纳米复合陶瓷材料强韧化的研究进展

与传统陶瓷材料相比,纳米复合陶瓷材料断裂强度和断裂韧性得到了显著的提高.综述了纳米复合陶瓷材料强韧化机理的研究进展,主要包括弥散细化、混晶型结构强化、钉扎理论、残余应力场理论等.断裂模式从以传统复合陶瓷的以沿晶断裂为主转变为纳米复合陶瓷的以穿晶断裂为主,从而将导致断裂韧性和抗弯强度极大的提高.     

高强韧钢淬火-配分工艺中碳配分计算模型的研究进展

淬火-配分(QP)钢作为第三代先进高强钢,为汽车轻量化、能源使用效率提升及更早地实现“碳达峰、碳中和”的目标提供了重要保障。在淬火-配分(QP)工艺中,淬火过程形成初始组织(残余奥氏体+马氏体),配分过程则是保留和稳定残余奥氏体的关键环节。QP钢配分时除了会发生碳配分,还常常伴有置换原子短程扩散、奥氏体/马氏体界面迁移、奥氏体/马氏体间相变、奥氏体/贝氏体间相变及碳化物析出等现象,使得对配分过程组织演化和碳浓度分布的研究变得十分困难。国内外学者以相关实验为基础,针对具体配分过程提出了许多计算模型,以达到对最终组织相组成的准确预测,并揭示配分过程中多现象同时发生的潜在机制。本文从以下两方面对QP钢碳配分过程的计算模型进行了综述：(1)基于热力学和动力学建立的计算模型,主要包括理想化的CCE模型、考虑界面移动性的QP-PE模型和QP-LE模型、考虑碳化物析出的CCEθ模型和QPT-LE模型、考虑贝氏体相变的耦合模型以及考虑多现象同时发生的耦合模型;(2)利用相场手段进行的相关计算模拟。最后,对今后碳配分过程的模拟计算研究前景做出展望。     

多级孔沸石的孔结构调控合成及其催化应用研究进展

沸石由于特殊的离子交换性, 丰富的酸性位以及较高的水热稳定性, 被广泛地应用于工业催化和分离吸附等领域。但是由于其较小的微孔尺寸(< 1.5 nm), 在一些大分子参与的催化反应中受到极大的限制。多级孔沸石在保留传统沸石晶化骨架、酸性位以及高水热稳定性的同时引入了多级孔结构, 可极大改善分子的扩散和传质, 减少积碳, 延长催化剂的使用寿命, 使其在催化领域获得更为广泛的应用。本文系统综述了多级孔沸石在孔结构调控方面的研究进展, 着重介绍了无序介孔/大孔结构的多级孔沸石、有序介孔结构的多级孔沸石、取向排列的双介孔结构多级孔沸石、空心结构的多级孔沸石、集大孔-介孔-微孔为一体的多级孔沸石等的合成策略与机理以及结构表征。概述了多级孔沸石在催化领域中的应用进展; 通过与传统沸石和无定型介孔材料的对比, 这种新型的多级孔沸石展现出独特的优势。最后, 对未来多级孔沸石的发展与应用潜力进行了展望。     

纳米多层结构实现硬质薄膜韧化的方法、机理与应用

硬质薄膜的韧化正成为气相沉积硬质薄膜研究和应用的重点。纳米多层结构设计是实现硬质薄膜强韧化的有效方法。本文介绍了纳米多层薄膜组元和韧化机理,讨论了周期、调制周期比、微观结构等子层因素对强韧化的影响,以及耐磨损、耐冲蚀场合的应用现状、问题以及原因。微裂纹在多层界面间偏折是纳米多层结构韧化的主要机理,但纳米多层结构界面越多,其裂纹萌生源越多,如果界面韧性较差,纳米多层结构会很快发生层-层剥离而失效。因此,纳米多层薄膜的韧化效果决定于界面的质量,而不是数量。必须获得高质量的层间界面,从断裂力学角度考虑抑制微裂纹的扩展,才能发挥纳米多层结构薄膜的优势。     

氧化铝基陶瓷复合材料的微观结构与增韧机理

应用相交增韧、相变－晶须复合及相变－颗粒复合等方式对氧化铝陶瓷进行增韧．遇过各材料强韧性的测试、微观结构的分析以及断口形貌的对比,研究了各材料的断裂特点及不同增韧方式的增韧机理与效果,得出材料的强韧性与其断口形貌密切相关;双重增韧材料中,两种增韧方式不是简单的叠加,而是存在相互作用;同时在性能试验后的材料基体内观察到位借的存在．     

Al2O3/ZrO2层状复合陶瓷的显微结构特征与强韧化的关系

利用自带能谱的扫描电镜(SEM)和透射电镜(TEM)仪,对Al2O3/ZrO2层状复合陶瓷的显微结构特征及断口形貌进行深入分析研究.研究结果表明:表面压应力的作用细化了晶粒,提高了可相变四方相的含量,增加了相变增韧的效果;沿界面两端表现出2种不同的断裂机制:界面以外靠近表面部分,其断裂主要是穿晶断裂;在基体层的断裂则表现为沿晶和穿晶混合型断裂方式.该断裂行为与ZrO2层状陶瓷的相变增韧机制密切相关.     

