非晶合金表面超疏水性研究进展

源于荷叶自清洁效应的超疏水表面已成为材料、仿生等领域的研究热点之一。相对有机高分子材料而言,金属材料超疏水性表面具有更高的耐久性。但晶态金属的"晶粒效应"制约了表面微/纳尺度几何结构的制备。非晶合金在过冷液相区优异的微/纳尺度成形能力,以及较晶态金属更低的表面自由能,使其成为制备超疏水性金属表面的理想材料之一。综述了不同体系非晶合金的表面能;非晶合金表面微/纳尺度几何结构的构造;表面几何结构对疏水性的影响规律及机理;并对非晶合金表面超疏水性进行了展望。     

陶瓷粉末微注射成形脱脂与烧结机理相关研究

分析了粉末微注射成形亚微米级结构广阔的应用前景,以及亚微米尺度下脱脂和烧结理论研究的重要意义。综述了不同脱脂阶段的微观结构特征,亚微米尺度对不同阶段粘结剂的脱出机制,以及建立包含微结构比表面积的脱脂时间/速率数学模型的研究现状,讨论了获得脱脂过程中保形控制原理,亚微米阵列致密化过程中物质的迁移机制及晶粒长大的主要驱动力,以及坯体几何尺寸对不同烧结阶段物质扩散机制影响规律的关键作用,论述了明确陶瓷亚微米级结构力学特性的重要性。提出了亚微米级结构的脱脂和烧结机理今后的重点研究方向。     

纳米金属多层膜的强韧化及其尺寸效应

如何有效地协调和平衡材料强度与韧性之间的矛盾,大幅度地提高结构材料的损伤容限,是非均质金属材料微观结构敏感性设计的巨大挑战。纳米金属多层膜作为一类典型的非均质金属材料,由于不仅可以调整其组元几何和微观结构尺度,而且可以引入具有不同本征性能的组元材料和不同结构的层间异质界面,因此在获得高强高韧金属结构材料方面具有潜在的能力。结合当前国内外有关金属多层膜塑性变形强韧化机制及其尺寸与界面效应研究的最新进展,分别阐述了晶体/晶体Cu/X(X=Cr,Nb,Zr)与晶体/非晶Cu/Cu-Zr金属多层膜/微柱微观结构-尺寸约束-服役性能三者之间的关联性,并对纳米金属多层膜研究的发展趋势进行了展望。     

块体纳米晶/微米晶复相金属材料研究现状及其发展趋势

本文综述了纳米晶/微米晶复相金属材料的发展历程、微观组织设计、制备方法及其力学性能与变形机制。概述了现有材料体系和制备方法的优点与不足,指出开发新工艺和进一步优化纳米晶/微米晶复相金属材料的综合性能是未来的发展趋势。     

微纳叠层金属复合材料的断裂性能研究

叠层金属复合材料作为材料构型复合化的典型代表,在利用材料组元本征性能的基础上,能充分发挥复合材料中不同组元间的协同、耦合及多功能响应机制。微纳尺度下的叠层金属复合材料由于其多界面结构及特殊的尺寸效应,能充分调控材料内部裂纹的萌生与扩展机制,同时发挥微纳尺度材料优异的本征力学性能,以此来协调材料的强度和韧性的矛盾。目前,叠层金属复合材料在航天、石油、机械、电子等领域均得到了广泛的应用。围绕微纳叠层金属材料的断裂性能研究,综述了其制备工艺和应用现状,总结了其断裂过程中的微观机制和影响因素。同时,探讨了这类材料中特殊的构型化增韧途径,指出可采用先进的微纳米尺度的材料加工与测试技术,结合原位显微结构表征的方法,系统地研究微纳叠层金属材料的断裂机理,以指导对该材料的进一步优化设计与制备。     

导电原位微纤化复合材料的有机液体响应特性

通过熔融预混合-高温挤出热拉伸-淬冷-低温成型方法制备导电原位微纤化CB/PET/PE材料,CB选择性分布在PET微纤中,微纤相互搭接形成导电网络。将试样浸入二甲苯溶液测试其电性能对有机液体的敏感性,结果表明,原位微纤化CB/PET/PE材料的电阻率迅速升高,相对于普通CB/PE导电复合材料有更高的响应强度,这是由其特殊的微观结构和形态决定的;另外,材料电阻率的变化与其厚度相关,当试样厚度由140μm增加至500μm时,材料的电阻率对二甲苯的敏感程度降低。     

理化所pH响应型可设计蛋白质基三维微结构研究取得新进展

正微纳尺度的可控刺激响应生物基材料微结构对生物医药领域具有重要意义。尤其是具有精确定义的几何形貌和可重复性好的智能响应型微尺度结构与器件一直是科研人员研究的热点。双光子聚合微纳加工作为一门新兴的微纳加工技术,为高精细三维微尺度结构的制备提供了有力工具,并可保证微尺度结构的几何形貌和制备可重复性。     

