电化学储能具有能量密度高、响应时间快、维护成本低、安装灵活方便等特点,是未来储能技术的热点发展方向。近年来,锌离子电池由于其成本低廉、比容量高等优点,具有良好的发展前景。水系锌离子电池正极主要有钒基化合物、锰基化合物和普鲁士蓝类似物;负极主要为锌负极;电解液包括水凝胶电解液、离子液、盐包水电解液和具有添加物的电解液。
然而,对正极材料而言,锰基化合物中的Mn²⁺溶解、钒基化合物放电电压过低、普鲁士蓝类似物比容量较低都影响了锌离子电池的性能。锌电极作为锌离子电池负极面临的挑战主要包括:(1)锌枝晶生长;(2)电解液持续消耗和自放电问题;(3)不可逆副产物的产生。水系电解液在充放电过程中会发生水分解及蒸发,影响电池性能。研究者近年来致力于通过掺杂其他元素、表面涂覆与包覆等方式制备新型电极材料来改善水系锌离子电池正极,通过界面修饰、进行新型锌负极的三维结构设计以及新型电解液的设计研发来减少锌枝晶产生,同时向电解液中添加其他溶液可以拓宽电化学窗口,以得到高性能的水系锌离子电池。
目前,向正极材料中掺杂钙、镁、钴等元素和表面包覆以聚吡咯为主的高分子导电聚合物制备的新型电极材料已被成功应用。金属离子合适比例的掺杂不仅可以提高材料容量,同时也形成了有利于Zn²⁺脱嵌的稳定结构。对锌负极修饰如二氧化钛(TiO₂)、金纳米颗粒、聚乙烯醇缩丁醛(PVB)的表面镀层,或在电解液中添加合适的添加剂,能够提高锌负极的可逆性和稳定性,抑制锌枝晶的生长。上述方法可以直接或间接地提高水系锌离子电池的循环稳定性和库仑效率。
本文首先介绍了锌离子电池概况,然后重点阐述了目前水系锌离子电池正极材料、负极材料、电解液和隔膜的研究进展,包括各方面存在的挑战及现有的解决策略,最后对水系锌离子电池电极材料、电解液和隔膜未来的发展进行了展望,为开发制备高性能水系锌离子电池提供了思路。

水系锌离子电池(ZIBs)是近年发展起来的一种新型二次电池,具有能量密度高、功率密度高、放电过程高效安全、电池材料无毒廉价、制备工艺简单等优点,在电动汽车和储能电网等新兴的大规模储能领域具有很高的应用价值和发展前景。
目前,阻碍水系锌离子电池进一步发展的主要因素之一就是缺乏合适的正极材料。Zn²⁺及其水合离子半径大,在嵌入/脱附时,会引发正极材料不可逆形变甚至结构坍塌,导致电池容量快速衰减;正极材料导电性较差、充放电过程中电极极化较大,使得正极充电电压与析氧电压部分重合,充电过程中正极材料会对水进行催化产生氧气,导致电池胀气失效;二价的Zn²⁺与正极材料的晶体结构之间的静电相互作用过强,导致Zn²⁺嵌入容量小等。因此,开发在Zn²⁺存储过程中既能提供高容量又能保持良好结构稳定性的正极材料至关重要。
针对水系锌离子电池正极材料存在的缺陷,研究人员采用多种改性方法以改良其性能:(1)引入客体粒子,通过引入金属离子、有机分子和水分子等客体粒子,使主体框架发生结构性变化,获得更稳定的骨架;(2)制备本征混合价态材料,混合价态能够适应充放电过程中正极材料的体积变化和价态变化;(3)引入氧空位,增加活性位点,促进Zn²⁺扩散动力学,提升材料容量;(4)与导电材料复合,改善材料整体导电性,提升结构稳定性;(5)纳米结构改性,赋予材料更高比表面积,缩短Zn²⁺扩散距离,增大电化学反应接触面积。
本文对水系锌离子电池的优点及储能机理进行了简要介绍,基于正极材料在水系锌离子电池中的关键作用,综述了几种常见的正极材料(如锰氧化物、钒氧化物、普鲁士蓝类似物),且对各类正极材料的结构、性能及缺陷进行了梳理,重点讨论了掺杂客体粒子、复合导电材料、制备本征混合价态和构造纳米结构等改性方法,并指出水系锌离子电池正极材料未来的重点发展方向。

随着温室效应的加剧,全球气候变暖、极端天气层出不穷,CO₂的高效捕集与封存势在必行。目前针对CO₂捕获技术主要包括胺溶液的吸收以及固体吸附剂的吸附分离。相比于液体吸收腐蚀性较强及易产生废弃物等不足,低温固体吸附剂因其使用过程对设备要求简单、能耗较低且环境友好,引起人们的广泛关注。其中,二氧化硅气凝胶比表面积大、孔隙率高、孔径可控、表面易于修饰改性,低温下CO₂吸附量远高于沸石及活性炭,近年来,在CO₂吸附领域成为研究者关注的热点。
影响SiO₂气凝胶吸附CO₂性能的主要因素有两个方面:一是气凝胶本身的结构特点,包括孔径、孔结构、比表面积及孔隙率等;二是气凝胶表面的官能团,包括碱性基团的数量及分布等,后者起着决定性作用。大量研究围绕气凝胶的修饰改性展开,目前主要采取氨基功能化、氮掺杂等方式引入碱性位点,从而大大提升SiO₂气凝胶对CO₂的吸附性能。然而改性剂有机胺的选择及其负载量、吸附剂中微孔/介孔/大孔的比例对CO₂吸附性能的影响机制尚不明晰。因此,基于SiO₂改性气凝胶孔结构的设计、碱性位点数量及其分布调控成为CO₂吸附性能进一步提升的关键所在。同时,提高吸附速率、优化制备工艺、降低生产成本也是未来研究工作的重点。
本文综述了SiO₂气凝胶制备工艺对其微观结构的影响,归纳出SiO₂气凝胶氨基改性方法以及吸附过程的吸附机理,总结了硅基气凝胶吸附CO₂的研究进展,指出了目前存在的问题,为大幅度提高气凝胶CO₂低温吸附性能提供科学和实际参考。

