仿生自主变色伪装材料的研究进展

在现代信息化战争中,随着各波段侦察技术水平和多波段数据获取、融合及处理速度的不断提高,尤其是高光谱的图像分辨能力和人工智能图像识别能力的急剧提升,传统伪装器材中的静态固定信号特征匹配技术不仅逐渐失去应有的防护能力,反而更容易暴露其装备特征。 伪装能力的不足已成为严重制约作战行动和生存能力的短板,而现有的人工技术和方法又一时难以解决诸多的矛盾和难点问题。 反观,自然界的许多动物和植物,在长期的自然选择和适应环境生存的进化竞争中,逐渐形成了神奇的伪装本领,演化出形式多样、精致巧妙和无以伦比的高效动态伪装方式与策略。 介绍了目前国内外在仿生自主变色伪装材料方面的研究进展,及仿生制备相关功能复合材料的生产制备工艺。 通过回顾和展望该领域研究动态,为研究者提供仿生自主伪装研究新概念、新思路和新途径,以期实现伪装材料研究的革命性转变。     

自愈防腐体系的愈合机制及应用的研究进展

综述了不同自愈体系的自愈机制,根据是否需要外加修复剂,将自愈体系分为本征型和外援型两类,其中本征型自愈体系的愈合机制是指非共价键 (氢键作用、疏水作用、静电作用) 和共价键 (DA键、双硫键) 的重新结合作用;外援型自愈体系是引入修复剂,利用修复剂修复损伤。最后,对自愈体系的主要的应用技术：层层自组装技术、微胶囊封装技术和化学转化膜技术进行了综述。     

极端低温环境下防覆冰材料研究进展

表面覆冰和积雪广泛存在于日常生活及工业生产中,但在极端复杂低温环境下,工程设备表面严重积冰会影响其使役性能,常常导致高能耗或灾难事故发生。传统除冰技术如机械除冰、加热融冰以及喷洒化学试剂等效率低,费用高,作业危险性大,无法从根本上解决实际工程领域的覆冰难题。通过采用涂装功能防覆冰材料的策略,抑制或延缓材料表面覆冰的形成,降低表面冰层的结合强度和覆冰量,从源头上解决覆冰问题成为主要的研究方向。相比于传统物理法和化学法,该方法具有高效率、低能耗、简便易行等特点,具有较好的应用前景。基于此,在详细阐述了材料表界面润湿特性和防覆冰机理的基础上,综述了国内外极端低温环境下防覆冰材料的研究进展,并对固–液界面型、液–液界面型以及复合涂层材料等几类主要防覆冰材料的适用性及优缺点进行了对比和分析,最后指出了目前防覆冰材料应用面临的技术瓶颈,并对未来防覆冰材料的发展方向和趋势进行了展望,为极端低温环境防覆冰材料的设计和选择提供参考。     

超快激光制备材料表面微纳结构的研究进展

超快激光具有脉冲宽度短、峰值功率高的特点,相对于长脉冲对材料造成的热影响几乎为零,这使得利用超快激光加工材料逐渐受到科学界的重视。 文中综述了超快激光辐照材料表面产生微纳结构的机理,总结了超快激光制备材料表面微纳结构的主要特点以及特殊性能的表现,针对超快激光加工不同种材料和采取不同种加工工艺两个方面进行论述,对材料表面结构的形貌形成、展现的性能及研究结论加以说明,并对各个工艺的优缺进行了讨论。 最后对超快激光制备仿生功能表面和生物医学材料表面等最新发展趋势进行了总结,并对超快激光制备材料表面微纳结构在未来研究发展中会遇到的问题进行了展望。     

多孔储液材料的仿生制备及其摩擦学性能研究进展∗

多孔储液材料因其优异的自润滑性能备受关注,特别是其孔隙结构参数与性能间对应关系的研究一直是学术界和工业界亟待解决的问题。 针对该类多孔储液材料,从来源、制备方法以及摩擦学特性等方面对其发展脉络及面临的问题进行梳理和分析,认为在仿生关节软骨制备适合工业应用的摩擦副方面,如何提取关键仿生特征参数是关键。 目前在进行服役可靠性、工况适应性分析时,多用孔隙率来表征多孔结构特征,在明晰孔隙形态参数(孔径,分布,贯通型等)与力学-物理性能、润滑状态之间的映射关系方面存在明显的不足,导致从优化孔隙形态参数入手实现多孔储液材料力学-物理性能与摩擦学性能的统一方面仍具挑战性。 3D 打印技术的快速发展有望解决当前多孔材料成形过程中孔隙形态参数不可精确控制的问题,并为其自润滑理论的发展提供有效试验手段。     