铜镍合金的强韧化行为及其微观机制的研究进展

近年来,高性能铜镍合金因其具有优异的性能成为了研究热点.本文综述了一些高强韧铜镍合金的研究进展,重点对该系列铜镍合金的强韧化行为及其微观机制进行了讨论与分析.最后给出了高强韧铜镍合金特别是多主元高强铜镍合金的发展趋势.     

多层复合结构的隔声屏设计

位于城区的发电厂干煤棚产牛的噪声严重影响了周围居民的日常生活，急需采取相应措施进行治理。作者结合干煤棚的实际情况和治理要求，灵活采用其有吸声能力的多层复合结构隔声屏，取得了很好的隔声、吸声效果，可为相关工程提供参考和依据。     

声学多层结构介质的研究进展

首先回顾了声学多层结构介质的研究历史,在此基础上简要介绍了近几年在声学多层结构介质特异声传输调控和原型声学功能器件方面的一些工作进展。从声学的角度,系统介绍了多层结构介质的有效介质理论,系统声学参数的各向异性近似,在声波隐身斗篷中的应用。通过严格散射理论推导和有限元数值模拟研究了声斗篷系统的近场声压分布和远场散射强度,发现该设计可在低频较宽的频带范围内显著降低被遮蔽区域的声散射截面;在此频率区间内,声信号散射截面随着频率的提高而增加,其截止频率由薄层厚度决定。最后对该领域的研究作了若干展望。     

Mn-Si-Cr系无碳化物贝氏体/马氏体复相高强钢的研究进展

无碳化物贝氏体/马氏体复相高强钢具有比同等强度马氏体钢更优异的韧性和塑性,被广泛应用到轨道交通、机械、建筑等领域。文章概述了低成本Mn-Si-Cr系无碳化物贝氏体/马氏体复相钢近年来在合金化设计、工艺设计、微观组织、强韧化机理、强塑化机理、延迟断裂及疲劳性能等方面取得的研究成果。特别介绍了近年来笔者在BQP工艺处理CFB/M复相钢方面的工作进展,经过BQP处理之后,CFB/M复相钢显示了更优异的强度、塑性、韧性和疲劳性能的匹配。最后简单介绍了Mn-Si-Cr系无碳化物贝氏体/马氏体复相钢在不同领域的应用情况,特别是其在重载高速铁路领域的应用现状和前景。     

Hierarchical Structure of Silk Materials Versus Mechanical Performance and Mesoscopic Engineering Principles

A comprehensive review on the five levels of hierarchical structures of silk materials and the correlation with macroscopic properties/performance of the silk materials, that is, the toughness, strain‐stiffening, etc., is presented. It follows that the crystalline binding force turns out to be very important in the stabilization of silk materials, while the β‐crystallite networks or nanofibrils and the interactions among helical nanofibrils are two of the most essential structural elements, which to a large extent determine the macroscopic performance of various forms of silk materials. In this context, the characteristic structural factors such as the orientation, size, and density of β‐crystallites are very crucial. It is revealed that the formation of these structural elements is mainly controlled by the intermolecular nucleation of β‐crystallites. Consequently, the rational design and reconstruction of silk materials can be implemented by controlling the molecular nucleation via applying sheering force and seeding (i.e., with carbon nanotubes). In general, the knowledge of the correlation between hierarchical structures and performance provides an understanding of the structural reasons behind the fascinating behaviors of silk materials.     

Multiscale Hierarchical Design of a Flexible Piezoresistive Pressure Sensor with High Sensitivity and Wide Linearity Range

Flexible piezoresistive pressure sensors have been attracting wide attention for applications in health monitoring and human‐machine interfaces because of their simple device structure and easy‐readout signals. For practical applications, flexible pressure sensors with both high sensitivity and wide linearity range are highly desirable. Herein, a simple and low‐cost method for the fabrication of a flexible piezoresistive pressure sensor with a hierarchical structure over large areas is presented. The piezoresistive pressure sensor consists of arrays of microscale papillae with nanoscale roughness produced by replicating the lotus leaf's surface and spray‐coating of graphene ink. Finite element analysis (FEA) shows that the hierarchical structure governs the deformation behavior and pressure distribution at the contact interface, leading to a quick and steady increase in contact area with loads. As a result, the piezoresistive pressure sensor demonstrates a high sensitivity of 1.2 kPa⁻¹ and a wide linearity range from 0 to 25 kPa. The flexible pressure sensor is applied for sensitive monitoring of small vibrations, including wrist pulse and acoustic waves. Moreover, a piezoresistive pressure sensor array is fabricated for mapping the spatial distribution of pressure. These results highlight the potential applications of the flexible piezoresistive pressure sensor for health monitoring and electronic skin.     