X-ray成像技术表征金属凝固组织及其演化过程研究进展

X-ray具有较强的穿透性,可以穿透一定厚度的金属块状材料(毫米级的重金属,如钢、镍基合金等和厘米级的轻质金属,如铝、镁合金等),因而可以用来对其进行成像,获得其内部二维和三维微观结构。X-ray成像技术对被表征物体的成像是非破坏性的(non-destructive),因而在一定的时间和空间分辨率条件下,还可以对金属材料成形过程的组织演化实时观测,实现对金属材料成形过程宏/微观结构演化的原位表征。第三代同步辐射光源可以产生高通量、高能量、高分辨率以及高相干性的X-ray光束,利用它可以实现对金属材料从宏观(厘米级)到微观(微米、亚微米、纳米级)结构及其演化过程快速、准确的测量表征。X-ray成像技术已经成为研究金属凝固科学问题的有力手段。简介了X-ray成像技术的基本原理,综述了X-ray成像技术在金属凝固组织三维(3D)表征和组织演化过程二维和四维(3D+时间)原位表征中的应用。最后对未来X-ray成像技术在金属材料凝固领域的应用前景进行了展望。     

尺度关联的微结构构型与排布的材料/结构动力学设计

考虑微观尺度和宏观尺度的关联, 将微结构胞元设计和多尺度均匀化设计结合, 建立了由相同尺寸和内部构型的微结构胞元组成的复合材料结构的材料/结构一体化动力学优化设计方法, 给出了相应的算例。方法中引入了微观和宏观两个尺度上的独立密度变量, 采用材料属性的合理近似模型对密度进行惩罚, 利用有限元超单元技术建立材料与结构的联系。基于算例获得了超单元尺寸与微观、宏观材料用量对结构拓扑构型的影响规律。将算例结果与已有方法的结果比较, 表明本文方法具有合理有效性, 可作为对轻质结构进行动力学设计的一种新方法。      

微米/纳米TiO2对高频MnZn功率铁氧体的影响

研究了普通微米/纳米TiO2对MnZn功率铁氧体性能的影响,结果表明:普通微米TiO2可提高铁氧体起始磁导率和晶界电阻率,降低材料的损耗;而纳米TiO2则会促进晶粒异常长大,增大材料的气孔率,降低材料的磁导率,增大材料的损耗.     

一步法制备重费米子 YbAl3热电材料及其性能提升(英文)

材料的微观结构对其物理性能调控起着至关重要的作用。本研究以Yb和Al单质为原料,采用放电等离子烧结工艺通过一步法快速合成YbAl₃材料。显微结构表明,快速制备的YbAl₃材料内部含有大量微米尺度晶粒、纳米晶粒、纳米非晶带和多种原子尺度位错等丰富的多尺度微结构,这些多尺度微结构可以同时增强YbAl₃材料的电子和声子散射,进而同时降低其晶格热导率(47%)和电子热导率(27%),使得总热导率降低至13.4 W·K^–1·m^–1, YbAl₃材料的最大ZT可达0.35。该研究表明,通过一步法放电等离子烧结工艺可以快速合成具有多尺度微结构的高热电性能YbAl₃块体材料。     

可聚合阴离子表面活性剂微乳液聚合制备多孔高分子材料

利用易于合成的马来酸单十二醇酯钠盐为可聚合表面活性剂,以甲基丙烯酸羟乙酯为助表面活性剂,研究了甲基丙烯酸甲酯的微乳液聚合,制得了具有连续孔结构(即开孔结构)的高分子材料,孔的尺寸为100 nm至数微米,材料呈半透明至白色不透明状。用场发射扫描电镜对材料的微观结构进行表征;考察了表面活性剂浓度以及表面活性剂水溶液(水相)的含量对材料结构的影响。     

微纳尺度材料行为研究中心

微纳尺度材料行为研究中心（ Center for Advancing Materials Performance from the Nanoscale, CAMP-Nano,以下简称“微纳中心”）以西安交通大学材料科学与工程一级国家重点学科和金属材料强度国家重点实验室为依托，以微纳尺度材料的结构与性能为主要研究方向，以原位、定量、动态测试技术为主要工具，辅助以计算机模拟和理论计算，努力打造世界一流的研究平台。     

西安交通大学材料力学尺度效应研究获重大进展

近日，西安交通大学金属材料强度国家重点实验室微纳尺度材料行为研究中心研究生余倩。在导师孙军教授、肖林教授和该研究中心教授马恩、单智伟的悉心指导下，与美国宾夕法尼亚大学教授李巨、丹麦瑞瑟国家实验室黄晓旭博士合作，对微小尺度金属单晶材料中的孪晶变形行为及其对材料力学性能的影响进行了深入研究，发现了单晶体外观尺寸对其孪晶变形行为的强烈影响。     