非晶合金表面极端润湿性的研究进展

随着近代仿生学的不断发展,极端润湿性界面材料作为一种新型功能材料,已成为材料科学研究领域的热点之一.非晶合金由于具有较低的表面(自由)能以及在过冷液相区的超塑性,成为了制备功能性表界面的理想材料之一,尤其是超疏液表面的理想材料.利用Young′s、Wenzel、Cassie-Baxter三种不同的润湿模型,对非晶合金表...     

中国科学院力学研究所仿生材料研究取得新进展

对材料的结构和性能进行仿生设计、以获得满足某些特定服役环境要求的工程材料是目前材料研究中的热点之一。最近,中国科学院力学研究所非线性力学国家重点实验室（LNM）“生物及仿生材料力学”课题组的宋凡研究员、许向红副研究员和邵颖峰助理研究员及其合作者,用等离子刻蚀和酸腐蚀的办法,在陶瓷表面成功引入了仿蜻蜓翼表面纳米结构,使陶瓷表面的水接触角提高五十度以上成为超疏水表面,有效地提高了陶瓷材料的抗热震性。     

高强度本征型自修复聚氨酯材料研究进展

聚氨酯(PU)是一类具有高柔韧性和耐久性的弹性体聚合物，由多元醇与异氰酸酯通过加成聚合反应制备而成，广泛应用于工业、电子产品、建筑、运输和医疗等领域。引入自修复性能可为PU的使用寿命提高和可回收性做出巨大贡献。然而自修复要求聚合物分子链具有较高的运动能力，其引入往往会带来材料机械性能的下降，导致高强度自修复PU制备一直面临挑战。汇总了近年来高强度本征型自修复PU材料研究的思路与成就，总结了由多种相互作用力控制的自修复机制在平衡机械性能和可修复性的重要性。梳理了自修复PU的增强方式，首先是最常用的纳米填料增强，主要包括碳纳米管和石墨烯等碳基填料来提高自修复PU的力学性能;其次是利用特殊的分子设计方式，将富含氢键的基团引入侧链或主链中，通过提高氢键的密度使PU表现出优异的机械性能，实现高机械强度与高自愈合效率的共同突破;最后是控制“微相分离”，通过调节PU中的软基体与硬畴的分离程度，平衡材料的机械性能和自修复能力，获得高强度自修复PU。在此基础上，对目前各类增强方式存在的问题进行了对比和分析，并对高强度本征型自修复PU的发展方向和应用前景做出了展望。     

人工关节与仿生软骨材料的表面改性及其摩擦学研究进展

对患有严重关节疾病的患者进行人工关节置换手术,是临床上有效的治疗方案.现有的人工关节及仿生软骨制作材料主要以金属、陶瓷、聚合物材料及强韧水凝胶等为主,然而在苛刻的关节负载摩擦剪切环境下,上述材料均面临着一个共性技术问题——表面磨损严重,进而影响其使用寿命.因此,利用表面改性技术和仿生学材料设计理念,制备具有"低摩擦-高承载-长耐磨"功能一体化的新型人工关节具有重要的实际意义和工程价值.首先总结了金属、陶瓷、聚合物基硬质人工关节材料的研究和发展历程,并阐述了不同表面改性技术在提升硬质人工关节材料表面润滑和抗磨性能方面的优势.进一步,详细介绍了近年来以水凝胶基材料为代表的新型仿生关节软骨润滑材料的最新研究进展,具体包括高性能本体水凝胶与水凝胶软骨材料的表面改性,从承载和抗磨角度,强调了仿生层状结构化水凝胶材料作为新型关节软骨替代物的潜在优势.此外,结合国际上生物润滑领域最新动态,系统概述了在天然骨组织和硬质人工关节材料表面键合水凝胶润滑涂层这一新兴研究方向.最后,从材料仿生学设计和表面水润滑改性两方面,提出了新型人工关节材料未来的研究重点和发展方向.     

