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.     

粉末冶金技术制备金属多孔材料研究进展

金属多孔材料既有金属的性质,又因为孔的存在,而具有一系列功能特性,诸如密度低、比表面积大、机械强度高、通透性好等,是一种性能优异的多功能工程材料,因而在工程中得到广泛的应用.本文阐述了粉末冶金技术制备金属多孔材料的最新研究进展,主要分析了生物金属多孔材料、形状记忆合金多孔材料、多孔钨电极、多孔不锈钢和多孔铜的制备及研究进展.     

金属基固体自润滑复合涂层及其制备技术研究进展

金属基固体自润滑复合涂层具有强度高、耐高温、耐磨损以及易加工等特性,成为近来研究热点。首先综述了国内外金属基固体自润滑复合涂层的材料体系(即难熔金属基自润滑复合涂层、软金属基自润滑复合涂层、低温金属基自润滑复合涂层以及高温金属基自润滑复合涂层),随后分析了金属基固体自润滑复合涂层的润滑机理,指出润滑膜的低剪切特性是实现减磨润滑的关键。接着介绍了金属基固体自润滑复合涂层的制备技术,比较分析了烧结、电镀、化学镀、热喷涂、物理气相沉积(PVD)、化学气相沉积(CVD)、激光熔覆等技术,在制备金属基自润滑复合涂层方面的优点和不足。最后总结了目前在关于金属基固体自润滑复合涂层研究中存在的问题,进而探讨了相应的解决方案,提出应深入研究金属基体、固体润滑剂与环境三者之间的相互作用机理,并进一步指出研发新型固体润滑剂、改进现有制备技术、开发新工艺是未来重点发展的方向。     

金属纤维多孔材料力学性能的研究进展

金属纤维多孔材料既有金属的性质,又因内部存在着大量的孔隙而具有一系列的功能特性,是一类优良的结构功能一体化材料.本文主要分析了金属纤维多孔材料的制备方法,讨论了该材料的力学性能,并着重介绍了近几年该领域的最新研究进展.     

新型超轻TiAl多孔材料的制备及其力学性能

基于化学反应造孔和物理占位造孔的联合作用,发展了一种新型Ti Al金属间化合物多孔材料的制备工艺,具体可用均混、压制、脱溶、烧结4个阶段来描述。该工艺实现了毫/微米双孔结构Ti Al多孔材料的制备,其中微米孔由Kirkendall效应产生,毫米孔由物理占位造孔颗粒实现。材料具有完全的通孔结构,孔洞分布均匀,且孔隙率、孔径、孔型、孔结构可控,最高孔隙率可达90%。准静态压缩力学性能测试表明,Ti Al多孔材料属于脆性多孔材料,具有典型的脆性破坏断裂机制,其屈服强度与相对密度的关系可通过Gibson-Ashby正六面体单胞模型来解释。     

3D打印含油自润滑材料研究获进展

聚合物基含油自润滑复合材料凭借其轻质、耐腐蚀、低噪音且长期免维护的特性,在航空航天、汽车工业等前沿领域具有广泛应用前景。传统方法制备含油自润滑复合材料大多采用先制备多孔材料后填充润滑剂的两步法,存在工艺复杂、含油率低等问题,且难以实现复杂结构成形。因此,发展新型聚合物基含油自润滑材料与器件快速成形技术具有重要意义。     

医用多孔镁基合金材料制备技术的研究进展

介绍了医用多孔镁合金的优势,综述了当前多孔镁基合金制备技术的研究进展。阐述了粉末冶金法制备医用多孔镁合金工艺中存在的问题。指出提高多孔镁合金材料骨架部分强度可显著改善其力学性能。在保证医用多孔镁合金具有大量孔隙的同时,使材料骨架部分的晶粒细化,才能制备出高质量多孔镁基合金材料。     

