Solid-state refrigeration technology is expected to replace conventional gas compression refrigeration technology because it is environmentally friendly and highly efficient. Among various solid-state magnetocaloric materials, Ni-Mn-based ferromagnetic shape memory alloys (SMAs) have attracted widespread attention due to their multifunctional properties, such as their magnetocaloric effect, elastocaloric effect, barocaloric effect, magnetoresistance, magnetic field-induced strain, etc. Recently, a series of in-depth studies on the thermal effects of Ni-Mn-based magnetic SMAs have been carried out, and numerous research results have been obtained. It has been found that poor toughness and cyclic stability greatly limit the practical application of magnetic SMAs in solid-state refrigeration. In this review, the influences of element doping, microstructure design, and the size effect on the strength and toughness of Ni-Mn-based ferromagnetic SMAs and their underlying mechanisms are systematically summarized. The pros and cons of different methods in enhancing the toughness of Ni-Mn-based SMAs are compared, and the unresolved issues are analyzed. The main research directions of Ni-Mn-based ferromagnetic SMAs are proposed and discussed, which are of scientific and technological significance and could promote the application of Ni-Mn-based ferromagnetic SMAs in various fields.
Key components in nuclear engineering serve as a security barrier, ensuring the smooth development of nuclear power technology, as well as safe and efficient operation of the nuclear power system in China. Metallic multilayers are novel nanostructured materials based on interface self-healing theory, which exhibit broad nuclear application due to their high-density heterogeneous interfaces. They can not only effectively hinder dislocation movement to enhance material strength but also obviously absorb irradiation-induced defects and promote their annihilation or recombination to improve material irradiation damage tolerance. Considering the recent domestic and international studies on irradiation characteristics of metal/high-entropy alloy multilayers, this study reviewed the evolution of microstructure and mechanical properties, and their underlying mechanisms in metal/high-entropy alloy multilayers before and after irradiation. Furthermore, it also explored strategies to enhance multilayers irradiation tolerance. The development of nanostructured multilayered materials with high tolerance to radiation damage were also proposed.
长余辉纳米粒子（persistent luminescence nanoparticles, PLNPs）是一种特殊的发光材料，具有很长的余辉时间。尤其是稀土元素（rare earth elements, REE）掺杂PLNPs（REE-PLNPs）具有独特的4f电子构型、优异的物理化学稳定性、高的发光强度和量子产率以及长的余辉时间。通过调节REE掺杂离子的种类和浓度，可以改变REE-PLNPs的发射波长范围。虽然发光中心相同，但由于不同材料所属的晶格不同，不同PLNPs基质材料的光学性质往往不同。因此，改变基质材料以及稀土共掺杂离子的种类，以提高REE-PLNPs的发光强度，进而可对余辉性能进行优化，故REE-PLNPs在室内装修、安全标志、仪表显示、生物检测和成像、诊疗一体化等领域受到了研究者的关注。以镧系元素和Sc与Y等掺杂REE-PLNPs为例，介绍了REE-PLNPs的组成和余辉发光性能及其在光学性质方面的研究进展。评述了REE在改善PLNPs的发射波长和余辉强度方面的优势，展望了REE-PLNPs研究未来的发展方向。
液体硅橡胶具有良好的化学稳定性和生物相容性,广泛应用于医疗及医疗器械领域,然而,在实际应用中存在机械支撑强度不足、稳定性不足以及易引发感染等缺陷.因此,提升液体硅橡胶的机械强度、抗菌性、化学稳定性和生物活性是首先要解决的问题.研究发现,将各种纳米填料添加到液体硅橡胶基质中,不仅可以提高材料的力学性能,还可以将其电学和抗菌性能提高到一个较好的水平.简要总结了液体硅橡胶的分类、构建及性能改进方式,重点阐述了液体硅橡胶在医学领域应用过程中的研究现状及目前所面临的瓶颈问题.液体硅橡胶生物医学功能改性研究有望提升纳米材料在液体硅橡胶中的分散性并改善其抗菌性、稳定性和导电性,提升液体硅橡胶的应用价值并拓展其应用场景.
