金属纳米复合材料的界面和尺度效应

在宏观尺度上制造出具有纳米结构和纳米效应的高性能金属材料,并揭示这些材料的组织演化特征以实现功能调控,是金属材料学科面临的重大科学问题和需要解决的核心关键技术。阐述金属纳米材料界面、尺度与材料塑变、强化关系的主要研究进展,重点介绍宏观尺寸制备金属纳米复合材料、纳米尺度下经典Hall-Petch关系和复合材料混合定律的适用性、界面特征和尺度效应对材料微观结构、力学性能以及物理特性等的影响,指出面向应用的高性能金属纳米复合材料的发展趋势。     

"仿生材料表界面设计与制造"专题序言

人们对自然生物机理认知的逐步深入和微纳加工技术的进步,仿生材料的发展将材向了新高度.如何运用仿生策略简单高效地设计和制造出结构功能一体化的智能仿面,使其足以应对多物理场耦合的复杂工作环境是当前研究的重点和难点问题,而难题的关键在于要明晰生物材料表界面的微纳动力学和热力学行为规律.近年来,与界面科学的交叉融合使仿生表界面在能源、医疗、军事、建筑等领域中得到广泛此编辑组策划了本期"仿生材料表界面设计与制造"专题,分享国内外仿生材料在、流体定向输运、能源输运、人工关节等方面的理论研究与应用,反映一些热点问进展,为从事关键机械部件表面处理、多功能界面材料设计与开发的相关研究人员相互交流的平台.     

超疏水微纳多级表面的可控制造及其俘能应用EI北大核心CSCD

超疏水表面在防污减阻、油水分离、生物医用等领域应用广泛,在摩擦发电蓝色能源收集领域展现出新的应用前景,但其大面积制造及结构形貌的精确调控仍充满挑战。提出光刻和模塑成形相结合的微纳多级表面的可控制造工艺,分别以光刻工艺制造的微米孔和V形孔阳极氧化铝纳米孔为微米尺度和纳米尺度模板,采用一步模塑成形工艺实现微纳多级表面的构建,并通过改变模板尺寸简易并精确调控微纳多级表面的形貌和结构尺寸。通过接触角测量仪分析发现,相比单级纳米表面和单级微米表面,构建的微纳多级表面疏水性能显著提升,并实现超疏水,静态接触角最高达158°,滚动角仅为2°。最后开展超疏水微纳多级表面在水能收集方面的应用研究,采用搭建的固-液摩擦纳米发电测试装置分析表面结构对摩擦电输出性能的影响。结果表明:相比平膜和单级微米表面,微纳多级表面由于摩擦面面积增加和疏水性能增强产生更加优异的电输出信号。当水流速度为8 mL/s时,微纳多级表面的输出电压峰值最高为46 V,短路电流峰值最高为6.3μA。提出了一步模塑成形工艺,实现了超疏水微纳多级表面的大面积、可调控制造,基于微纳多级表面构建的固-液摩擦纳米发电机有望应用于水能收集、自驱动传感等领域。     

“仿生材料表界面设计与制造”专题序言

正随着人们对自然生物机理认知的逐步深入和微纳加工技术的进步,仿生材料的发展将材料科学推向了新高度。如何运用仿生策略简单高效地设计和制造出结构功能一体化的智能仿生机械表面,使其足以应对多物理场耦合的复杂工作环境是当前研究的重点和难点问题,而解决这一难题的关键在于要明晰生物材料表界面的微纳动力学和热力学行为规律。近年来,仿生材料与界面科学的交叉融合使仿生表界面在能源、医疗、军事、建筑等领域中得到广泛应用。因此编辑组策划了本期"仿生材料表界面设计与制造"专题,分享国内外仿生材料在防冰减阻、流体定向输运、海水淡化等方面的理论研究与应用,反映一些热点问题和研究进展,为从事关键机械部件表面处理、多功能界面材料设计与开发的相关研究人员提供一个相互交流的平台。理论研究一直是仿生材料表界面设计领域重要研究内容之一,对指导仿生材料的设计与性能调控具有重要价值。姜又华等通过本征液滴接触角、体积与球面曲率半径等已知量,结     

