保持热舒适对维持人体正常生命活动至关重要。利用纤维和织物进行个人热管理不仅能提升热舒适度,还有助于降低建筑能耗。然而,传统的织物无法满足人类在不同环境下的热舒适需求,迫使研究人员开发新型可穿戴热管理材料。基于材料化学、物理和纳米技术,目前已经开发出许多具有优异热管理性能的纤维及织物。本文综述了体温调节的创新策略和可穿戴热管理材料的最新进展,重点介绍了各种先进的被动和主动热管理材料,旨在梳理热管理材料的工作机理,并为相关领域的研究人员提供全面的参考。首先介绍了人体体温调节的生理基础,随后详细探讨了被动和主动热管理纤维和织物的工作原理及在不同应用场景下的优缺点,最后从商业应用的角度对可穿戴热管理纤维及织物的未来前景和挑战进行了展望。

电致变色器件具有轻巧、响应速度快、可重复使用性能好、易于制备柔性器件等优点,在智能传感器、智能窗户、柔性可穿戴设备和储能设备等领域具有广泛应用。相较于易泄漏、安全性低的液态器件,全固态电致变色器件易于封装且安全性高,具有更好的综合应用性。本文首先介绍了电致变色器件的结构,详细综述了无机与有机固态电致变色器件的性能及应用,并对比分析了两者之间的优缺点。最后,从性能瓶颈、工艺难点及产业化等角度展望全固态电致变色器件的发展应用前景。

纤维素基光子晶体是以纤维素及其衍生物为主要构成材料的光子晶体,其结构通常由周期性排列的、具有不同折射率的纤维素材料或纤维素与其他材料的复合物构成,从而能够有效控制光子的传播特性。纤维素基光子晶体的优势在于纤维素材料的可持续性、生物相容性和生物降解性,使其在生物传感、光学器件和手性光子学等领域具有广泛的潜在应用价值。近年来,纤维素纳米晶(Cellulose nanocrystals,CNC)因其精细的纳米结构、优异的机械性能、较低的膨胀系数,以及出色的可塑性和黏结性,在光子晶体的制备与应用研究中备受关注。然而,关于其他类型的纤维素基光子晶体的研究进展,论述仍显不足。本文从纤维素基光子晶体的种类入手,首先介绍了其光学调控机制及制备方法,进一步综述了不同种类纤维素光子晶体在传感器件、光学防伪和其他智能材料中的应用。最后,总结了当前纤维素基光子晶体材料研究中亟待解决的问题,并展望了其未来的研究方向和发展前景。

偏振探测技术作为一种重要的光学探测手段,具有强抗干扰能力,并能有效提升探测距离,在光学遥感、环境监测、生物医学和水下成像等领域展现出重要的应用价值。传统偏振探测系统存在体积庞大、光路复杂等问题,在小型化和集成化方面存在严峻挑战。超构表面是由人工亚波长结构单元组成的二维周期性阵列,可根据入射光偏振态对光场进行精细调控,有效降低偏振探测系统的尺寸,提升器件的集成程度,为小型化偏振探测提供了全新的解决方案。本文分析超构表面与偏振探测相关的光场调控机理,在此基础上归纳基于超构表面的光子型与光热型偏振探测器件,并对现存问题与未来趋势进行总结与展望,以期为该领域的研究提供参考。

传统热控涂层发射率固定,难以满足我国航天事业的快速发展,VO₂智能热控涂层具有无源自适应和可设计性强等优点,成为国内外研究热点。本文从VO₂金属-绝缘体相变特性出发,通过分析VO₂智能热控涂层红外波段发射率调控机理,综述了法布里-珀罗(F-P)谐振腔、超表面、光子晶体和纳米复合薄膜四种结构的VO₂智能热控涂层光学设计方法和研究进展,提取在工程应用中导致VO₂智能热控涂层的空间稳定性降低的关键因素,对VO₂智能热控涂层的未来发展趋势进行展望。