The effect of Zr addition on microstructures and their evolution during heat treatments of a kind of Mg-Zn-Nd alloy was studied using various electron microscopy techniques. The minor addition of Zr not only provid heterogenous nucleation sites to refine grain sizes of Mg during solidification, but also influence microstructural evolution upon solution treatment and aging. Zn 2 Zr 3 precipitates were formed in Mg-2.7Nd-0.6Zn-0.5Zr（wt%） during solution treatment at 798 K, inducing remarkable hardness increment of the alloy. The atomic structure of nanometer Zn-Zr precipitates is determined by combining tilt series of micro-beam electron diffraction with atomic resolution imaging and chemical measurement. The stoichiometry of the Zn-Zr precipitates is Zn 2 Zr 3 with a primitive tetragonal structure（space group P4 2 /mnm, a=b=0.761 nm, c=0.682 nm）. Moreover, decrease in Zn concentration in Mg matrix due to the formation of Zn 2 Zr 3 precipitates increased the density ratio of β 1 -Mg 3 Nd prismatic rod precipitates to γ″-Mg 7 （Nd, Zn） 3 basal plates in peak aged samples. Our results may shed light on optimization of microstructures and mechanical properties of Mg alloys with Zr addition. Our present finding shed new light on the role of Zr micro-alloying in microstructures and mechanical properties of Mg alloys.
铜合金具有良好的耐海水腐蚀和抗海生物污损性能,在海洋工程中有广泛的应用.铜合金在海水中的腐蚀行为和防护技术的相关研究对发展海洋工程﹑开发海洋资源及提高海洋经济效益等尤为重要.在自然海水环境中,铜合金腐蚀的影响因素包括:铜合金的类型﹑不同海域﹑海水流速﹑pH值及微生物等.为了提高铜合金的耐蚀性,延长其在海水中的服役寿命,采用的防护措施主要有:电化学保护﹑涂料﹑表面镀层及缓蚀剂等.首先概述了铜镍合金在海水中的腐蚀机理,然后重点综述了铜合金海水腐蚀的主要影响因素及防护技术的研究新进展.最后,展望了铜合金海水腐蚀与防护方面的研究发展趋势.
为了提高发动机转动盘件的服役性能,增加性能富裕度,对某发动机用TC17 钛合金盘锻件原始固有方案的成形过程、微观组织、力学性能进行分析,发现原始方案的预制坯设计不合理,导致盘锻件的等效应变和组织分布不均匀,并使得盘锻件的塑性和低周疲劳性能偏低.针对这一问题,采用有限元模拟进行预制坯结构优化,进一步提升盘锻件的变形均匀性和组织性能水平.经优化后,锻件变形的不均匀性得到明显改善,而且锻件各部位的组织分布均匀、形貌特征合理,原始β晶粒呈拉长状,没有或者有少量β再结晶晶粒、晶界弯折、晶内为网篮结构.力学性能测试结果表明,优化方案生产的盘锻件的塑性和低周疲劳性能优于原始方案,而且优化后盘锻件各部位的力学性能分散度较小、稳定性较好.
水凝胶是一类亲水但不溶于水的三维网络结构聚合物,通常具有高含水量、良好的生物相容性以及较强的渗透能力.因水凝胶与生物组织具有高度的相似性,广泛应用于组织工程、药物输送、细胞培养等生物医学领域.然而,传统的水凝胶通常表现出机械强度低、易损伤、使用寿命短等局限.近年来,随着分子设计和合成技术的发展,人们开发出了一类具有自动修复损伤能力的自愈水凝胶,极大地弥补了传统水凝胶的缺陷.主要综述了近年来基于动态非共价键和共价键构建自愈水凝胶的研究进展,分别讨论了基于非共价键(包括氢键作用、疏水缔合作用、主客体相互作用和离子相互作用)和共价键(包括硼酸酯键、亚胺键、酰腙键和二硫键)等作用机理构建自愈水凝胶的方法,以及自愈水凝胶在生物医学领域的应用研究进展.最后对自愈水凝胶发展中所面临的挑战和前景作了简要总结,旨在为自愈水凝胶材料的合成及生物医学应用提供一定的参考.
2023 年 10 月 20 日～24 日, 第十七届全国超导学术研讨会在西安国际会议中心召开. 会议由国家超导技术联合研究开发中心主办, 西北有色金属研究院、西部超导材料科技股份有限公司、西安莱特信息工程有限公司承办. 来自全国超导相关领域的 13 位院士、 170 多家单位的 1000 余名科技工作者、大学院校师生及企业工程技术人员参会, 24 家超导产业上下游相关企业参加展览, 会议设置 1 个主会场和 5 个分会, 共计 200 余个报告, 规模创历史新高. 全国超导学术研讨会由国家超导技术联合研究开发中心发起和主办, 是我国超导界 2 年一次的系列学术会议.
随着计算机技术的发展,"材料基因组计划"的推行促进了数据驱动技术在材料加工中的应用发展.人工神经网络因具有自学习、信息存储、联想记忆及高速寻求最优解等能力而广泛应用于材料设计、材料性能预测、工艺条件最优参数确定等材料科学技术研究方面,改变了传统上采用"试错法"进行的实验研究.综述了人工神经网络的基本理论及发展历程,对其在国内外在材料性能预测、材料设计优化和相变规律预测 3 个方面的应用发展进行了概括性总结,探究了人工神经网络在材料加工方面存在的不足,并对其未来的发展进行了展望.