因材料缺陷而导致的安全问题一直是备受人们关注的热点问题,如何实现对材料缺陷的快速准确识别与定位是当今材料缺陷问题的研究重点。传统的无损检测方法主要通过超声波、X射线等实现对材料缺陷的识别与定位,这种方法虽然解决了人工检测效率低等问题,但是难以满足智能化、自动化与高精度的多重要求。
   计算机领域的进步刺激了机器视觉在材料缺陷检测方面的飞速发展,机器视觉检测技术的特点主要是将无损检测、自动化与智能化相结合,不仅安全性好、效率高,而且检测精度高。但是大多数机器视觉设备存在对不同缺陷识别任务需要不同图像处理算法的问题,意味着设备的通用性低,而且设备的生产与维护的成本也较高。
   近年来,深度学习的崛起推动人工智能领域迅猛发展,并且解决了传统的机器视觉对不同任务进行分类需要不同图像处理算法的问题,深度学习也成为材料缺陷检测方面的一个热门研究方向,已经有很多学者将深度学习技术应用到材料缺陷检测方向,而且无论是对材料的缺陷类别进行分类,还是对材料的缺陷进行定位与分割,相关研究都取得了不错的成果。
   本文首先对传统方法和机器视觉方法在材料缺陷方面的应用进行了概述与分析,叙述了深度学习在材料缺陷检测中的原理,然后分别系统地阐述了国内外深度学习在缺陷的分类、定位以及分割技术方面最新的应用,并对深度学习在材料缺陷检测领域应用的未来发展趋势进行了展望。

β相氧化镓较碳化硅、氮化镓等第三代半导体材料具有更加出色的材料特性,如更宽的禁带宽度(~4.9 eV)、更高的击穿场强(~8 MV/cm)、更大的巴利加优值(3 400)和更低的衬底生长成本等,在大功率电子器件和日盲探测器等方面展现出巨大的应用前景。外延生长高质量的氧化镓薄膜是制备高性能器件的前提与基础。目前,虽然在高质量氧化镓单晶生长和器件研究等方面已取得了显著进展,但是仍存在较多问题,如异质外延晶体质量的提高、p型掺杂的实现、器件性能优化等。本文总结了近年来国内外研究者在氧化镓薄膜的生长技术、同质/异质外延、半导体掺杂、电学性质、接触特性及其在功率器件和紫外光电探测器应用等方面的研究进展。

将废旧轮胎制成废胎胶粉用于制备橡胶沥青,可实现废旧轮胎的在路面中的资源化利用。本工作制备了不同芳烃油掺量、反应温度和反应时间下的高掺量废胎胶粉改性橡胶沥青试样,设计溶解度试验并结合扫描电镜(SEM)试验,研究了胶粉与沥青反应程度和所制备橡胶沥青存储稳定性的相关性。进一步测试了橡胶沥青的三大指标、弹性恢复、高温粘度指标在反应过程中的变化趋势,并与基质沥青、苯乙烯-丁二烯嵌段共聚物(SBS)改性沥青和不含芳烃油的中高掺量橡胶沥青对比,从而确定以芳烃油为助剂的高掺量橡胶沥青的制备参数。结果表明,添加芳烃油可有效提高35%(质量分数,下同)橡胶沥青的存储稳定性,保障施工和易性。相比于软化点差,车辙因子比更适合用于评价高掺量橡胶沥青的存储稳定性。所制备高掺量橡胶沥青的溶解度与其存储稳定性有明显的相关性。芳烃油的加入对35%橡胶沥青的高低温性能有不利影响,但当芳烃油掺量控制在5%~7.5%时,其高低温性能仍接近SBS改性沥青。高掺量废胎胶粉改性橡胶沥青的制备参数可确定为:剪切转速为800 r/min,废轮胎胶粉和芳烃油掺量分别为橡胶沥青总质量的35%和5%~7.5%,反应温度为230 ℃,反应时间为225 min。

锂离子电池(LIBs)作为目前使用最广泛的二次电池,绝大多数以理论比容量较低的石墨(372 mAh/g)为负极,已无法满足人们日益增长的对电池储能性能的要求。金属锂因其超高的理论比容量(3 860 mAh/g)和最低的还原电势(-3.04 V,相比于氢标准电极)被看作是下一代高能量密度可充电锂电池最理想的负极材料。尤其是当金属锂与硫、氧组成锂-硫或锂-氧电池体系时,其理论能量密度远超锂离子电池,受到研究者的广泛关注。
   然而,库伦效率低和稳定性差一直是限制锂金属电池商业化应用的关键因素。当金属锂直接用作电池负极时,其易与电解液反应,在其表面形成一层脆弱的固态电解质中间相(SEI)膜。电池循环时,负极体积膨胀会破坏SEI膜,诱导锂枝晶和“死锂”形成,造成不可逆的容量损失。此外,锂枝晶生长至一定程度后会刺穿隔膜,导致电池内部短路甚至发生爆炸,引发严重的安全问题。
   为了解决上述问题,研究者们在锂金属负极失效机制、结构设计及界面强化等方面进行了许多探索。一些研究枝晶生长的理论模型如Chazalviel-Brissot模型、Yamaki模型和静电屏蔽模型等已受到广泛认可。在此基础上,研究者们尝试通过设计三维集流体、表面改性集流体以及构筑原位或人工SEI膜的方式来抑制锂枝晶生长和缓解体积效应,并取得了一定成果。
   本文系统地介绍了几种典型的锂金属负极失效机制,着重总结了近年来研究者们在锂金属负极结构设计和界面强化方面的研究进展,最后分析了锂金属电池研究中仍存在的问题并给出了一些建议,以期为早日实现锂金属电池的商业化应用提供参考。

铁电材料是在一定温度范围内可自发极化的一类重要的功能材料,其自发极化能够通过外加电场进行逆转,在光电调节器和储存器等电子器件中有着极大的应用潜力。目前,由于铁电材料电阻高、载流子浓度低等特点,其应用发展被严重制约。因此,亟需找到一种简单有效的方法来优化铁电材料的铁电性能及其他物理性能。调控压力是调控晶体结构、电子构型和调节材料物理性能的有效手段。较低的压力会影响铁电体内部长程库仑引力和短程电子斥力之间的平衡,导致短程斥力明显增加,铁电性降低。而一旦达到较高的临界压力,材料铁电性就开始增大,并发生铁电相变,其物理性能也会因此发生改变。近年来,国内外对压力调控铁电材料结构和物理性能的研究主要集中在使用压力探究铁电相变及其引起的材料其他物理性能的改变上,并探究其内在影响机制。
压力作为调节铁电晶体结构和性能的一个重要因素,可以在一定程度上替代掺杂调控晶体的铁电相变,且相变温度受压力的影响非常小,压力引起的畴壁变化和去老化过程可以改善材料介电和铁电性质,实现其在器件设备中的良好应用;压力可以通过影响弛豫铁电体中的极性纳米畴调节铁电材料的弛豫行为,同时能够改变磁电耦合材料的磁序或对称性,从而改变其铁电性质;在铁电光伏材料的高压相中还可以实现相对于低压相的铁电性、电输运性质和光电性质的同步增强,且利用高压手段还可以进一步探究铁电光伏机理。
本文综合国内外铁电材料的高压研究进展,论述了铁电材料在高压条件下的结构演变规律及其发生机制,介绍了高压条件对铁电材料铁电性能、介电性能、弛豫行为、磁电耦合及光伏性能的影响,为利用高压技术研究设计新型高性能铁电材料提供了新思路。