所有温度高于0 K的物体都会产生红外热辐射,这种辐射特性与其发射率密切相关,固定的发射率使多数物体只能呈现单一的热辐射特性。而实际应用场景中,为适应不同环境和功能要求,动态调控物体的热辐射特性至关重要。柔性电响应动态热辐射调控材料不受环境条件制约,调控幅度高,且轻质、灵活、便携,在使用和存储中都具有突出优势。本文总结了导电聚合物、碳基材料、可逆金属电沉积等几种典型的柔性电响应动态热辐射调控材料研究进展,介绍了柔性电响应动态热辐射调控器件的应用前景,并指明了其挑战及未来发展趋势。

为有效提高装备在野外与不同的背景快速融合的需求,采用利于大面积生产和低成本的丝网印刷方法制备自适应温致变色迷彩涂层。利用氟碳树脂和丙烯酸树脂包覆变色材料,研究涂层制备体系和制备工艺,并通过对变色涂层进行性能测试,制备得到具有应用前景的可逆变色迷彩涂层。本研究利用升温辅助层与变色迷彩涂层共同作用,实现了变色迷彩涂层快速可逆自适应变化。利用色差仪、万能拉伸机、耐水色牢度测试仪、盐雾试验机等仪器对涂层的性能进行了测试。测试结果表明,使用聚氨酯树脂体系制备的温致变色迷彩涂层具有应用前景,当变色迷彩涂层厚度为0.6 mm时,涂层变色时间为6~9 s。将变色迷彩涂层放置于林地、荒漠中,可探测度分别约为0.51、0.56。

发展新型节能制冷技术对实现建筑热管理与节能具有重大意义。辐射是自然界中最为普遍的一种传热方式,其中,太阳辐射和环境热辐射是两种重要的能量介质。光热调控是一种通过对太阳辐射和热辐射进行调控从而实现对物体内部温度管理的技术,具有极大的发展潜力。针对不同应用场景的需求,材料对太阳辐射与热辐射有不同的光谱的响应需求,可分为主动/被动型光热调控材料。主动型光热调控材料具有可调度高、能耗低等优点,被动型光热调控材料具有零能耗、温度调控能力强等优势,都备受研究人员的广泛关注。本文以主动电致变色与被动辐射制冷为新型光热调控技术的代表,重点概述了其相关的调控原理;基于光谱设计策略及其原理,综述了电致变色材料与辐射制冷材料的相关发展研究,并进一步对其存在的问题及未来的发展方向进行了总结和展望。

随着工业的发展和化石燃料的消耗,气候变化、能源短缺、环境污染等问题日益严峻。目前,使用绿色、环保的能源和资源开发可持续的新型材料已成为全球发展的共同趋势。光热转换技术可以将太阳能转换成热能并应用于诸多领域,已成为解决这些问题的重要途径之一。木材是地球上极丰富的可再生资源之一,凭借储量丰富、可再生、可降解、简单易得等特点得到了研究人员的广泛关注。在“双碳”战略目标的背景下,将光热转换技术和木材进行有效结合,不仅可以提高太阳能的利用效率,还能实现林木资源低碳、高效的利用。本文介绍了木基光热转换材料的作用机理,简述了光热转换技术、木材构建光热转换材料在当前取得的进展,概述了木基光热转换材料在水处理、产电、产氢、相变储能等领域的应用研究现状,以期为相关研究提供参考和借鉴,推动可持续发展。

钛及其合金因低密度、高强度、优异耐蚀性等优点而应用于诸多领域,但钛价格较为昂贵,限制了其更广泛的应用。在基体表面制备钛涂层可以较低的成本对钛的优异特性加以利用,实现远高于传统有机涂层的耐久性与力学性能,因而围绕钛涂层所展开的研究日益增多。本文系统介绍了钛涂层的常用制备技术及后处理方式,并综合国内外研究进展,对钛涂层在海洋工程、生物医疗、航空航天等领域的应用现状进行了综述,最后总结了当前钛涂层发展所面临的问题并对未来趋势进行了展望。