超导限流器是对超高压输电线路短路故障电流实现快速、有效限制的一种新型电力装置.近年来随着国民经济的发展,用电负荷增长和供电可靠性需求增加,电网短路电流水平已经逼近甚至超过传统开关设备的开断能力,成为超高压电网发展和安全、稳定运行的重要制约因素之一.然而,电网结构调整等传统限流措施降低了电网的安全性和灵活性,亟需研制适用于超高压电网的限流装置.超导限流器集短路故障检测、触发和限流功能于一身,是电力系统最理想的限流装置.依托高电压等级限流器用超导磁体系统的研制项目,完成 500 kV限流器用高温超导磁体系统制作与测试工作.该超导磁体的室温孔径为 1660 mm,总高度为1960 mm,液氮量为2000 L,中心最大磁场为0.45 T,额定励磁安匝数为468 000 安匝,由3 组线圈共计 88 个双饼组成,运行电流分别为 220 A(YBCO线圈)/1000 A(Bi2223 线圈)/220 A(YBCO线圈),杜瓦注入液氮后抽空减压至 72 K稳定运行.经过绕制、接线、组装、焊接、检测等工序,完成磁体系统集成,降温后进行整体测试,一次性励磁成功,没有失超.整个系统绝缘等级大于 10 kV、真空漏率优于 10-6(Pa·L)/s、液氮蒸发量小于 70 L/d,指标均达到设计目标.
选区激光熔化(selective laser melting,SLM)技术是一种金属增材制造技术,具有灵活调控、近净成形和快速制造的特点,近年来普遍用于Ti-6Al-4V合金的生产制造,并在航空航天、生物医疗等领域广泛应用.由于该工艺的特殊性,SLM Ti-6Al-4V合金微观组织结构明显不同于传统Ti-6Al-4V铸锻件,通常呈强度高、塑性低的力学性能特点.分别从合金的物相组成、初生β晶形貌、α′马氏体形貌、α′马氏体与位错的相互作用机制、初生β晶与α′马氏体的晶体学取向特征等方面综述了SLM Ti-6Al-4V合金微观组织结构的研究现状,同时对不同后处理工艺下该合金的微观组织结构演变特征及其力学性能进行了简述,最后对未来的工作方向进行了展望,希望能够为SLM Ti-6Al-4V合金的发展、工艺的优化以及力学性能的提高提供参考.
M2 高速钢是使用最广泛和最具代表性的工具钢.采用电子束选区熔化(selective electron beam melting,SEBM)增材制造技术成形M2 高速钢能有效避免传统铸造组织粗大、碳化物偏析等问题,有望大幅改善高速钢力学、磨损等性能.通过使用不同扫描参数与 2 种粉床预热温度在 316L不锈钢基板上制备了M2 高速钢块体试样,重点研究了扫描参数和粉床预热温度对成形M2 高速钢致密度及晶粒尺寸、碳化物等显微组织的影响.在最优化参数下,成形M2 高速钢致密度达99.7%,平均晶粒尺寸在 3～6 μm,碳化物细小且分布较为均匀.通过维氏硬度试验和摩擦磨损试验分析了SEBM成形M2 高速钢的硬度与磨损性能.结果表明,在最优化参数下成形的M2 高速钢维氏硬度可达 1034.2HV0.2,远高于商用M2 高速钢刀具(815HV0.2～845HV0.2),同时磨损率仅有(3.58±0.36)×10-5 mm3·N-1·m-1,较回火态锻造母材降低了13.7%.此外,SEBM成形M2 高速钢的磨损机制主要为磨粒磨损和粘着磨损.
热电发电器件作为一种新型绿色能源器件,能够将人体、自然环境、工业过程等产生的废热转换为电能,使可再生能源的持续供电成为可能,具有清洁环保、工作位置灵活、环境适应性强等优点,在全球具有很好的发展前景.宏观地介绍了热电发电器件的基本工作原理,对热电发电器件进行分类,并着重从热电发电机(TEGs)和热电化学电池(TECs)这 2 方面对热电发电器件进行阐述.结合热电发电器件的优势,对其在电化学储能、柔性传感等多方面的应用进行概述.进一步地,对热电发电器件发展存在的诸多挑战以及未来的研究方向进行了总结和展望.