可逆固体氧化物电池(RSOC) 因具备高效可逆的发电和电解产氢性能,被认为是一种具有良好发展前景的能源转化设备。然而,缺乏高活性和稳定性的电极材料是限制RSOC广泛应用的主要因素之一。传统的燃料电极一般采用浸镍的氧化钇稳定氧化锆(Ni-YSZ)材料,而氧电极则以钙钛矿型的氧化物居多。目前使用的燃料电极和氧电极的电化学性能都存在一定的不足。近期,诸多研究报道SrTiO₃基钙钛矿材料具有良好的稳定性和电化学性能,有望成为RSOC电极的热门候选材料。近年来,虽然对RSOC电极的研究较多,但是缺乏对该类材料系统的归纳和总结。因此,本文综述了SrTiO₃基钙钛矿材料在RSOC电极方面的应用进展。首先,系统分析了SrTiO₃基钙钛矿材料在RSOC燃料电极和氧电极的研究现状,介绍了目前常用的SrTiO₃改性的手段和策略,如掺杂其他元素、构建非ABO₃化学计量比氧化物、构建复合材料以及利用原位纳米颗粒出溶技术等;其次,探讨了SrTiO₃基钙钛矿材料应用于对称结构RSOC电极的可行性;最后,结合构建未来新一代RSOC高性能能源互联器件,展望了SrTiO₃基钙钛矿材料在RSOC中的应用前景,并提出了亟需解决的问题。

超高温多孔陶瓷既有超高温陶瓷耐高温、抗氧化/烧蚀、无固态相变的优异特性,又有多孔陶瓷体积密度小、导热系数低的优点,有望成为极端环境下高温隔热、高温腐蚀性气体过滤及高温太阳能吸收等应用的候选材料。按成孔原理的不同,超高温多孔陶瓷的制备方法有部分烧结法、模板复制法、牺牲模板法、冷冻浇注法、直接发泡法和溶胶-凝胶法。用部分烧结法制得的超高温多孔陶瓷力学性能优异,但气孔率低且孔结构难以控制;模板复制法制得的陶瓷材料气孔率高,但其气孔结构取决于模板的气孔结构,可设计性较差;牺牲模板法制得的陶瓷材料气孔大小和形貌可控,但气孔分布均匀性差;冷冻浇注法具有高效、低成本等优点,制得的陶瓷材料气孔率高,但用有机溶剂为冷冻介质时,对环境有危害;直接发泡法制得的陶瓷材料气孔率高,孔结构缺陷少,但发泡过程难以控制,对工艺要求较高;溶胶-凝胶法制备的陶瓷材料气孔率高,导热系数低,但强度低,且制备成本较高。本文介绍了超高温多孔陶瓷材料的制备方法、性能及应用前景,总结了超高温多孔陶瓷制备方法的优缺点,分析了超高温多孔陶瓷材料面临的问题并展望其前景,以期为制备超高温多孔陶瓷材料提供参考。

催化净化法是环境污染物的主要净化技术之一,而微波场具有波动性、高频性、热特性和非热特性四大基本特征,因此微波诱导催化反应在改善环境质量方面具有至关重要的作用。随着科研人员对微波技术以及催化技术不断深入的研究,开发具有优异吸波性能与催化活性的多功能材料成为研究的重点。
根据吸波材料转化微波的形式可以将吸波材料分为介电损耗型、电阻损耗型和磁损耗型。吸波材料的吸波性能受到材料组成、表面构型、孔径结构等多种因素的影响。近年来,研究者们从材料的匹配特性与衰减特性出发,不断改进吸波材料合成方法,并取得了丰硕的成果,在不断改善材料吸波性能的同时,充分发挥其在微波诱导催化反应中的作用,提高了能源利用率以及环境污染物的降解速率。
吸波材料在微波的作用下会产生热点效应以及放电效应。微波诱导催化反应将常规热场改为微波热场,可以在较低的宏观温度下实现材料的迅速升温,达到优异的催化效果。金属材料在微波场中会诱发微波放电,放电过程会产生热点效应、等离子体效应以及光催化效应,对污染物的去除具有重要作用。但由于微波诱导催化的反应过程较为复杂,当前的研究难点为区分热点效应与放电效应的影响、明确微波诱导催化反应的反应路径。近年来研究者们开发了一系列具有优异吸波性能以及催化效能的催化剂,将微波诱导催化反应应用于废水废气的净化处理技术,具有反应速率快、处理效率高等优点。
本文主要介绍了材料的吸波原理,阐述了材料吸波性能的改进、微波热点效应和微波放电效应在污染物去除方面的应用,并对微波诱导催化反应今后的发展方向进行了讨论。

热电材料是一种能实现热能和电能之间相互转化的功能材料,可以对化石燃料燃烧、工业生产等过程产生的废热进行回收再利用,在小型热电发电机、太阳能电池、智能传感器等方面具有良好的应用前景。随着现代科技的发展,热电功能材料逐渐应用于小型可穿戴设备,这对热电材料的安全无毒、稳定高转换效率和柔性等提出新的要求。相较于电子型热电材料,离子型热电材料具有高Seebeck系数、柔性可拉伸性和低毒低污染等优点,因此不论在热电发电装置还是小型可穿戴设备上均具有很好的应用潜力。本文详细阐述了在热原电池、离子热电电容器等能量收集装置中的离子型热电材料的研究进展,并分析了离子热电材料在可穿戴能量转换装置应用中所面临的问题和挑战,以期为制备安全无污染、稳定高效的新型柔性可穿戴设备提供新的方向。

结冰是生活中一种很普遍的自然现象,然而冰的积聚会对人类的生产生活、交通运输、航空航天等方面产生一系列不良的影响,轻则引起经济损失,重则造成安全事故。传统的除冰方式主要包括机械除冰、热力除冰、化学除冰等,存在高能耗、高污染、高成本、低效率等问题。近些年,开发具有防冰性能的材料已经成为研究热点。受荷叶、猪笼草等生物的启发,人们仿生出超疏水型涂层、润滑型涂层来防止材料表面结冰。此外,通过对酷寒地带生物的研究,人们探索了抗冻蛋白的防冰机制,这为仿生防冰高分子材料的开发提供了新的思路。本文首先对防冰材料的防冰机理和性能要求,以及冰粘附强度的测试装置进行了基础性介绍,并对当前研究的超疏水型涂层、润滑型涂层、抗冻蛋白、应力局部化涂层等防冰材料在防冰、疏冰领域应用的优势和存在的问题进行了分析讨论,最后展望了防冰材料的应用前景和发展趋势。