微胶囊填充型自修复涂层材料研究进展

微胶囊填充型自修复聚合物及其复合材料是近年来高分子科学界的研究热点之一.总结了微胶囊填充型自修复涂层的修复机理.概括了常见的微胶囊填充型自修复涂层体系,包括双环戊二烯-Grubbs固化剂体系、环氧树脂固化剂体系以及极性溶剂-环氧树脂体系等,并对各体系的组成、微胶囊的稳定性及其影响因素、当前研究现状及未来发展前景进行了总结.介绍了常见的微胶囊制备方法,其中主要有原位聚合法和界面聚合法,并对各方法的原理、特点、应用范围及自身优缺点进行了介绍.对微胶囊填充型自修复涂层的性能(包括力学性能和耐蚀性能)评价方法进行了总结.自修复微胶囊的加入使涂层的断裂韧性修复效率超过90％,微胶囊使涂层层间附着力的修复效率达到87％.电化学实验可以从腐蚀电流和阻抗方面等证明微胶囊填充型自修复涂层比普通涂层具有更好的耐蚀性能,同时利用电化学实验也可以对微胶囊填充型自修复涂层的修复过程进行解释说明.最后对微胶囊填充型自修复涂层材料在不同领域的应用进行了总结,并针对微胶囊填充型自修复涂层材料未来的发展方向进行了展望.     

工程材料微裂纹自愈合技术及其机理

综述了工程材料表面及内部微裂纹自愈合技术及其机理的研究现状和进展，并提出普通金属材料使用过程中所产生裂纹的愈合技术和机制研究应提到日程上。     

仿生防冰表面研究进展

飞机、风电设备和输电线路等覆冰会降低工作效率,造成财产损失,严重时甚至威胁人民生命安全.仿生防冰表面具有低能耗、低污染等优点,成为国际研究热点.首先概述了仿生防冰表面的概念,根据作用机理将仿生防冰表面分为超疏水表面和超润滑表面.分别详细地介绍了两种防冰表面的防冰机理、仿生对象及制备技术.超疏水表面改变水的润湿状态,延迟水滴结冰,减小冰粘附强度,其仿生对象包括荷叶、水稻叶等,其制备技术包括光刻、等离子刻蚀等自上而下方法,及喷涂、化学气相沉积等自下而上方法.超润滑表面将固-气-液界面作用时的空气层替换为液体层,增强润滑,减小冰粘附,其仿生对象包括猪笼草、箭蛙皮肤等,其制备技术主要为多孔制备方法.随后介绍了仿生防冰表面技术的发展趋势.在保证表面疏水/冰性能的同时,直接或间接增强表面的稳定性和耐久性,构建具有良好环境适应性(如超双疏、柔性、透明、自清洁等)与防冰结合的多功能融合表面,是未来仿生防冰表面的重要发展趋势.最后,对当前仿生防冰表面的发展和挑战进行了展望.     

光热自修复涂层的研究进展

综述了光热触发自修复涂层的结构设计与修复机制、填料的种类及其特点、涂层的修复效率与防腐应用,重点阐述了基于碳基填料、等离激元纳米材料、有机填料、四氧化三铁纳米颗粒等光热响应物质自修复涂层的国内外最新研究进展,详细分析了填料含量、光照波长、光照强度、基体类型等对涂层的自修复性能和耐蚀性能的影响规律。最后,提出了光热自修复涂层目前存在的问题以及发展前景,未来应进一步优化涂层的制备工艺,提升光热转换效率,降低制备成本,并将涂层的多重修复机制相结合,共同提升涂层的长效防护能力,使之早日实现工业应用。     