采用电子束选区熔化(selective electron beam melting,SEBM)成形技术制备了高致密的Ti2AlNb合金试样,并以此Ti2AlNb合金试样为对象,系统研究了它在不同热处理制度下的显微组织及物相组成,并对其硬度、室温及650 ℃拉伸性能以及断口形貌进行了分析表征.结果表明,电子束选区熔化成形Ti2AlNb合金热处理态试样的微观组织主要由B2基体相、晶粒尺寸较大的板条状初生0/α2相和细小的次生针状0相组成,950℃固溶+700℃时效试样的次生针状0相和α2相含量较高,950℃固溶+800℃时效试样的初生0/α2板条更为粗大.700和800℃时效热处理制度下Ti2AlNb合金试样的显微硬度值接近,为3190～3210 MPa.950℃固溶+700℃时效处理试样的室温和650℃抗拉强度最高,分别为(1068±12.22)MPa和(843±39.72)MPa;而950℃固溶+800℃时效处理试样的室温和650 ℃下的延伸率更高,分别为(7.30±0.58)％和(8.50± 0.50)％.950℃固溶+700 ℃时效试样的室温拉伸断口观察到较大尺寸的裂纹,时效温度提高到800 ℃后,裂纹消失,高温拉伸断口呈现出韧性断裂特征.
基于对CCAR33.15材料适航条款的分析,以典型商用航空发动机为例,阐述了商用航空发动机材料性能数据管理要求,其目的是实现各类材料或基于不同制造工艺形成材料的全流程数据的管理,包括金属材料、非金属材料、复合材料、增材制造材料、焊接结构等,数据类型涵盖材料测试数据、材料谱系数据、统计数据及设计许用数据,同时分析了数据存储、检索、追溯性建立、计算分析等方面的管理要求.探讨提出商用航空发动机材料数据管理要求及数据库系统的建设方案,包括构建子库架构以满足不同材料及制造工艺的差异化数据结构需求,建立多模块材料数据之间智能链接以实现全流程数据可追溯性,集成材料数据统计处理程序以实现材料数据库数据读取、数据计算分析与统计数据写入的一体化等,为商用发动机的材料符合性验证奠定数据基础.
以双氟胺和硫氨酸铵为前驱体,将它们按照不同的质量比混合,600℃高温煅烧制备g-C3N4同型异质结复合材料光催化剂.采用X射线衍射仪(XRD)、扫描电镜(SEM)、透射电镜(TEM)、傅立叶红外光谱仪(FTIR)、紫外-可见漫反射吸收光谱仪(UV-vis DRS)等对制备的材料进行了表征分析.以罗丹明B为模拟污染物,考察了制备的g-C3N4在可见光(λ＞420 nm)下的催化活性及循环利用稳定性.通过活性物种捕捉实验探寻其降解机理,结果表明,双氰胺与硫氰酸铵按3∶2混合制备的g-C3N4的光催化降解罗丹明B的效率2 h达到了 92.53％,是纯双氟胺制备的g-C3N4的1.35倍,是纯硫氰酸铵制备的g-C3N4的1.75倍.以双氰胺和硫氰酸铵为前驱体制备的g-C3N4是同型异质结,提高了光生载流子的分离效率,活性物种捕捉实验表明对催化活性起主要作用的是超氧自由基(·O2-).
空心球复合材料是一种采用粉末冶金、铸造等方式将空心球与基体材料复合而成的轻质多孔材料,均匀的孔隙结构使该材料具有较常规多孔材料更高的比强度、吸能、阻尼、隔热和隔声等多种特性,在航天航空、装甲防护、交通运输、核电站屏蔽防护等多个领域呈现出广阔的发展空间与应用前景,备受人们关注.围绕空心球及其复合材料,综述了空心球及其复合材料的性能与制备工艺的国内外研究现状,并分析了不同材质的空心球复合材料在性能上的异同.在此基础上,提出了空心球复合材料研究领域有待深入研究的难点与热点,并对空心球复合材料未来的发展方向进行了展望.
输电杆塔是输电线路工程中重要的基础设施.长期以来,钢基杆塔主要采用热浸镀锌工艺来进行防腐,但间歇式热浸镀锌工艺具有污染环境、能源消耗大、成本高等特点,且热镀锌杆塔使用后期需进行维护.因此,亟需寻找新型防腐材料替代热镀锌钢.在大气环境中,耐候钢表面会形成致密且粘附良好的稳定锈层,具有比普碳钢更好的耐蚀性能,将耐候钢应用于输电杆塔是输电杆塔防腐蚀技术未来的重要发展方向之一.使用耐候钢制造输电杆塔可从原材料上解决它在应用过程中的防腐问题,采用"以锈防锈"的思路实现输电杆塔的免涂装、免维护.主要介绍了耐候钢在我国输电杆塔中的应用研究进展和工程应用取得的重要成果,包括杆塔用耐候钢板/卷、热轧耐候角钢和耐候钢螺栓等主要原材料的成分设计和性能研究,耐候钢耐大气腐蚀行为研究,以及冷弯耐候角钢塔、热轧耐候角钢塔和耐候钢管杆的工程应用情况.