高性能碳纤维具有极大的应用价值,碳纤维在石墨化后含碳量可达99%,且其拉伸模量和导电性能显著提升,热膨胀系数接近于0,适用于昼夜温差大的太空环境。因此,石墨化碳纤维被广泛应用于航天航空等尖端技术领域。石墨化设备和手段是制备高性能石墨纤维的关键,本文将石墨化设备按生产工艺和加热方式分为连续式和非连续式、间接加热式和直接加热式,分别介绍了电阻加热、感应加热、等离子体加热、微波加热、激光加热、γ射线加热和催化加热等石墨化技术,综述了上述石墨化方法和设备的优缺点,讨论并分析了碳纤维石墨化过程中微观结构的变化及其与碳纤维性能的关联性,指出如何更新和优化传统石墨化设备,来克服当前石墨化设备能耗高、成本高、效率低的缺点,为未来研发新兴的石墨化工艺、设备以及制备结构完备、性能优异的石墨纤维提供重要的参考和经验。

近年来,柔性电子技术突破了传统电子产品无法变形的局限,以其独特的柔性在电子、能源、医疗、信息、国防等多个领域具有广泛的应用。作为柔性电子器件基本的结构单元,金属薄膜/柔性基体体系在服役过程中难免会受到拉、压、弯和扭等变形的作用。面对严苛的服役条件,金属薄膜/柔性基体体系如何保持其结构的稳定性对材料制备、界面设计、结构设计均提出了更高的挑战。
作为最常使用的基体材料,聚二甲基硅氧烷(PDMS)的弹性模量较低,变形过程中对金属薄膜的约束作用较弱,且膜基界面结合强度也较低,导致PDMS基体上金属薄膜的延展性较差,甚至在沉积态金属薄膜即发生断裂,这一直以来都是制约柔性电子器件发展的关键问题。近年来研究人员针对PDMS基体上金属薄膜的变形和断裂行为开展了较为系统的研究,试图从薄膜优化制备、增强膜基界面结合、薄膜/基体结构设计等方面提高其延展性。
在金属薄膜优化制备方面,通过调控制备工艺以改善薄膜应力状态,压缩应力有助于提高体系的延展性;在膜基界面改性方面,通过紫外-臭氧处理、氧等离子体处理、添加界面结合层以改善金属薄膜与PDMS基体之间的界面结合性能,提高体系延展性。然而,仅通过改变制备工艺和界面特性来提高体系延展性的调控空间非常有限。鉴于此,研究人员通过薄膜/基体结构设计、引入褶皱/屈曲结构的方法,大幅提高了体系的延展性,为柔性电子器件的工程化应用提供了可能。此外,断裂是薄膜最常见的失效形式之一,显著影响金属薄膜/柔性基体的延展性,研究人员通常通过上述手段避免薄膜发生断裂,而如果可以合理控制金属薄膜的断裂行为并加以利用,则可实现其正面贡献。近来,通过对PDMS基体上金属薄膜断裂行为的有效调控,证实了含裂纹结构的金属薄膜在柔性应变传感领域的应用潜力。
本文归纳了PDMS基体上金属薄膜变形与断裂行为的研究进展,分别对薄膜优化制备、PDMS基体表面改性、界面过渡层设计以及薄膜褶皱/屈曲结构设计等提高体系延展性的方法进行介绍,总结了目前仍面临的问题并展望了其发展前景,为高性能柔性电子器件的优化制备与结构设计提供理论参考和应用指导。

本文聚焦本实验室近20年来在长余辉材料方面的研究成果,由长余辉材料的关键问题出发,从材料的基质选择,到掺杂、固溶等探索手段,再到对材料余辉机理的探讨,以及针对特殊余辉现象所做的拓展研究进行了详尽的分析总结,并对长余辉材料的未来研究方向进行了展望,以期为该领域的研究者提供参考。

有机无机杂化钙钛矿材料具有优异的光电特性,在光伏、显示和传感领域均获得了广泛关注。近年来,钙钛矿太阳能电池技术发展迅速,在效率提升和面积放大方面不断取得突破,但钙钛矿材料和器件的稳定性问题一直没能得到根本性的解决,严重制约了钙钛矿光伏器件的实用性能及商业化推广进程。钙钛矿太阳能电池的不稳定性来源于器件中钙钛矿层、电荷传输材料和电极材料的失效,失效原因主要包括光照、水分、温度和氧气等环境因素,因此深入理解各因素对钙钛矿太阳能电池稳定性的作用机理至关重要。此外,与晶硅和其他薄膜电池相比,钙钛矿太阳能电池在材料性能、器件结构等方面都有较大差别。目前晶硅电池和其他薄膜电池的稳定性评价方法和测试手段对钙钛矿太阳能电池不能完全适用,为了使不同机构间钙钛矿太阳能电池稳定性的测试结果可以对比,需要统一稳定性测试标准。
本文总结了钙钛矿材料及光伏器件稳定性的影响因素,剖析了光照、水分、温度和氧气等环境因素对钙钛矿器件稳定性的作用机理,并对提升钙钛矿太阳能电池稳定性的方法进行了综述。最后分析了钙钛矿太阳能电池稳定性的评价方法和测试手段,并对钙钛矿太阳能电池的未来发展方向进行了预测,以期为钙钛矿太阳能电池商业化应用提供新思路。

热控材料是实现航天器热控功能的重要介质,是航天器热控技术发展的基础。航天器热控系统中大量使用多层隔热材料、导热材料、热控涂层、界面材料等均是利用材料自身热物理特性实现航天器温度场的控制。本文从航天器热控材料工程应用角度,综述了航天器热控系统常用的隔热材料、高导热材料、涂层材料及界面材料等四类热控材料的研究与空间应用进展,分析了未来空间科学探测、低温推进剂在轨贮存等空间应用场景在深低温及高温环境下对热控技术的发展需求,提出了对深低温和高温环境下高效隔热材料、特种涂层材料等航天器热控材料的发展建议。