气凝胶复合材料由于具有密度低、比表面积大、孔隙率高和导热系数低等结构功能特性,成为最主要的新型保温隔热材料之一。本文简述了气凝胶复合材料的发展历程、制备工艺及方法,从气凝胶复合材料的微观形貌结构、热量传递组成、隔热传热表征等方面对其保温隔热性能及机理进行分析,重点介绍了近年来气凝胶复合材料的保温隔热性能应用在军事航空航天、建筑节能环保、能源存储转化、极端环境材料、电动汽车电池、冷藏(冻)运输以及供热锅炉管道等诸多领域中取得的新进展。同时,对其在各个领域应用中遇到的问题进行了详细讨论并给出建议。此外,文末对气凝胶复合材料在未来的研发、生产及应用中的研究方向进行了展望。

电子鼻(Electronic nose,E-nose)技术作为一种有效的嗅觉模拟与气体识别的方法被广泛应用。电子鼻系统由气体传感器阵列组成,利用其交叉敏感性对气体进行检测。电子鼻系统利用机器学习算法,对气体进行定性定量分析。传统的机器学习算法在电子鼻系统中的应用已经成熟,如今深度学习算法也慢慢在电子鼻系统中应用。电子鼻系统具有选择性高、精密度好、反应快速、稳定性和延展性好的特点,被应用于包括有毒气体检测、空气质量管理、食品新鲜度和质量预测等方面。本文从气体传感器阵列的组成、信号采集与处理单元、模式识别算法的分类以及电子鼻系统在实际中的应用等方面综述了电子鼻系统气体识别的最新研究进展,最后对电子鼻系统气体识别目前所存在的问题以及发展前景进行了总结和展望。

近年来,现代军事探测技术和精确制导武器得到飞速发展,雷达及红外探测和制导手段的广泛应用推动雷达/红外兼容隐身材料成为目前隐身材料领域的研究热点。雷达探测和红外探测在探测原理上有根本性差别,导致对这两个波段的隐身材料电磁特性的需求完全不同。研究人员利用两个波段电磁波波长的差异实现对电磁波的差异化响应,开展了雷达/红外兼容隐身材料的设计。本文系统阐述了雷达/红外隐身的基础理论及设计原理,综述了雷达/红外兼容隐身材料的研究现状,并对其未来发展方向进行了展望。

光热发电是极具发展前景的可再生能源技术,不仅可实现电力能源的梯次利用,还能与风电、光电等互补运行。基于国内外对光热发电技术的研究,本文综述了光热发电用储能熔盐的研究进展。熔盐是光热发电热能存储系统中理想的传储能介质,具有高热容量、高导热性和低黏度等优异的热物理性质。熔盐储能具有储能容量大、储存周期长和成本低等优点,在光热发电、熔盐反应堆、供暖和余热回收等领域广泛应用。本文首先介绍了光热发电技术的优势和发展,接着归纳总结了光热发电用储能熔盐的主要特性和发展,并对新开发配比的熔盐以及熔盐纳米流体热物理性质进行了阐述,最后总结和展望了下一代光热发电储能熔盐的发展。期望了解光热发电储能熔盐的技术发展,为下一代热能传储系统的设计、制造和运行维护提供参考。

基于银栅格透明电极的柔性钙钛矿太阳能电池是一种极具前景的便携式和可穿戴电子设备的理想电源。然而,卤素离子和金属离子之间的相互扩散会影响器件的效率和稳定性,对制备高性能柔性器件提出了挑战。本研究采用聚氨酯(PU)聚合物添加剂钝化钙钛矿薄膜晶界,结合界面阻隔层的策略制备柔性钙钛矿电池。Pb²⁺与C=O之间的强相互作用改善了钙钛矿薄膜的结晶特性,降低了薄膜的缺陷态密度。因此,基于银栅格电极的柔性钙钛矿电池光电转换效率(PCE)提高到20.21%,是迄今为止非ITO柔性电极上钙钛矿电池最高效率之一。由于聚氨酯填充晶界和界面阻隔层的双重作用阻碍了卤素和金属的相互扩散,柔性钙钛矿电池还表现出较高的湿度稳定性和运行稳定性。器件在30%的相对湿度下暴露150 h后仍能保持92.1%的初始PCE值,在最大功率点下工作1 000 h后仍能保持95%的初始PCE值。最后,柔性钙钛矿电池显示出良好的机械稳定性,在4 mm的曲率半径下弯曲1 000次后,还保持了86%的初始PCE。此研究可为高性能柔性钙钛矿光电器件的设计提供思路和实验指导。