颗粒增强铝基复合材料强韧化机制的研究新进展

轻质高强高韧铝基复合材料已成为汽车、航空航天及5G通讯等领域轻量化发展的重要基础材料之一.但高强度与高韧性不兼备以及加工成形性差成为限制其发展的瓶颈,铝基复合材料的强韧化成为近年来的研究热点.本文综述了颗粒增强铝基复合材料力学性能的主要影响因素以及强韧化机制方面的最新研究进展,特别是关于增强颗粒的构型化设计对高性能铝基复合材料强韧性的重要影响,以及非均匀材料中的异质变形诱导(HDI)强化新机制,并展望了其未来研究和发展趋势,为开发高性能的铝基复合材料提供理论指导.     

微-介孔分级结构MIL-101(Cr)的制备及其性能

为简化合成工艺、降低样品损耗,以丙酸作为添加剂,通过改变丙酸与九水硝酸铬浓度比,合成含有微-介孔分级结构的MIL-101(Cr)。利用X射线衍射仪、全自动比表面及孔隙度分析仪及扫描电子显微镜等表征手段对不同浓度比的MIL-101(Cr)的粒径、BET比表面积、孔体积、N_2吸附性能和微观结构进行研究。结果表明:选择适量的丙酸可以合成含有微-介孔分级结构的MIL-101(Cr),其具有更强的吸附性能。在该反应体系中,丙酸的浓度可以改变MIL-101(Cr)的结构,且合成方式简易方便,为拓展MIL-101(Cr)的应用提供可行的方案。     

从低维到高维的仿生材料制备及其应用进展

经过数十亿年的进化,自然界中的生物材料表现出许多卓越的性质和独特的功能。这些生物材料通常是由生物体内的有限组分在温和条件下组装而成,其优异的性能在很大程度上来源于复杂的多级结构,例如含邻苯二酚单元的贻贝粘附蛋白具有普适的强粘附力,珠-线结构的蜘蛛丝具有优异机械性能和集水能力,空心结构的北极熊毛发具有隔热保温作用,规则微纳结构的蝴蝶翅膀显示多彩的颜色,梯度多孔结构的柚子皮具有优异的阻尼减震效果等。以自然界的设计原理为灵感制造人工材料在材料科学和工程领域受到了极大关注,过去数10年,这方面的研究成果不胜枚举。总结了仿生材料在结构仿生方面的研究进展,选取了几个从低维到高维尺度上的典型例子概述了仿生材料的结构和功能之间的关系。     

多层周期性结构隔声特性的试验研究

根据固体物理学的周期性结构的能带理论,通过试验研究多层周期性结构的隔声特性.并利用频谱分析技术对多层周期性结构与非周期性多层结构进行分析,试验和分析表明:多层周期性结构呈现出声子禁带的隔声特性.     

金属材料的抗蠕变机理及方法综述

本文分析了传统金属材料抗蠕变性能的不足以及研制抗蠕变性能优良的金属材料的必要性。通过分析影响蠕变的因素,得出蠕变温度和蠕变应力能够影响蠕变行为,而析出相又是影响蠕变行为的关键因素这一结论。综述了固溶强化、析出强化、弥散强化和晶界强化等几种提高材料抗蠕变性能的方法及机理,列举了几种常见的蠕变试验方法。最后展望了抗蠕变金属材料广泛的应用前景。     

具有核壳结构的锂离子电池用Sn/C复合负极材料研究

采用碳热还原法以及沥青裂解包覆技术,制备具有核壳结构的Sn/C复合负极材料,对采用改性天然石墨与人造石墨作为内核的效果作了比较,并分析研究壳层的厚度对材料综合性能的影响.结果表明,采用改性天然石墨作为内核能更有效分散Sn金属颗粒,另外沥青裂解碳包覆层的厚度对材料的循环稳定性具有较大的影响.以改性天然石墨为内核,具有(10％+20％)双层包覆结构的负极样品具有最佳的综合性能,首次库伦效率为76.3％,54周的容量保持率为99％.材料结构的设计以及结构的合成工艺是解决锡基合金负极材料体积效应的重要途径.     

离子束溅射Si／Ge多层膜的界面结构研究

采用离子束溅射技术，在玻璃衬底上制备了不同周期数的Si／Ge多层膜样品。通过Raman光谱和X射线小角衍射对薄膜进行了表征和分析，发现随着生长周期数的增加，层与层之间的互扩散效应逐渐减弱，界面结构逐渐清晰，生长周期为25的样品界面最平整。