二维材料由于具有超薄、柔性的层状结构,有望突破传统阻变材料难以降低忆阻器尺寸的限制,成为存储器、柔性电子、神经形态计算等领域的研究热点。本文从器件结构、材料种类、开关机理、电极和功能层改性等方面综述和分析了近年来二维材料基忆阻器的研究进展。“三明治”结构是忆阻器最常用的结构,通过插入调节层可提高器件稳定性;平面结构可操控性较差,但其独特的易观察性为研究忆阻器的阻变机理提供了有力工具。石墨烯及其衍生物和二硫化钼忆阻器阻变性能较好且应用广泛;二硫化钨、碲化钼、六方氮化硼、黑磷、MXene、二维钙钛矿等也逐渐被应用于忆阻器,但性能仍需优化。器件开关机制主要包括导电细丝、电荷俘获与释放、原子空位等。选择功函数合适的电极,可有效调控界面势垒和载流子输运;通过将二维材料与聚合物复合或掺杂纳米粒子,可有效降低器件的离散性。下一步应从界面性质精确控制和耐弯曲耐极端温度等方面深入研究,为新型二维材料忆阻器的工业化应用奠定基础。

金刚石/铜复合材料理论上具有高热导率和低膨胀系数等优异的热学性能,在热管理领域具有广阔的应用前景。然而金刚石与铜的界面亲和性差,常压下即使熔融的铜也不能润湿金刚石,金刚石和铜的界面处通常存在热阻较大的空隙,导致金刚石/铜复合材料的实际热导率远低于理论值。改善金刚石/铜界面亲和性、提高其热导率通常从烧结方法和金刚石与铜的界面调控两方面入手。本文在烧结方法方面归纳了高温高压法、真空热压烧结法、放电等离子烧结法以及熔体浸渗法等金刚石/铜复合材料的制备技术;在金刚石与铜界面调控方面总结了铜基体合金化和金刚石表面金属化等技术,并提出了当前金刚石/铜复合材料在烧结及界面修饰研究中存在的问题,及其未来的发展趋势。

透明导电氧化物(Transparent conducting oxides, TCOs)是一种重掺杂的半导体材料,在液晶显示屏、触摸屏、太阳能电池等领域都有广泛的应用。重掺杂、高简并的特性使得TCOs内存在大量的自由电子,具有接近金属的高电导率。同时,TCOs具有较大的禁带宽度,提供了高可见光透射率。氧化铟锡(Indium tin oxide,ITO)薄膜作为一种透明导电氧化物薄膜,具有禁带宽度宽、可见光透过性高、近红外反射性高及电阻率低等优点。因为,该材料是目前使用最广泛的透明导电氧化物,约占国际市场份额的97%。
ITO薄膜仍存在一些亟待解决的缺点,如In元素的稀缺性导致ITO薄膜成本较高、薄膜在近红外区域透光性较差、较大的脆性难以满足现代光电器件对柔性的要求等。随着科技发展以及各种电子元器件的更新换代,ITO薄膜的各项性能不再能满足应用的需要,如何进一步提高ITO薄膜的性能成为当今研究的一个热点。
对ITO薄膜进行元素掺杂可以提高其综合性能。高价金属元素的不等价置换可以产生自由电子,通过提高载流子浓度、载流子迁移率控制ITO薄膜载流子的散射机制,可以进一步优化薄膜的光电性能。在力学性能方面,通过引入杂质元素可以抑制ITO薄膜表面载流子迁移、提高其结晶温度,从而抑制薄膜的结晶,减小薄膜内应力。另一方面,为了应对高温、高压、强腐蚀性环境,利用元素掺杂可以促进钝化层的形成,提高化学键的稳定性。
本文综述了元素掺杂ITO薄膜的研究进展,介绍了杂质元素掺杂的手段,以及其对ITO薄膜光电特性、力学性能、稳定性影响的相关研究,总结了目前研究中尚存的盲区,并提出了元素掺杂ITO薄膜的发展方向。

近年来,随着单层石墨烯的发现,二维(Two-dimensional,2D)材料逐渐引起人们的重视,特别是二维过渡金属硫族化合物(Transition metal dichalcogenides,TMDs)由于其独特的结构和光电性能被广泛研究并取得许多成果。其中,二硫化铂(PtS₂)因具有带隙可调(体层0.25 eV到单层的1.75 eV)、高迁移率(1 000 cm²· V^-1· s^-1)等诸多性质引起学者们的广泛关注。本文介绍了PtS₂的原子结构等基本特性,归纳了目前以机械剥离法、化学气相沉积( Chemical vapor deposition, CVD) 法为主要制备方法制备PtS₂的特点,并分析了PtS₂能带结构与晶格振动等物性特点,阐述了PtS₂在场效应晶体管、光电探测器、光催化等领域取得的成果。最后对该材料目前还存在的问题进行分析与讨论,并对其未来的进一步发展进行了展望。

随着经济社会的高速发展,水资源短缺、环境污染、能源危机等是当前世界各国面临的难题。利用丰富的太阳能从海水、污水中蒸馏分离获得纯净水,是一种绿色、可持续的解决方案。然而,传统的太阳能蒸馏提纯原理是加热整体待分离液体,光热转换效率只能达到30%~45%,并且需要昂贵的设备和频繁的维护,这些因素极大地限制了太阳能在水净化领域中的实际应用。近年来出现的界面太阳能蒸发技术通过高效的光热转换材料将吸收的太阳能局限在蒸发层表面,大幅提高了光热转换效率,是一种高效、低成本、环保的水净化技术,在海水淡化、蒸馏分离、发电等领域具有广阔的应用前景,被认为是未来解决水资源危机的一种潜在策略。
本文介绍了界面太阳能蒸发技术中的光热转换机理,简述了光热转换材料、蒸发器结构设计和热能工程管理在太阳能蒸发技术中取得的进展,概述了界面太阳能蒸发技术的应用研究现状,包括海水淡化、污水处理、太阳能蒸馏-发电联产、灭菌以及其他能源转换应用等,总结了当前该技术在实际应用中遇到的瓶颈问题,并展望了界面太阳能蒸发技术的发展趋势。界面太阳能蒸发技术对解决水资源短缺和能源危机具有重要的意义。

近几年废旧轮胎的产生量和堆存量持续攀升,大量堆积的轮胎不仅占用土地资源,而且会引发环境污染等问题,废旧轮胎产生的“黑色污染”问题备受关注。废旧轮胎具有轻质、高强、耐高温、耐腐蚀等性能,且具备协同利用其他固废的技术优势,被认为是可用于道路工程建设的理想材料。本文通过总结国内外相关文献,概述了废旧轮胎的结构组成、力学性能和蠕变特性,介绍了废旧轮胎在路面、路基和地基加固处治工程中综合利用技术的研究进展,总结了各项资源化利用技术的工作机理和路用性能,最后对废旧轮胎在道路工程中的综合利用技术未来发展趋势和重点研究方向进行了展望。