无机-有机复合组织器官工程材料的微纳制造

无机-有机复合组织器官工程支架的微纳制造是近年来兴起的生物材料研究领域,相对传统的生物材料与组织工程材料制造技术,微纳制造整合了微纳米技术、计算机辅助设计、数字化制造等先进技术手段,为新型生物医用材料的开发以及生物材料制造新技术、新设备的研发提供了新的技术路线。综述了生物医用材料、特别是组织器官工程与组织修复材料微纳制造技术现状及发展趋势,主要内容包括生物材料的微纳米化及实现途径、组织器官工程支架材料的数字化设计、组织器官工程支架材料的数字化制造新技术等,对我国组织器官工程（修复）材料数字化微纳制造新技术的优先发展领域提出了展望。     

2006年上海交通大学“材料工程”领域工程硕士招生

工程硕士招生领域：材料工程（含模具设计与制造） 材料工程领域主要包括如下研究方向： 基础研究：相变理论、晶体结构和缺陷、材料表面与界面、强韧化机制等。     

纳米尺度的表面化学在薄膜材料与表面工程中的应用

纳米尺度的表面化学定义为在纳米及其以下尺度研究表面与界面的结构与化学以用于精确控制材料合成与应用中发生在表面与界面的弱的相互作用力或强的化学键合。通常，新的功能材料的合成涉及到分子问弱的相互作用或新的化学键的产生。文中简要评论了有机分子在固体表面的自组装或通过表面化学反应而实现的定向组装以引证说明研究纳米尺度的表面化学对新材料合成与对材料性能理解的重要性。基于对这些组装过程的原子尺度的理解，新的纳米有机结构材料合成方法如固体表面二维纳米网格得以讨论。对通过弱的非键作用而实现的分子自组装薄膜，分子一基体问相互作用可能引起分子构型的变化甚至使分子产生手性。分子与分子之间相互作用特别是分子之间的官能团相互作用以最大化自组装薄膜的稳定性，从而决定分子在薄膜中的排布结构。有机分子在固体表面的定向排布是通过分子的活性官能团与固体表面活性场进行表面化学反应而实现的。因而分子在定向组装的薄膜中的排布主要取决于不同官能团参与表面反应的竞争与选择以及固体表面活性场的分布。用有机分子在Si（100）与Si（111）-7×7表面的反应为例对分子定向组装形成薄膜进行原子尺度的理解，并讨论了有机分子在硅表面定向组装的反应机理。研究表明在纳米以下尺度对分子在固体表面自组装和定向组装的理解对发展具有广泛应用前景的二维与三维固体表面功能材料具有重要意义。     

微铣加工关键技术研究现状与发展

微铣削加工技术在精密三维微小零件制造中的应用,引发了微细制造领域的重大技术变革,其区别于MEMS技术和超精密加工技术,是利用传统铣削加工方式并针对微米和中间尺度微小零件进行高效率、高精度微细制造的有效途径,具有加工材料的多样性和能实现三维曲面加工的独特优势.论文通过综合国内外大量文献,对微铣床设备研发、微铣削表面形貌、表面粗糙度与微毛刺及微铣刀具磨损等进行讨论,指出微铣削加工相关技术研究存在的不足并对该领域的发展提出自己的观点.     

轻金属表面微纳制造与功能防护

在使役过程中,机械装备的失效往往始于表/界面。轻金属材料（如铝、镁、钛及其合金等）由于其高强度、低密度和高延展性等性能,在航空航天、汽车、电子、生物医学和海洋工程等领域获得了广泛的应用,但由于其化学活性高而易腐蚀、质软而耐磨性差等性质也限制了它们的应用范围。近年来,科学界涌现出对轻金属表面进行微纳米化加工、处理等许多技术,如激光刻蚀、化学刻蚀、阳极氧化以及微弧氧化等。通过利用这些技术手段对其表面结构和组成进行改性和调控,可以改善材料本身的某种性质（如机械性能）或赋予一些潜在的应用（如防腐、抗菌等）,从而实现材料表面的多功能化防护。结合近几年国内外学者的研究及课题组的一些研究工作,概括了轻金属表面微纳结构的设计方法和原理以及与表面功能防护的关系,以及通过在材料表面构筑多功能复合界面,以提升抗磨、耐蚀以及防结冰、自清洁等性能,最后对轻金属表面的微纳制造与功能防护的发展进行了总结和展望。     