为了深入研究湿热老化环境下碳纤维增强树脂基复合材料(Carbon fiber reinforced polymers,CFRP)力学性能退化行为,开展了30 ℃和50 ℃两种水温下CFRP材料的浸水老化试验,随后进行老化0、6、12、18、24、30 d后样件的拉伸和压缩性能测试,并结合SEM分析老化前后CFRP试件破坏形貌。基于有限元软件ABAQUS二次开发功能,构建了考虑湿热老化效应的层内断裂和层间分层失效的二维本构模型,并对老化前和饱和吸水状态下CFRP力学性能进行计算。结果表明:30 ℃和50 ℃两种温度下,CFRP吸湿行为均符合菲克定律;随温度提升和老化时间的延长,CFRP力学性能呈现出下降趋势。此外,相比拉伸性能,CFRP压缩性能受湿热环境影响更大,在50 ℃老化30 d后,CFRP压缩强度和模量降幅分别为39.3%和10.8%,远高于拉伸强度和模量的降幅(8.11%和7.08%)。分析原因是CFRP浸水老化过程中,水分子扩散会导致纤维-基体界面与基体性能恶化,而CFRP压缩性能对以上变化更敏感。

针对核电高经济性和高安全性的目标,高燃耗(大于62 GWd/MTU)成为核燃料的发展趋势,然而,燃耗加深势必会导致芯块和包壳性能衰退甚至失效,引发安全隐患。本文首先回顾和梳理高燃耗状态传统UO₂芯块-Zr合金包壳核燃料系统所面临的挑战,如芯块边缘高燃耗结构(HBS)形成-迅速扩展、裂变气体释放份额增大、燃料棒内压增大、包壳腐蚀和吸氢量加剧以及失水事故(LOCA)工况芯块碎裂-迁移-重置现象等,并以相关问题为切入点厘清关键对策。然后,归纳总结现阶段核工业界近期型事故容错燃料(ATF)方案研究进展和成果,重点阐述主流Cr涂层锆合金包壳和大晶粒UO₂芯块ATF候选材料的关键服役性能,包括裂变气体释放、芯块-包壳接触压力、包壳水侧腐蚀及高温蒸汽氧化-淬火行为等。同时,对比分析Cr涂层锆合金包壳+大晶粒UO₂芯块相较于传统核燃料系统服役优势,尤其是高燃耗状态,研究表明近期型ATF方案在高燃耗项目中极具应用潜力。本文概述的内容有助于加深核工业工作者对高燃耗项目的理解,同时为我国自主研发ATF和高燃耗项目相结合提供参考,助力提升核电经济性、安全性与可靠性。

具有成本优势的钠离子电池被认为是锂离子电池的有益补充,而电极材料的性能是决定钠离子电池能否实现大规模应用的关键因素之一。负极材料方面,硬碳材料具有碳源易得、制备方法灵活、结构可调控性高等优点,极具商业化应用潜力。在硬碳材料的众多前驱体中,生物质因来源丰富、成本低廉等而备受青睐。但生物质基硬碳负极材料的孔结构及表面特性对其嵌脱钠性能影响较大。本文从生物质基硬碳负极的性能影响因素出发,总结了生物质衍生硬碳负极的研究进展,并进一步讨论了钠离子电池生物质基硬碳负极商业化过程面临的挑战和其未来研究方向,对钠离子电池硬碳负极材料的发展具有一定的指导意义。

Cu₂O是一种p型半导体,在光催化领域有着广阔的应用前景。研究者通过调控Cu₂O形貌和尺寸、构建异质结结构、设计复合材料增大比表面积和导电性等手段,提高其光利用率,降低了光生电子-空穴对复合率,从而提高了Cu₂O 的光催化活性和光稳定性,促进了其在光催化降解染料领域的应用。本文重点综述了通过元素掺杂、半导体异质结构建及与其他材料复合的途径增强Cu₂O光催化性能的方法,归纳了其在光催化降解有机污染物方面的应用及异质结增强机理,指出了目前研究存在的短板, 并对氧化亚铜基复合光催化的发展及应用前景进行了展望。