纳米酶的出现是人工模拟酶研究领域的重大进展,突破了以往人工模拟酶催化效率不高的局限性,目前已被广泛应用到疾病诊断和治疗、环境监测及污水处理等多个领域。近年来,人们发现了多种纳米材料具有天然酶活性,并将具有类过氧化物酶活性的纳米材料应用于制备比色生物传感器。借助纳米材料自身所具有的催化能力,模拟类过氧化物酶活性,发挥其成本低、稳定性高和易于储存等优势,直接实现对生化反应的催化,进而通过裸眼观察或以分光光度计检测溶液吸光度变化对目标物进行快速、灵敏的定性定量分析。
具有类过氧化物酶活性的纳米材料在比色传感器中的应用为新型纳米比色传感器的发展提供了更广阔的空间。但是随着研究的不断深入,该类纳米材料也暴露出一些需要改进的问题,如对pH值要求较多、亲和力不够强、催化活性不够高等。针对上述问题,大多的研究都集中于材料的改进和优化。现有的研究表明,可以通过改变材料的结构、增加表面修饰、多种纳米材料复合等方法来进行性能的改进和提升。本文首先明确了比色传感器的显色机制,接着从六种纳米材料(贵金属纳米材料、金属氧化物纳米材料、金属硫化物纳米材料、碳基纳米材料、金属有机骨架、MXene纳米材料)出发详细综述其类过氧化物纳米酶的研究及应用进展,最后概述和讨论了类过氧化物纳米酶当前面临的挑战,明确了纳米材料在比色分析中的地位和未来的发展前景。

硅藻土凭借其天然的三维介孔及仿生结构、低合成成本等优势,逐渐成为了多学科交叉的研究热点之一。然而,其主要成分非晶态二氧化硅导致的高电阻率极大地限制了其在电子器件中的应用,通过改质处理的方法,硅藻土可以在保持原有结构的条件下转化为高电导率的硅藻硅,进而拓展其在电子器件中的应用。镁热还原法因操作简单、成本低且无污染而受到广泛关注。为了提高硅藻硅的产率与性能,减少Mg₂SiO₄、Mg₂Si等中间产物的生成,研究者们在反应温度、反应时间、硅源与镁源的混合方式、原料物质的量比、慢化剂、原料种类等方面不断进行尝试和调控,最终确定了反应温度及反应时间等参数的最佳范围,促进了硅藻硅的高效规模化制备。
通过镁热还原制备的硅藻硅具有良好的结构稳定性、大的比表面积、天然的高孔隙率等优势,因此在锂电池、超级电容器、太阳能电池等电子器件中得到了极大的发展与应用。将镁热还原的硅藻硅作为锂离子电池的负极可有效解决电池在充放电过程中体积膨胀的问题。与其他的纳米结构相比,硅藻硅易于制备,在进一步负载电化学活性材料后拥有更高的电容量和循环稳定性。同时,硅藻硅的高孔隙率也促进了电化学活性材料的吸附和沉积,使其在超级电容器和太阳能电池的应用上展示出显著的优势。此外,硅藻硅良好的生物兼容性和发光特性使其在生物医药方面也有独特的应用。
本文综述了镁热还原硅藻土方法的发展和改进研究,各种电子器件(锂离子电池、超级电容器、太阳能电池、生物传感器等)应用硅藻硅的研究现状,最后展望了硅藻土镁热还原制备多孔硅的发展趋势。

La-Mg-Ni系储氢合金因放电容量高、能量密度大和倍率性能好而成为最有前途的镍氢电池负极材料之一。然而,La-Mg-Ni系储氢合金存在制备困难、循环稳定性较差的缺点,严重阻碍其实际应用。如何优化制备工艺、提高循环稳定性,对于La-Mg-Ni系储氢合金是要解决的首要问题,相关研究具有重要的学术价值。
一般来说,La-Mg-Ni系储氢合金主要包括AB₃、A₂B₇以及A₅B₁₉型三种晶体结构。三种晶体结构均是由一个AB₂型结构单元和一个或多个AB₅型结构单元沿c轴叠加而成。实际制备的La-Mg-Ni系储氢合金通常含有多相结构,其性能与合金的结构密切相关,而合金的结构又与合金的制备工艺密切相关。采用常规熔炼法制备La-Mg-Ni系储氢合金时,由于Mg的熔点和沸点均低于其他合金成分,在熔炼过程中的高温状态下Mg极易挥发。此外,Mg的挥发导致反应难以控制,使得合金成分不准确,严重影响合金的性能。为此,研究者们尝试采用先进的方法来制备La-Mg-Ni系储氢合金,如球磨、快速凝固、高压烧结、共沉淀-还原扩散法等,同时也尝试将多种方法联合使用来制备La-Mg-Ni系储氢合金,并探究了制备工艺对La-Mg-Ni系储氢合金相结构和电化学性能的影响。近年来,联合采用两种或两种以上工艺制备La-Mg-Ni系储氢合金的研究居多。研究表明,多种制备方法联合使用能够显著改变合金的电化学性能,特别是退火处理对储氢合金的循环稳定性起到有效的改善作用。
本文首先介绍了La-Mg-Ni系储氢合金中超晶格合金相的结构。随后重点关注了近年来国内外对于La-Mg-Ni系储氢合金所采用的不同制备技术,包括熔炼法、机械合金化、烧结法、快淬法以及材料的后续处理等,并探讨了不同制备技术制得的合金的微观结构和电化学性能。同时,对各种制备方法进行综合评述,为如何制备出性能优良的La-Mg-Ni系储氢合金提供思路和依据。最后,对La-Mg-Ni系储氢合金的未来发展趋势进行了分析与展望。

荧光材料由于具有特殊的光学性质,在生物医学、生物成像和荧光传感等相关领域有广泛的应用。与传统的荧光剂相比,纳米荧光材料具有稳定性好、荧光强度高等优点。然而,传统的荧光纳米材料通常含有重金属,使其在生物医药领域中的应用受到限制。生物质荧光碳点作为一种新型的荧光碳纳米材料,因具有优异的生物相容性、化学惰性、荧光可调节性,在生物医药、生物传感、荧光成像等多个领域展现出应用潜力。但是,目前生物质碳点应用于生物医药领域的综述文献相对较少。因此,本文总结了不同天然产物制备碳点的绿色合成方法,对碳点的荧光机理进行了分析和归纳,重点阐述了碳点在生物传感、生物成像、药物载体、生物抗菌剂等生物医药领域的应用研究,讨论了存在的问题,并对碳点在该领域的发展方向进行了展望。

