰性，生物相容性和低毒性等优势，可能在能源、生物医药等领域得到广泛的应用．CQD可通过表面被聚合物( 例如PEG)钝化而表现出很强的光致发光特性．在生物成像，疾病检测和药物输送中使用表面钝化后的功能化生物分子更为有效．并且碳材料由于其优异的电化学性能还展现出在催化、电子器件等许多领域广泛的应用前景．我们将对近年来碳量子点发光材料的研究进行总结，并讨论碳量子点在能源、环境和其他一些领域的应用．
新材料 2024年12月11日
大尺寸银纳米片的可控、高效制备及在导电胶中的应用

大尺寸银纳米片的可控、高效制备及在导电胶中的应用

摘要： 具有二维片状结构的银纳米片表现出优异的电学、光学和化学性质，广泛应用于电子、催化、生物等领域。化学还原法制备的银纳米片直径通常小于１ μｍ，且产量低。为了解决上述问题，以鸟嘌呤为结构诱导剂，硝酸银为银源，通过化学还原法制备了大尺寸银纳米片，并得到优化的制备条件：在０℃下，滴加速度为1.0～1.3ｍＬ/ｍｉｎ，搅拌速度为300ｒ/ｍｉｎ，Ｂ 液中鸟嘌呤浓度为16.56ｍｍｏｌ/Ｌ、ＡｇＮＯ３浓度为0.50ｍｏｌ/Ｌ，在最优条件下制得10～20μｍ的大尺寸银纳米片，单位体积反应液中银纳米片产量高达15ｇ/Ｌ。Ｘ射线衍射（ＸＲＤ）和Ｒａｍａｎ光谱测试结果表明，银纳米片的生长机理为鸟嘌呤分子的羰基氧原子选择性吸附于银晶体的（111）晶面，形成包覆，还原生长的银原子沉积于（110）和（100）晶面，横向生长形成银纳米片。以最优条件下制备的大尺寸银纳米片作为填料，分别以二乙二醇单丁醚和乙醇为溶剂制得导电胶，其渗流阈值低至30%～40%（质量分数）。
新材料 2024年12月10日
Ｘ射线光电子能谱技术及其应用

Ｘ射线光电子能谱技术及其应用

摘要： Ｘ射线光电子能谱法（XPS）是最重要且使用最广泛的表面分析技术。较为全面地介绍了Ｘ射线能谱法，内容涵盖原理、分析方法、应用及技术进展。原理介绍基于理工科大学本科层级的知识，阐述了ＸＰＳ的科学原理以及仪器原理；分析方法部分概述了分析的关键步骤及要点；应用部分以热门研究的材料类型分类（催化剂、生物材料、碳材料、高分子材料等）进行介绍，介绍的同时兼顾介绍了Ｘ射线光电子能谱法的一些常用技术以及在各种材料中的应用特点。本文旨在帮助该领域的初学者，包括尚未完全熟悉该技术的研究人员、研究生和Ｘ射线光电子能谱从业人员，使他们能够全面了解Ｘ射线光电子能谱技术。
新材料 2024年12月09日
梯度结构金属材料的制备方法和力学性能研究进展

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。
新材料 2024年12月06日
超声能场在金属增材制造组织性能调控中的应用

超声能场在金属增材制造组织性能调控中的应用

摘要：针对金属增材制造构件存在微观组织缺陷、残余应力及各向异性等问题，各种组织性能调控技术应运而生。结合近年来超声能场对增材制造组织性能调控的研究工作，详细分析了超声能场在增材制造过程中的“液– 固”双重效应，总结了超声能场对增材制造金属材料的显微组织及其表面粗糙度、显微硬度、残余应力、耐腐蚀等性能的影响。研究表明，超声能场使材料内部组织晶粒显著细化、孔隙率降低、耐腐蚀性能提高；同时使增材制造构件显微硬度升高，应力状态向有利于构件性能的残余压应力转变。
新材料 2024年12月05日
陶瓷纤维海绵的三维组装方法

陶瓷纤维海绵的三维组装方法

摘要：陶瓷纤维海绵具有密度低、比表面积高、孔隙率高、热稳定性好、隔热性能优异等特点，有望成为隔热、阻燃、吸水、能量转换等领域极具发展前景的商业陶瓷材料。本文总结了三维静电纺丝、气流纺丝和离心纺丝等直接组装方法，综述了直接纺丝法制备陶瓷纤维海绵的研究进展，分析了陶瓷纤维海绵面临生产效率较低的问题，最后提出陶瓷纤维海绵未来发展方向为：（1）提高生产效率、降低生产成本、批量生产形状可控的陶瓷纤维海绵；（2）提高高温隔热性能，促进陶瓷纤维海绵在防隔热领域的应用；（3）提升结构稳定性，制备具有高弹性、柔韧性以及抗疲劳性的陶瓷纤维海绵；（4）研发具有光、电磁等特殊功能的陶瓷纤维海绵材料，扩大陶瓷纤维海绵的应用范围。
新材料 2024年12月04日
金属激光增材+X复合制造技术综述

金属激光增材+X复合制造技术综述

摘要：激光增材制造技术（LAM）为航空航天复杂金属零件提供了极高的设计自由度和制造灵活性，但目前主流LAM 技术存在监测与控制难度大、热应力变形与缺陷难处理等关键问题。“增材+X”复合制造技术提供了多尺度解决方案，结合各辅助制造工艺的优点以改善增材成形材料的精度与性能。增材+机械场/磁场/声场/热场等能场可实现调控熔池流动、改善微观组织、控制晶粒尺寸方向、释放残余应力以及改善表面质量等有益效果的协同优化。简要回顾了LAM 技术特点及其在航空航天业的典型应用，总结了增减材、增等材制造技术的主要工艺与技术内涵，重点评述了非接触式的磁、声、热辅助场对增材熔池动力学、微观组织发展、表面质量、热梯度的作用机理以及模拟仿真研究。最后总结了各能量场辅助增材制造技术的优势与局限性，展望了金属激光“增材+X”复合制造技术的发展趋势。
新材料 2024年12月03日
选区激光熔化制备难熔高熵合金研究现状与展望

选区激光熔化制备难熔高熵合金研究现状与展望

摘要：难熔高熵合金（RHEAs）因具备高熔点、高硬度和高温相结构稳定性成为航空航天、海洋船舶和核能工业等领域的重要材料。本文对选区激光熔化（SLM）技术制备的不同体系RHEAs 进行梳理，并对其微观组织、力学性能、残余应力和耐腐蚀性能进行分析。结果表明，SLM 制备的RHEAs 未改变其固有相（BCC 相），且枝晶形貌为树枝晶、等轴晶、胞状晶等，晶粒尺寸较电弧熔炼平均减少80%~90%；细晶强化、固溶强化等强化机制有效提升了材料的力学性能；SLM 技术在制备RHEAs 时，热源的局部加热和冷却会造成残余应力积累，可通过工艺参数优化、母材预热等方法降低热应力；SLM 可实现难熔元素均匀分布，减缓腐蚀介质侵蚀合金表面的速率，从而增强合金的耐蚀性能。
新材料 2024年12月02日