将石墨负极胶体分散体浆料涂覆在无孔刚性基底上并干燥时,干燥过程中产生的各种应力可能会使薄膜出现裂纹。这些裂纹会影响电池性能,加速电池损伤,缩短电池寿命。因此,掌握裂纹特性及其形成机制是防止极片开裂的关键。目前尽管已有众多关于胶体分散体薄膜干燥开裂的研究和模型,但对电池极片开裂行为的探讨却相对匮乏。本文系统地揭示了极片在干燥过程中的开裂机理及影响因素,深入剖析了极片微观结构变化与内应力发展的模型,并概述了极片干燥开裂的研究进展。研究表明,毛细管压力引发的应力是导致干燥开裂的主因,这一过程主要受极片材料特性和薄膜边界条件的影响。同时,本文还对抑制极片干燥开裂的技术挑战进行了展望,以期为解决极片开裂问题提供有价值的参考和启示。

在全球环境污染和能源危机日益严重的背景下,绿色清洁能源的开发和利用变得极为重要。太阳能电池作为一种有效的能源利用技术已经开展了大量的研究,其中,钙钛矿太阳能电池因其带隙可调、光电转换性能优异、资源丰富、制备工艺简单等优势得到了广泛关注,功率转换效率也从2009年的3.8%发展到现在的26.1%。近些年来,许多研究人员尝试将实验室旋涂制备扩展到大规模的涂层和印刷制备,卷对卷技术(R2R)便是实现这一器件升级的重要工艺方式。本综述介绍了与卷对卷技术相兼容的各类基板和可扩展沉积技术,并对相关的钙钛矿薄膜形态控制策略和器件性能优化方式进行详细的介绍,此外,对大面积钙钛矿太阳能电池未来的发展和挑战进行了简单的论述。

为深层次、全面了解发泡水泥板诞生背景、应用现状和发展前景,本文对发泡水泥板应用背景、市场需求、技术标准沿变、整体性能、综合成本、应用现状、发展前景进行全方位、多角度、深层次剖析。综合认为:尽管发泡水泥板具有隔热、防火(A1级)、环保、抗老化、强度高等优点,但其研发技术壁垒低,加上劣质产品挡道、厂家恶性竞争等恶劣现象,致使其市场容纳空间已非常狭小。本文将为建筑从业人员全面了解发泡水泥板的“来龙去脉”和实时动态提供最新现实科学依据,为科研工作者研发新型建筑保温材料提供更多理论科学依据。

柔性传感器作为柔性可穿戴电子设备的关键组成部分,在健康监测、人机交互和智能机器人等新兴领域广泛应用而备受关注。传统的单一检测法向压力的柔性传感器无法满足复杂和先进智能系统中的使用需求,而柔性三维力传感器因其独特的多角度和全方位力学检测能力,逐渐成为研究的热点。为实现高性能柔性三维力传感器的研制目标,需要综合协调考虑传感机制、结构、材料和解耦方法等多种因素。近年来,许多学者致力于设计和制备高性能柔性三维力传感器,包括结构设计和新型材料的开发、数据处理和机器学习算法的改进,多方面的创新推动着其进一步发展。本文旨在概述柔性三维力传感器的研究进展,首先详细介绍了柔性三维力传感器各种形式的传感机理,并分析比较了各自的特点和优势;然后系统总结了柔性三维力传感器在结构设计、材料、解耦方法等方面的研究进展及相互影响,以及在智能机械臂、运动姿态检测、人机交互和无线健康监测等领域的应用;最后分析了柔性三维力传感器当前所面临的挑战,并对其未来发展进行了展望。