金属-有机框架(Metal-organic frameworks, MOFs)材料是由配位键将金属离子与有机配体连接而形成的结构有序的网状配合物,在离子交换、气体分离及存贮、催化、荧光传感及药物输送等领域具有重要的应用价值。
   利用具有荧光发射特性的MOFs与客体分子作用后荧光强度的变化,可实现对目标组分的定量检测,而仅依靠单一配体发光的MOFs,定量方法易受外界条件的干扰,会影响结果准确性。金属离子和有机配体的性质决定了MOFs的荧光特性,是该领域学者们研究的重点。镧系元素的三价离子(Ln³⁺)具有未被完全充满的4f电子层结构,其荧光性能独特,易与氧、氮原子配位,且可与有机配体配位形成具有特殊拓扑结构的高配位配合物。Ln³⁺与有机配体形成的镧系金属-有机框架(Ln-MOFs)材料除了具有结构有序、比表面积大的特点外,同时结合了有机配体和镧系元素二者的荧光特性,作为比率型荧光探针被广泛应用。选择不同的有机配体及镧系元素,可开发出对不同组分产生响应的Ln-MOFs。
   本文对近年来Ln-MOFs在阴、阳离子以及小分子的荧光检测及温度传感方面的研究进展进行了综述,并对其检测结果、检测机理及影响因素等进行了分析,然后对Ln-MOFs材料作为荧光探针的设计理念进行了总结,最后对Ln-MOFs研究中存在的问题进行了分析,并对其未来发展进行了展望。

纤维增强水泥基复合材料是以水泥净浆、砂浆或混凝土为基材,外掺钢纤维、聚乙烯醇纤维或碳纤维等纤维,从而提升基材力学性能和耐久性能的一种新型水泥基复合材料。基于纤维增强基体理论,当纤维均匀分布且取向平行于基体受力方向时,其在微观层面能有效抑制因水泥基复合材料内部拉应力低而产生的微裂缝,同时传递裂缝间的应力以防止其进一步发展;在宏观层面,纤维可显著提高水泥基复合材料的抗拉抗弯强度及延性。然而,纤维的类型、长径比和掺量以及施工工艺等因素均会影响纤维在基体中取向分布,严重削弱其在微裂缝间的桥接作用,增加其掺量。这不仅对水泥基复合材料的抗拉抗弯强度、韧性增强效果等工作性能造成不利影响,而且提高其生产成本,极大限制其应用。
基于国内外学者对纤维取向分布与水泥基复合材料的力学性能之间的关系的大量探究,本文系统阐述了纤维取向和空间分布对水泥基复合材料力学性能的影响,总结了影响纤维取向分布的主要因素,同时介绍了评价纤维在基体中取向分布情况的各类检测手段,并分析了不同检测手段的优劣性,最后论述了当前纤维取向分布预测模型的发展现状。本文可为调控纤维在水泥基复合材料取向分布、提升结构的抗拉抗弯强度及韧性、降低纤维增强水泥基复合材料的生产成本的相关研究提供参考。

高镍三元层状正极材料因具有超高的质量能量密度(250 W·h/kg)、理论比容量(200 mA·h/g)和较低的生产成本(50元/kg),逐渐成为商业新型动力电池正极材料的主要发展方向之一。但因其充放电过程中表面较高的碱含量、Ni²⁺/Li⁺阳离子混排、氧缺陷和颗粒开裂等结构问题,容易造成材料相变的发生,从而降低材料的热稳定性能和电化学性能。本文介绍了商业现有锂离子电池正极材料的研究现状及结构和性能指标,总结了高镍三元层状正极材料的容量失效和结构降解机理,重点综述了近三年关于高镍三元层状正极材料表面包覆和体相掺杂的策略,并对高镍三元正极材料在单晶体系、低钴或无钴、电解液添加剂和安全性能等方面的未来发展趋势及实际生产运用进行了展望。

气凝胶是一种纳米级多孔固体材料,具有高比表面积、极高的孔隙率、极低的密度、极低的热导率等优点,但也存在脆性高、柔韧性差的问题。近年来,具有良好压缩回弹特性和抗弯折性能的柔性气凝胶克服了传统气凝胶柔韧性差的缺点,受到研究人员的广泛关注。本文首先概括了柔性气凝胶的种类,根据气凝胶材料组成成分的不同,将其分为氧化硅柔性气凝胶、碳基柔性气凝胶、生物质柔性气凝胶和纤维质柔性气凝胶;然后,系统总结了柔性气凝胶常用的制备方法,如溶胶-凝胶、老化、干燥等工艺,对比分析了不同制备工艺生产的气凝胶在性能上的差异;此外,介绍了柔性气凝胶在环保、光学、生物医学、柔性电子传感器以及航空航天等领域的应用;最后对柔性气凝胶的发展做了总结和展望。

具有大规模量产潜力的高能球磨技术自诞生以来,引起了人们极大的兴趣。但是,传统的高能球磨依靠单一的机械能输入,存在效率低、能耗高、粉末污染等问题。在球磨过程中引入其他能量场实现的外场辅助球磨对解决上述问题具有重要意义。与传统高能球磨相比,外场辅助球磨具有两大应用优势:(1)球磨时间明显缩短;(2)可以合成特殊化合物。
目前常用的外能量场包括超声波、磁场、温度场、电场和等离子体。利用介质阻挡放电,将大面积的冷场等离子体引入球磨过程所发展的等离子球磨技术可以实现球磨效率、球磨产能和工艺可控性三方面的提升。当前等离子球磨技术应用已涉及诸多材料体系,但是由于冷场等离子体的复杂性和非热平衡特性,等离子体、等离子体-机械力耦合对材料合金化特点和反应机制的影响仍是重点研究内容。近年来,研究人员针对不同的材料体系发挥等离子球磨效能的工作取得了一定的进展。
本文主要介绍等离子球磨技术的基本原理、特点及其在多种材料制备中的应用,重点分析等离子球磨所制备的材料的特殊结构、优异性能及其组织结构形成机制。针对当前的研究进展,本文还总结了等离子球磨技术的发展前景和面临的挑战,旨在为等离子球磨制备高性能材料提供参考。

沥青路面的水盐侵蚀是导致其性能劣化、服役寿命缩短的主要原因之一,为研究沥青混合料的水盐侵蚀损伤规律,本工作以沥青胶浆、沥青胶浆-集料界面为研究对象,研究了填料的物理化学特性对沥青胶浆流变性能与渗透性的影响,分析了沥青胶浆-集料界面在不同侵蚀工况(静态浸水、压力浸水)下界面强度的衰减规律。结果表明:填料类型对沥青胶浆的复数模量影响不大,但是其孔隙状态与比表面积对沥青胶浆的相位角与渗透性影响显著。相比于普通浸水,盐溶液侵蚀对沥青胶浆-集料界面强度衰减有显著促进作用,而其衰减速率受集料和填料的物理(孔隙体积、比表面积、微观形貌)、化学(矿物组成、化学成分)特性的综合影响。水压力的作用会加速沥青胶浆-集料界面强度的衰减,表明行车荷载产生的动水压力会推动沥青路面的水损害进程。