微/纳米尺度构件力学性能测试技术研究

微纳米尺度构件作为微纳米机电系统的重要组成部分,其力学性能是设计、制造微纳米机电系统的重要参数,对微纳米机电系统的使用性能、可靠性、服役寿命等均会产生显著的影响.由于受到量子效应、尺度效应、表面效应的影响,传统的测试技术已无法满足需要.结合国内外微纳米尺度构件力学性能测试的最新动态,介绍了纳米压入法、鼓泡法、微拉伸法、微梁弯曲法等测试方法的机理、应用及存在的主要问题.最后指出了微尺度力学性能测试的发展方向.     

表面工程技术在海洋工程装备中的应用

随着我国对海洋资源开发和利用的快速发展,对先进海洋工程装备的需求日益强烈,尤其是对某些关键部件的表面性能要求越来越高。然而,单从提高材料自身性能的角度来满足对高性能的要求几乎是不可能的。表面工程技术是提高材料表面性能的重要方法,它能够在不破坏材料自身性能的前提下,对材料表面性能进行强化或再生,使材料或部件表面具备耐磨、耐蚀、抗氧化、耐热、绝缘、密封和隔热等性能中的一种或几种。因此,表面工程技术已成为实现海洋工程装备材料最终性能的重要手段。对海洋工程装备中涉及到的材料表面改性技术、应用和发展进行了综述。最后,指出了一些重要问题,展望了将来的研究方向。     

新型碳纳米材料用于有机防腐涂层的研究进展

综述了碳纳米材料用于腐蚀防护中的研究进展,重点介绍了几种碳纳米材料,包括富勒烯、碳纳米管、碳纳米纤维、石墨烯、石墨炔以及碳点.碳纳米材料具有优异润滑性能、导电导热性能和屏蔽性能等,在涂层防护领域具有广阔应用前景.具有二维片层结构的碳纳米材料,可在涂层内部构建多重高效屏障,有效提升涂层的屏蔽性能.碳纳米材料的表面存在负电荷,可有效地抑制氯离子和氢氧根离子的渗透过程,降低涂层与金属界面间的阴离子浓度,减缓涂层与金属界面发生腐蚀的几率.碳纳米材料本身具有润滑性能,可实现减摩,提升涂层的耐磨性能.此外,对碳纳米材料涂层的制备、性能及防腐机理等进行了详细阐述,对碳纳米材料在有机防腐涂层中的发展前景进行了展望.     

NSFC机械工程学科表面工程领域科学

作为机械表面/界面科学的核心内容,表面工程是机械工程学科较为基础和重要的研究领域之一。文中统计了国家自然科学基金委员会(NSFC)机械工程学科(E05)2013年度表面工程领域的申报情况以及自1986年NSFC成立以来面上项目、青年科学基金和地区科学基金3类项目(以下简称"3类项目")的资助情况;分析了表面工程领域基础研究资助特点及相关问题,并提出相应建议。     

Advances in engineered surfaces for functional performance

Surface phenomena play a decisive role in the behaviour of engineering parts; their understanding and control are fundamental to the development of many advanced fields, such as: electronics, information technology, energy, optics, tribology, biology and biomimetics. Engineered surfaces rely on the control of surface characteristics to obtain a desired functional performance. This paper reports the advances in the state of the art considering the relationships between the properties of functional surfaces, their applications and the technologies to engineer surfaces.     

十论现代表面工程

表面加工技术可以追溯到古代,后来形成油漆、电镀、热喷涂三个行业.20世纪60年代,电子束、离子束和激光束进入表面加工技术领域,引发了表面技术翻天覆地的变化与进步,逐步形成现代表面工程学.以最简要的方式论述了现代表面工程的确切定义、两大使用原则、三大技术、四大功能、表面工程学的形成.现代表面工程的确切定义为:物体表面施加保护层的理论、技术、材料、工艺和标准称为表面工程.两大使用原则为表面与整体同时进行设计制造的原则、建立和维持表面保护层完整性原则.三大技术包括表面改性转化技术、薄膜技术和涂镀层技术.四大功能包括控制腐蚀、摩擦润滑匹配、表面功能转化和表面装饰.表面工程学包括坚实的理论基础、雄厚的技术内涵、表面保护层的设计、实施工程车间的设计与检测和不同领域广泛的应用研究.     