近年来大量研究表明,自掺杂可定向调控有机-无机金属卤化物钙钛矿材料导电类型(P型或N型),优化其光吸收与载流子传输性能,进而提升器件光电转换效率。连续沉积自掺杂类型相反的两种钙钛矿,可制得新型双钙钛矿层异(同)质结(P-P结)太阳能电池。与传统钙钛矿太阳能电池相比,自掺杂P-P结太阳能电池的光活性层存在额外内建电场,可促进载流子的传输,从而减少非辐射复合。同时,钙钛矿双极性电荷传输的特性使其可充当电子传输层和空穴传输层。这允许P-P结太阳能电池摒弃传输层结构,简化器件结构、优化制备流程,为钙钛矿太阳能电池的进一步发展提供新方向。本文围绕有机-无机金属卤化物钙钛矿材料,详细阐述了调控其自掺杂类型的方法,讨论了自掺杂P-P结太阳能电池的物理机制及影响因素,梳理并总结了自掺杂钙钛矿在制备太阳能电池方面的应用,最后对其当前的技术难点和未来发展进行了总结与展望。

光催化是一种绿色清洁的生产工艺,是目前缓解能源与环境问题的有效方法。半导体材料因合适的带隙而成为一类优良的光催化剂,由于比表面积小、太阳光利用率低且在光催化反应过程中光生电子-空穴对易复合,导致其光催化反应性能不理想。碳量子点是一种类球形碳纳米材料,除了高比表面积、低毒性及良好的生物相容性外,其独特的上转换发光特性和良好的电子转移性能对提高光催化效率至关重要。因此,将碳量子点与半导体材料耦合改性是提高半导体材料光催化效率的重要方法。本文介绍了碳量子点的制备方法,阐明了其独特的光学与电学性质,并着重阐述了碳量子点在光催化产氢、光催化降解有机污染物、光催化还原CO₂、光催化去除重金属污染和光催化灭菌领域中的应用,最后简要总结了目前碳量子点在光催化应用中的不足及对其未来的发展进行了展望。

金属结构材料是保障国防建设、航空航天和机械工程等领域快速发展的物质基础,向其中引入梯度组织可以使不同尺寸的结构单元相互协调作用,突破单一均质材料的性能短板,有效改善金属材料的综合服役性能。本文围绕近几年国内外梯度结构金属材料的相关研究和进展,首先介绍了梯度结构金属材料的制备方法和工艺原理,并总结了其优点与局限性;其次对梯度金属材料的微观组织结构进行了阐释,论述了梯度结构金属材料的服役性能特点,包括强度、塑性、摩擦磨损性能、疲劳损伤性能和耐腐蚀性能,提出了调控梯度结构金属材料服役性能的优化策略;最后对其未来研究方向和面临的挑战进行了展望。

随着我国人口老龄化的加速,皮肤慢性创面的发病率持续上升。由于其愈合周期长且易复发,慢性创面不仅严重威胁患者的身心健康,也对我国医疗系统造成了沉重负担。慢性创面的愈合是一个涉及多种细胞和信号因子精密协作的复杂过程,因此单一的治疗手段,如抗炎治疗,难以有效应对这一多维生理过程。近年来,生物活性水凝胶凭借其优异的生物相容性、精准调控细胞行为以及调节信号因子释放的能力,在改善创面微环境、促进细胞增殖等方面表现出显著优势。本文系统阐述了生物活性水凝胶在皮肤创面修复过程中的作用机制,涵盖止血、抗炎、细胞增殖促进、胶原沉积及细胞外基质重塑等关键阶段。最后,本文展望了生物活性水凝胶在临床应用中的广阔前景,并针对当前在临床转化过程中面临的主要挑战和亟需解决的问题进行了深入探讨,为未来慢性创面修复相关的研究和技术开发提供参考。

鉴于高效发光的Ⅱ-Ⅵ族量子点(Ⅱ-Ⅵ QD)电致发光(EL)器件已达到基本的商用需求,器件长期性能(寿命)受到了更多的重视。Ⅱ-Ⅵ QD EL器件中PEDOT:PSS材料易吸湿、易腐蚀ITO电极,这对器件寿命及商业应用潜力存在负面影响。采用高稳定性的NiO代替PEDOT:PSS可避免材料对器件稳定性产生影响。本文系统综述了NiO空穴材料在Ⅱ-Ⅵ QD EL器件中的研究进展,重点归纳了NiO薄膜的不同制备方法、掺杂和界面特性对器件性能的影响,最后对基于金属氧化物空穴功能层的Ⅱ-Ⅵ QD EL器件的研究趋势进行了展望,以期为制备在材料与器件层面稳定、高效的电致发光器件提供借鉴。