3D打印铝合金材料的摩擦学性能

为测试高速传动件上3D打印铝合金材料的耐磨性能,对3D打印铝合金(EOS:Al Si10Mg)与铸造铝合金(ZL1104T6:ZAl Si9Mg)进行性能对比测试。采用光学显微镜、电子扫描电镜、能谱分析仪、显微硬度计、高温摩擦磨损试验机等对两种材料进行微观组织分析,硬度测量,摩擦磨损值测定。结果表明,3D打印铝合金其微观组织下晶粒更精细,并且各合金元素分布均匀性更好;3D打印铝合金硬度平均值略高于ZL1104 T6;3D打印铝合金的摩擦因数曲线更平滑,摩擦因数平均值及磨损失重率均小于ZL1104 T6,证明在相同的摩擦磨损条件下,3D打印铝合金表现出良好的耐磨性。     

金属多孔材料应用及制备的研究进展

综述了金属多孔材料在作为结构材料和功能材料方面所表现出来的优异性能及其应用.并对固相法、液相法、电沉积法、气相沉积法等金属多孔材料的主要制备方法进行了总结,同时,指出当前金属多孔材料的研究热点和今后所需解决的问题.     

碳纳米管材料的制备及其应用研究进展

碳纳米管是由高度石墨化碳原子组成的管状结构,它的sp2轨道杂化结构使其具有独特的物理及化学性能,如机械强度高、吸附性能好、化学性能稳定、导电性好,在力学、电学和能源存储等方面都具有广泛的应用前景。然而,碳纳米管生长是一个非常复杂的过程,原料组成、制备方法和环境条件都会对碳纳米管的生长速度、形貌和性能产生重要影响。通过调控碳纳米管生长过程可以获得形状不一、性能不同的碳纳米管。本文综述了制备方法、衬底材料、催化剂、生长气氛对碳纳米管形貌和性能的影响,讨论了碳纳米管的生长机理,总结了碳纳米管在能源存储、材料增韧、催化产氢等领域的应用,分析了碳纳米管的制备和可控生长面临的问题及未来发展方向,以期为碳纳米管的可控生长、大规模制备提供参考。     

浸渍法制备多孔镍钛生物材料及性能

选用等原子比NiTi预合金粉末作为原料,以聚氨酯泡沫为模板,采用浸渍法制备了一种具有高孔隙率、孔径可控、孔隙三维连通且生物力学相容性优良的多孔镍钛合金材料。通过X射线衍射仪、体视显微镜、扫描电子显微镜及力学试验机,研究分析了两种不同型号有机模板(R2D25和DP91308)制备的多孔镍钛合金的物相组成、微观结构和力学性能。结果表明:有机模板浸渍法可以制备出高孔隙率且具有三维连通孔隙结构的多孔镍钛合金。两种模板对应的孔隙率分别为71.8%和63.8%,孔径分布在250~500μm和150~400μm之间,抗压强度分别为16.37和73.52MPa,弹性模量为0.51和2.45GPa,与人体骨组织的结构与性能相匹配。     

医用多孔金属的制备及其生物活化研究进展

医用多孔金属材料,特别是多孔钛及钛合金能够提供与人体骨组织相匹配的力学性能,并促进骨组织长人以提高其与骨的固定度,在人体硬组织修复与替换方面具有广泛的应用前景。重点围绕多孔钛及钛合金的制备方法及适用于其复杂孔隙结构的表面生物活化方法,综述了各种方法在多孔钛及钛合金上的应用现状。目前适用于多孔钛及钛合金制备的技术主要有粉末冶金法、钛纤维烧结法、自蔓延高温合成法、选区电子束熔化技术和选区激光熔化技术,适用于多孔钛及钛合金表面生物活化的技术主要有溶胶凝胶法、仿生矿化法、电化学沉积法和微弧氧化法。多孔钛及钛合金的力学相容性和表面生物活性需要同时满足临床要求,才能进一步扩大其在医学领域的应用范围。     

医用多孔镁合金植入材料的研究及其应用进展

镁合金具有良好的生物相容性和可降解性,多孔镁合金具有多孔金属与镁合金的双重优势,因而是一种潜在的具有良好应用前景的生物医学材料。本文综述了传统金属植入材料存在的问题和镁合金的优势,对多孔镁合金植入材料及其表面涂层处理的重要性进行了简要分析,对镁合金植入材料的初步应用情况进行了介绍,并指出了医用多孔镁合金植入材料应重点开展的研究方向。     