有机硫是焦炉煤气、天然气、黄磷尾气、合成氨等气体净化的重点和难点,其中羰基硫(COS)和CS₂占主要部分。催化水解法被认为是净化工业气体中有机硫的有效途径之一,是一种低成本高效净化技术,能够在较低温度下将COS和CS₂催化水解为H₂S,进而对H₂S进行高效脱除。催化水解法应用于工业精脱硫中具有两大优势:(1)转化率高,反应温度低,不消耗氢源;(2)水解产物H₂S的净化工艺成熟,可进行硫资源的回收。
催化水解法已有较成熟的研究和工业应用,然而水解过程中的氧化反应是导致水解剂效率降低和寿命缩短的重要原因。因此,开发出廉价高效的水解催化剂成为本领域的研究热点,H₂S的高选择性是有机硫催化水解的重要指标。
以γ-Al₂O₃、活性炭作为载体制备的水解催化剂是目前应用效果较好的催化剂,且γ-Al₂O₃的应用最早、最广泛,但其抗氧能力较差、催化剂易中毒等特点使其在应用过程中受到一定限制。TiO₂、ZrO₂等载体在近几年的研究工作受到关注,不同活性组分的添加为突破水解催化剂对H₂S的低选择性和抗毒性提供了可能。此外有机硫水解机理的探究也为水解催化剂的开发提供了理论依据,在此基础上调控反应路径,改善水解过程中多种影响因素,也有助于有机硫水解催化剂活性和寿命的双提升。
本文介绍了COS和CS₂催化水解的主要载体和活性组分的研究和应用情况,分别对有机硫水解机理和水解催化剂失活原因进行了总结和归纳,分析了催化水解法在应用中面临的问题并展望其前景,以期为新型高效水解催化材料的设计提供参考。

近年来,中国、美国和其他各国航空航天事业快速发展。我国“神州十三号”、美国Space-X“龙飞船”和Blue Origin“新谢泼德号”载人飞船的成功发射,标志着人类探索太空的进程又跨出了一大步。航空航天领域载人飞船的成功离不开高科技材料产业的快速发展,“一代材料,一代技术,一代装备”,对材料的认识、研制、开发和应用是人类社会进步最基础、最原始、最本质的驱动力,它对整个国防事业的发展起着推动作用。气凝胶作为一类轻质多孔材料,因其高效的隔热特性在航空航天领域受到越来越多的关注。本文旨在总结SiO₂、Al₂O₃、ZrO₂等氧化物气凝胶和炭气凝胶、碳化物气凝胶、硼化物气凝胶等非氧化物气凝胶材料近年来在航空航天领域的研究进展,从分子结构设计、制备方法、热力学性能等方面进行了详细的讨论,以期为相关的科学研究提供参考和借鉴。

碳材料是水系电化学电容器最重要的电极材料之一,但是它的本征非极性表面被极性的水系电解质浸润一直存在挑战。本工作采用聚合物接枝法将具有良好亲水性的聚乙二醇(PEG)分子刷接枝在碳微球的表面,可改善碳微球作为电极材料对水系电解质的浸润性。通过电极材料在6 mol/L KOH电解质中的分散性和静态水接触角测试表明,PEG分子刷改性的碳微球(P-C_sa)电极材料展现更良好的水系电解质浸润性。循环伏安、恒流充放电法和交流阻抗等电化学测试显示,在电流密度为0.625 A/g 时,P-C_sa电极材料的比容量比未改性碳微球电极材料提高了60%;该电极材料展现出良好的倍率性能、低的本征阻抗(0.94 Ω)和高的循环稳定性(在1.25 A/g电流密度下,10 000次循环后保持初始比容量的73.29%)。值得指出的是,PEG分子刷改性碳微球电极材料并未引入法拉第赝电容,主要改善电极材料表面的水系电解质浸润性。

增材制造又称3D打印,是一种基于离散堆积原理的数字化制造技术,具有高度灵活性和快速性等优势,近年来受到广泛关注。采用增材制造技术制造模具,可以降低生产成本、缩短制造周期,并能快速响应客户对模塑制品的个性化需求。
基于增材制造的快速模具制造又称快速模具技术(Rapid tooling),根据增材制造件是否直接作为模具使用,快速模具分为间接快速模具和直接快速模具。根据模具材料的硬度,快速模具分为硬模和软模。间接快速模具由增材制造件间接制造软模(比如硅胶模具)发展成为间接制造硬模。由于间接制模存在工艺复杂、精度不高且软模存在寿命短等缺点,随着增材制造和材料技术的发展,直接快速硬模越来越受到重视。
本文主要综述了基于增材制造快速模具技术的发展历程、工艺原理、典型速模具工艺,并对这些快速模具制造工艺进行对比分析。同时综述了基于增减材复合制造的快速模具制造的基本原理、典型工艺及其特点和快速模具所使用的新型材料。由于快速模具制造存在精度低、表面质量差、模具内部有缺陷且力学性能存在各向异性、模具尺寸受限和成本高等缺陷,未来快速模具制造技术将向高精度、高表面质量、高力学性能及低成本方向发展,并向基于增减材复合制造的快速模具制造发展,同时模具制造过程中的缺陷检测与控制将成为研究热点。

生物经济正在加速改变食品、环境、医疗和能源等行业,这引起了工商业、学术界和政府的高度关注,因此对天然高分子等生物资源的研究、开发和利用意义重大。天然淀粉因具有来源广泛、价格低廉、无毒、无免疫原、可生物降解和再生、黏附性和生物相容性良好等优点而倍受青睐,但单淀粉膜却有耐水性差、强度低等缺陷,通过化学键和分子间作用力与其它材料复合可改善其性能。本文综述了用纤维素、壳聚糖、蛋白质、脂肪族聚酯、聚乙烯醇、聚烯烃塑料、纳米氧化物、黏土、磷(膦)酸锆和纤维等改性淀粉,通过溶剂浇铸、压塑、挤出吹塑和注塑成型等制备复合膜,总结了这些复合膜的耐水性、力学性能、生物降解性、水蒸气透过性、热稳定性、相容性和抗菌性及其在食品包装、环境和生物医药等领域的应用。最后,展望了超临界流体、超声活化等技术处理改性后的淀粉有利于膜性能的改善;生物相容性良好的新型插层材料是未来的研究方向。