采用腐蚀工程制备了层状镍铁双氢氧化物电催化剂,利用X光衍射、场发射扫描电镜、高分辨透射电镜和光电子能谱等对样品物理化学特性进行了表征,采用线性伏安特性曲线、塔菲尔曲线、电化学阻抗谱、循环伏安特性以及恒电流下电势-时间曲线对样品电催化析氧特性进行了详细分析。在单因子实验的基础上,以50 mA·cm^-2对应析氧过电位为响应因子,用响应曲面法对影响催化剂性能的主要因素进行了优化,建立了泡沫镍铁腐蚀后析氧过电位的多项式模型,得出的优化制备条件为腐蚀温度80 ℃、时间9 h、NiSO₄浓度9 mmol·L^-1。在该条件下制备的样品在10 mA·cm^-2下的过电位为200 mV,Tafel斜率为52.5 mV·dec^-1;50 mA·cm^-2电流密度下经过48 h连续测试,其OER催化活性仍能保持在95％,比起商用RuO₂电极显示出优良的电催化活性。

超高速激光熔覆技术是近年新开发的表面涂层技术,本质是通过改变粉末的熔化位置,使粉末在工件上方与激光交汇发生熔化,随之均匀涂覆在工件表面,从而具有优质高效、绿色低成本、高质量和高适应性、低热输入和低激光功率、低稀释率和高性能等特点。首先,简要介绍了超高速激光熔覆关键技术特点及技术优势、国内外超高速激光熔覆装备发展现状;其次,结合最新研究成果重点阐述了影响超高速激光熔覆制备的涂层最终组织结构与性能的关键技术参数(所采用的熔覆材料、激光功率、搭接率、光斑直径、熔覆速度、送粉量和送粉压力等);最后,详细介绍了超高速激光熔覆制备的涂层质量检测参数,包括熔覆层厚度、结合强度、孔隙率、稀释率、表面粗糙度、硬度、耐磨性和耐腐蚀性等熔覆效果。通过综述超高速激光熔覆技术的特点、优势以及关键技术参数,以期为超高速激光熔覆技术的进一步改进与提升、设备研制等方面取得更多进展提供借鉴和指导。

碳达峰、碳中和时代背景决定低碳化利用是废弃塑料处理行业的主要发展趋势。热解可以将废弃塑料中的碳氢化合物转化为高附加值的含碳产物,避免废弃物焚烧、填埋造成的温室气体排放,同时实现高值化利用,助力于构建绿色低碳循环发展工业体系。本文以先进的废弃塑料热解技术为对象,对其生命周期碳足迹研究进展进行了综述。首先从碳元素迁移转化的视角介绍了废弃塑料的原料特性和热解产物特性,进一步从碳元素生命周期视角总结了目前国内外废弃塑料制备固体碳产物的热解固碳思路;接着介绍了废弃塑料热解系统生命周期碳足迹研究方法和步骤,阐述了其碳足迹评价指标及内涵;进而围绕不同废弃塑料热解技术,从系统固碳角度归纳并综述了废弃塑料热解系统生命周期碳足迹研究现状,重点论述了不同研究因系统边界和数据来源不一致导致其碳足迹结果难以进行比较等问题,指出目前废弃塑料热解系统生命周期碳足迹研究需要通过构建多尺度模型,深入探究不同尺度数据之间的相互关系,增加数据透明度,清晰描述不同尺度的计算结果,从而使得研究结果可对比并具有广泛的参考价值;最后根据以上研究对废弃塑料生命周期研究的未来发展方向进行展望,为后续废弃塑料热解产业相关发展提供理论参考。