烧结金属多孔材料力学性能的研究进展

本文概述了烧结金属多孔材料在功能应用和基础结构理论两方面力学性能的研究进展.其中功能应用的研究包括在吸能材料、生物材料、过滤材料3个领域中如何解决在各自功能应用中的力学问题:基础结构理论的研究包括密度、孔隙率、孔结构等对弹性模量、屈服强度、疲劳极限的影响.     

不同接触尺度下石墨烯摩擦学性能研究进展

石墨烯是石墨的基本结构组成单元,是由碳原子以sp^2杂化轨道组成、呈六角型蜂巢状且具有独特二维结构的纳米材料。由于其优异的机械及润滑特性,成为近年来国内外摩擦学领域研究的聚点和热点。大量研究表明:石墨烯不仅在微纳接触尺度下展现出超润滑性能,而且在宏观接触方式下也展现出非凡的摩擦学特性。详细介绍了石墨烯在微观接触和宏观接触状态下摩擦学性能的影响因素。在微观接触状态下,滑动发生在完美、平滑的基础面晶面上,施加的载荷小,接触面小,其摩擦学性能主要受到结构形变、表面清洁(包括缺陷、环境、化学官能团)、公度/非公度结构等因素影响。在宏观接触状态下,施加的载荷大,接触面积大,影响因素众多,除了上述在微观接触状态时提到的影响因素,还涉及材料本身存在的各向异性、晶界以及宏观力的破坏等作用,受到棱边键及摩擦引起的悬键暴露和定序摩擦界面的形成的影响。基于此,分析了石墨烯获得不同尺度超低摩擦所需的必要条件和润滑机制,展望了石墨烯摩擦学研究未来发展方向和仍需解决的问题。     

多孔吸声材料的研究现状与展望

本文结合吸声材料的吸声原理和实际应用,在简单介绍目前研究的几类主要吸声材料的基础上,重点介绍了多孔材料的吸声性能及其影响因素.作为对照,同时还介绍了几种复合结构的吸声材料.最后对吸声材料的发展趋势作了展望.     

液态硅浸渍反应和混合酸(HNO3+HF)刻蚀制备多孔SiC陶瓷

通过液态硅浸渍反应和混合酸(HNO3+HF)腐蚀制备了多孔SiC陶瓷。扫描电镜(SEM)结果显示,多孔SiC具有不规则且相互连通的孔道结构,其微观形貌特征源于滤纸和酚醛树脂制备的多孔碳。多孔SiC的气孔率可达62%,混合酸腐蚀的多孔SiC的弯曲强度和断裂韧性均小于致密SiC/Si复合体。并提出用循环氧化-腐蚀机制解释游离态Si的腐蚀过程。     

贮氢材料研究进展

氢作为一种新的能源，受到了人们的广泛关注，其制备、贮存、输运及应用技术都有了长足发展。本文即对贮氢材料的种类及其最新进展作以综述。     

仿生无动力液体输送机理及结构研究进展∗

液体输送在化工过程中起着至关重要的作用,目前的液体输送是主动的,需要消耗大量的能量,而自然界中部分生物可以实现无动力的液体输送。 在能源匮乏的今天,模仿这些生物体无动力液体输送原理、结构,制得具有同样或超越其性能的仿生液体输送系统成为近年来的研究热点。 通过列举自然界的特殊生物实例,分析这些生物所特有的结构、液体输送现象, 阐述无动力液体输送机理。 在此基础上对比分析相应的仿生液体输送系统的结构、制备材料、方法、特点等,指出随着各种新材料加工技术的出现,无动力液体输送系统从模仿单一的生物结构,向基于无动力液体输送原理设计新型结构的方向发展。 最后提出该领域研究存在的挑战和未来研究方向,以促进该领域进一步的研究及工程应用。