The potential toxicity of nanomaterials—The role of surfaces

Nanotechnology has attracted considerable attention in the scientific community ever since its emergence as a powerful basic and applied science tool. While beneficial aspects of nanomaterials are well visioned, several reports have suggested the negative impact of nanomaterials on living cells. The diverse array of surface properties achieved due to reduction in particle size that catalyzes the surface chemistry of nanoparticles is responsible for their toxic potential. Physical parameters such as surface area, particle size, surface charge, and zeta potential are very important for providing mechanistic details in the uptake, persistence, and biological toxicity of nanoparticles inside living cells. This short review provides insights into the physical, chemical, and interfacial parameters on the toxic potential of nanomaterials. While nanotechnology has promised invaluable progress in science and technology, the onus rests on the scientific community to predict the unknown outcome on the biological system for its safe proliferation.     

有关材料表面工程技术分类的商榷

材料表面科学和工程已形成一个庞大而独立的知识体系,为了对该知识体系有一个全面而清晰的了解,需要对其进行分类。参考众多有关材料表面工程技术书籍中的分类,提出了一种比较简明而清晰的分类法。     

智能材料的发展

智能材料的研制是一个迅速发展的新领域，它吸引着诸如医学，生物材料，航空航天，材料科学以及计算机工程等众多学科研究者的关注。智能材料也是一种由传感器、信息处理器和驱动器构成的新型复合材料，它能够感知外界的刺激并改变自身的特性来适应环境的变化。从概念上智能材料的基础是材料科学和计算机工程先进成就的结合，它使人们去探索利用材料复合的非线性效应来创造新型材料，本文讨论了几类智能材料的构成模式及其工程应用前     

织构化表面改性及其在生物材料上的应用

表面织构化(Surface texturing)改性是指根据材料属性选择合适的加工手段,在相对运动的摩擦副表面引入具备特定形状、尺寸、分布和排列的微观结构阵列,从而实现摩擦副摩擦学性能的调控。随着生物材料的迅速发展,生物界面的摩擦学问题是制约其服役安全与寿命的关键因素。表面改性(如合理的表面织构化设计)因强大的润滑优化功能,由此受到科研工作者的广泛关注。在生物材料服役寿命需求日益增加的背景下,首先分析和总结了典型生物材料产品——人工关节在人体服役过程中的失效原因,并将其分为了摩擦学和生物学问题,由此提出了通过表面织构化技术改进人工关节材料的耐磨性和增强其生物相容性,最终达到实现长寿命人工关节服役的目的。详细地论述了近年来表面织构在生物材料上的研究进展,分析了表面织构化参数,如形状、尺寸及排布等对摩擦学性能的影响,考察了不同织构对摩擦副在不同运动工况下承载力及耐磨性的影响,阐述了表面织构的减摩耐磨机理。最后讨论了表面织构对细胞接触引导生长的调控,如对细胞的粘附状态、形态、增殖和分化能力的影响,尽管利于细胞生长的尺寸小于润滑优化的尺寸,但通过多层次或复合设计可望实现生物相容性与摩擦学性能改善相兼具的目标。最后在现有人工关节材料表面改性的研究基础上,对延长人工关节服役寿命的研究方向、发展趋势和应用领域进行了展望。     

纳米尺度连接技术的研究现状与展望

纳米材料以其特有的结构和性质而得到了广泛应用,纳米尺度的连接技术也随之逐渐发展起来,在电子、宇航、生物医疗等领域具有广阔的应用前景.介绍了纳米材料的微观效应,并综述了纳米尺度连接技术的研究进展,其中主要介绍了纳米固相连接、纳米钎焊和纳米熔化焊的研究现状,分析了在纳米尺度进行材料连接时,一些现象和物理过程与宏观连接时的区别,同时指出了分子动力学方法在纳米连接领域的作用,最后对纳米尺度连接技术的应用前景进行了展望.