仿生结构复合陶瓷刀具材料力学性能及显微结构

针对不同烧结条件及TiC/WC组分比,采用热压烧结工艺制备出三层仿生结构复合陶瓷刀具材料。测试了仿生结构复合陶瓷材料力学性能,并对材料断口形貌和裂纹扩展进行了观察分析。结果表明：仿生结构复合陶瓷刀具材料抗弯强度达870 MPa,维氏硬度达21.83 GPa,断裂韧性达7.56 MPa?m_1/2,比SG4均质陶瓷刀具材料性能有所提高。断口形貌显示仿生结构复合陶瓷刀具材料较SG4均质刀具材料晶粒细密,晶粒尺寸呈现多尺度特征。材料断裂模式为穿晶断裂和沿晶断裂混合型。仿生结构复合陶瓷材料表面裂纹扩展呈现偏转和分叉。裂纹穿过材料界面扩展时有明显偏转现象。     

自愈合微胶囊在电泳涂料中的应用

目的提高阴极电泳涂料漆膜在受到外力损伤时的自愈合能力。方法采用原位聚合法,以KH-550改性环氧树脂为囊芯,以密胺树脂添加脲醛树脂为囊壁,形成耐化学性好和粒径小的微胶囊,并加入到阴极电泳涂料中,从而增加漆膜在受到外力损伤后的自愈合能力。通过偏光显微镜、SEM对微胶囊的粒径和形貌进行了表征,通过铅笔硬度测试、附着力测试、粗糙度测试、耐盐雾试验,分别评价了电泳漆膜的硬度、附着力、粗糙度、漆膜耐蚀性。结果在阴极电泳涂料中加入微胶囊后,槽液性能指标未受影响,漆膜物理机械性能基本未受影响,粗糙度由0.174变为0.201,标准磷化板在1000 h的NSS后,划叉处明显要好于普通漆膜的防腐性。结论以KH-550改性环氧树脂为囊芯,以密胺树脂添加脲醛树脂为囊壁的微胶囊,加入阴极电泳涂料后,有效提高了漆膜在受到外力损伤后的自愈合能力。     

仿生微纳结构抗菌表面研究进展

介绍了天然抗菌微纳结构的特点及抗菌效果,从灵感来源、基底材料、构建方法、表面特性和结构、抗菌效率六个方面,总结了利用不同技术模拟蝉和蜻蜓的翅膀、蛾眼和壁虎皮肤微纳结构的仿生研究进展。阐述了材料表面微纳结构的形貌和粗糙度对抗菌效率的影响,发现具有多层次、间隔紧密、尖锐纳米柱结构的表面对革兰氏阳性和革兰氏阴性菌均表现出较强的抗菌活性。微纳结构抗菌表面与细菌相互作用,破坏细胞壁/膜,导致细菌死亡,该抗菌机制是物理机械性的,避免了细菌耐药性的产生。该综述为今后仿生微纳结构抗菌表面的发展提供了理论基础,并提出了未来的研究思路和发展方向。     

Influence of a Sealing Treatment on the Behavior of Plasma-Sprayed Alumina Coatings Operating in Extreme Environments

In numerous applications developed at the Commissariat à l’Energie Atomique, Direction de l’Energie Nucléaire (CEA-DEN, French Atomic Agency, Atomic Energy Department), particularly those encountered in the processing of nuclear wastes, metallic components are subjected to extreme environments in service, in terms, for example, of ageing at moderated temperature (several months at about 300 °C) coupled to thermal shocks (numerous cycles up to 850 °C for a few seconds and a few ones up to 1500 °C) under a reactive environment made of a complex mixture of acid vapors in the presence of an electric field of a few hundred volts and a radioactive activity. Alumina plasma-sprayed coatings manufactured with feedstock of different particle size distributions, graded alumina-titania coatings, and phosphate-sealed alumina coatings were investigated to improve the properties of metallic substrates operating in such extreme environments. The effects of particle size distribution, phosphate sealant, and graded titania additions on the dielectric strength of the as-sprayed, thermally cycled and thermally aged coatings were investigated. Thermal ageing test was realized in furnace at 350 °C for 400 h and thermal shocks tests resulted from cycling the coating between 850 and 150 °C using oxyacetylene flame and compressed air-cooling. Alumina coating structures and phase content were characterized in parallel by scanning electron microscopy (SEM) coupled to image analysis and stereological protocols and X-ray diffractometry (XRD). The dielectric strength was assessed by measuring the breakdown voltage at 50 Hz during and after the thermal tests.