西安交通大学学者发现金属孪晶变形的强烈晶体尺寸效应——孙军教授等完成的论文在《Nature》上发表

西安交通大学金属材料强度国家重点实验室微纳尺度材料行为研究中心研究生余倩，在导师孙军教授、肖林教授、马恩教授和单智伟教授的悉心指导下，与美国宾夕法尼亚大学李巨教授、丹麦瑞瑟国家实验室黄晓旭博士合作，对微小尺度金属单晶材料中的孪晶变形行为及其对材料力学性能的影响进行了深入的研究，发现了单晶体外观尺寸对其孪晶变形行为的强烈影响，以及相应材料力学性能的显著变化。     

基于微观尺度X射线断层扫描技术的短切碳纤维SMC复合材料失效分析

短切碳纤维片状模塑料(SMC)复合材料内部复杂的纤维三维分布及其造成的多样微裂纹演化过程加剧了其失效分析的难度。针对短切碳纤维SMC复合材料的失效行为进行研究, 提出采用微观尺度X射线断层扫描技术实时表征材料内部的微观结构, 捕捉碳纤维和微裂纹的几何信息, 结合先进的图像采集和图像处理技术, 进而准确重构出短切碳纤维SMC复合材料在受力过程中的三维结构变化以及微裂纹的完整演变过程, 定量测量微裂纹的几何尺寸, 实现损伤的精准诊断, 并利用Tsai-Wu失效判据和界面开裂后的基体应力场理论等失效方法探究短切碳纤维SMC复合材料的失效机制。该方法的提出对于研究短切碳纤维SMC复合材料的失效过程以及分析相应的失效行为提供了重要依据。     

具有“荷叶效应”的硅基仿生表面的制备及其微摩擦性能

用扫描电子显微镜(scanning electron microscope,SEM)观测了荷叶表面的双微观结构,即特征尺度在10μm左右的微米乳突和直径为50～100 nm的纳米蜡质晶体.提出了制备具有"荷叶效应"的硅基仿生表面的两种方法,一是将表面制有特征尺度为100 nm左右纳米结构的硅片进行硅烷化疏水处理,仅制作了纳米结构,部分模拟了"荷叶效应;"另一种方法是将表面制有特征尺度为10μm左右微米结构的硅片进行烷基烯酮二聚体(AKD)化处理,该方法获得了具有双微观结构的仿生表面,比较完整地模拟了"荷叶效应."微摩擦性能测试结果表明光滑硅片微观摩擦系数为0.08～0.10,而具有120 nm～25μm微结构的硅片微观摩擦系数为0.04～0.07;具有特征尺度为200 nm线条阵列的粗糙区平均黏附力与光滑区平均黏附力之比为0.59.硅基仿生表面有利于降低摩擦系数和减小黏附,"荷叶效应"对于微机电系统(micro electro mechanical system,MEMS)防黏减摩具有一定的潜在应用价值.     

(Ba-Pb)TiO_3固溶体为基的PTCR材料及其微观结构

在(Ba—Pb)TiO_3固溶体系统中采用混合氧化物工艺制备了铁电相变温度为300℃的 PTCR 材料,其性能为:室温电阻率10~4Ω·cm;电阻率在300℃附近突变10~3;体积密度6.45g/cm~3(～94%)。通过对样品的扫描电镜观察,研究了在该系统中材料的化学组成(添加物)、微观结构和宏观电性能之间的一些关系。过量 BaO、Al_2O_3和 SiO_2是本系统的有用添加物,因为它们能使材料的微观结构比较精细;Mn~(2+)起了受主杂质的作用,它能增加材料的电阻率和电阻率～温度曲线的斜率,但是有时它会促进晶粒生长;过量 TiO_2在本系统中并不适宜,因为会产生粗晶的微观结构。本实验结果清楚地表明,样品的 PTCR 性能与它们的微观结构密切相关。     

微图形氧化钛薄膜表面内皮细胞生长行为研究

采用非平衡磁控溅射沉积技术制备微图形化的Ti-O薄膜,通过在微图形化的薄膜表面培养内皮细胞的方法,研究了微图形及表面物理化学性能对细胞生长行为的影响.结果表明,微图形尺寸减小到某一尺度范围之内会对内皮细胞在材料表面的生长起到接触引导作用,促进细胞在其表面生长;同时,表面成分、结构和表面能参数γsp/γsd也在一定程度上影响内皮细胞的生长行为.采用溅射技术使材料表面具有一定特征的表面微观形貌,能够引导和促进细胞在材料表面的生长,溅射技术制备微图形化表面可能成为等离子体生物材料表面改性的一个新的技术手段.     

超声波对电化学沉积技术影响的研究进展

从电极过程液相传质特性、电沉积行为特性和电沉积工艺特性3方面综述了超声波对电沉积过程的影响:在一定条件下,超声波能加速扩散传质过程,减薄扩散层,提高阴极极限电流密度和电沉积速度,改善沉积层的表面形貌和综合性能,并且改变微观织构及粒子与合金的含量。当前,开展的超声电化学沉积研究主要集中于宏观沉积层和低深宽比微米级尺度结构层面,今后高深宽比微米级特征尺度结构及纳米尺度结构的实现乃至优质制造或将成为新的研究热点。