清水混凝土因直接采用现浇混凝土的自然质朴外观作为饰面,可实现建筑美学表达与低碳节能的完美融合,在工程中得到广泛应用。混凝土表面气孔缺陷调控是制备清水混凝土的关键难题,究其根源,在于影响混凝土表面气孔的因素众多,且各因素间耦合作用,但气孔形成的本质尚不明晰。近年来,人们从混凝土材料与施工工艺等角度,尝试提出关于混凝土表面气孔的定量影响规律,以望指导清水混凝土的制备及施工。本文总结了混凝土表面气孔的形成与调控的研究进展(从气泡转变为表面气孔的全过程),梳理了其中的关键作用机制(气泡形成-粗化-迁移-黏附),介绍了混凝土表面气孔缺陷评价、拌合物气泡结构演化、振动时流变状态对气泡逃逸的作用以及模板/脱模剂对气孔形成的影响这四个方面的内容,总结了主要的结论与存在的问题,最后对混凝土表面气孔形成机理与调控方法的发展及应用进行了展望。

8%(摩尔分数,如无特别说明,下同)氧化钇稳定的氧化锆(8YSZ)薄膜是固体氧化物燃料电池(SOFC)的核心部件,直接影响SOFC的输出性能。本文介绍了氧化锆电解质薄膜化工艺,详细地分析了烧结助剂、粘结剂体系以及浆料流变性对氧化锆浆料的影响,总结了流延速度、干燥环境等流延工艺参数对氧化锆流延生带厚度以及品质的作用,并对近年来氧化锆生带的先进烧结方式进行了阐述,讨论了电解质厚度及结构对氧化锆电解质薄膜致密度与离子电导率的影响,最后对流延成型工艺制备高品质的氧化锆薄膜的前景和方向进行了展望。

压阻式应变传感器常被用于监测结构部位的变形状况,通过将捕获到的机械信号转变为电信号,从而实现对应变的监测。考虑到监测对象的结构和实际应用,压阻式应变传感器需要具备一定的柔性,以此实现弯曲或可拉伸界面的应变监测,为制备出对应变敏感度高、耐用性强、不易损坏且能够在承受多次循环负载后依然具备良好性能的应变传感器,近年来导电层所使用的传感材料成为研究热点。碳纳米管具有特殊的性质并且与金属导电材料银、铜等或碳系导电材料中的石墨烯、炭黑等相互掺杂有显著的增强效果,因此在制备高性能的柔性应变传感器中有着巨大的潜力。本文综述了近年来为了提高应变传感性能而使用碳纳米管及其复合材料所制备的柔性应变传感器的研究现状,介绍了相关应变传感机制以及碳纳米管基应变传感器在各领域的应用,并讨论了碳纳米管基柔性应变传感器所面临的挑战。

太阳能驱动二氧化碳转化为可持续的碳氢燃料是缓解能源危机和全球气候变暖问题的一条重要战略途径。选择高效且经济的光催化材料是实现光催化CO₂转化为高附加值产物的关键。本文主要从光催化CO₂还原反应机理、催化剂类型等方面综述了光催化CO₂还原领域的研究进展,着重讨论了光催化剂改性策略,包括构筑异质结、金属掺杂、形貌调控等。目前,选择合适高效的光催化材料用以光催化CO₂还原制备高附加值产物等方面尚存在些许不足,比如光催化CO₂转化效率低、产物选择性差以及无法规模化投入生产等问题,因此如何解决上述问题是未来光催化CO₂资源化领域的研究重点。

混凝土制备产生的碳排放占建筑业碳排放的28%,固碳技术成为实现“双碳”目标的关键。混凝土固碳技术是指利用CO₂与混凝土孔溶液中碱金属离子(如Ca²⁺和Mg²⁺)或水化产物的碳化反应生成稳定的碳酸盐来实现CO₂的封存。碳化反应会影响孔溶液、孔结构和水化产物的特性,进而影响混凝土的力学和耐久性能。本文围绕混凝土全寿命周期(拌合、养护、服役、二次利用),对混凝土固碳技术进行总结,对不同固碳技术的碳化机理、技术特点和固碳潜力进行了论述。拌合阶段注入CO₂可促使混凝土主动碳化,但会消耗能量并产生新的碳排放。碳化养护可提高混凝土早期强度,但致密的碳化产物限制了碳化的进一步发展。服役阶段的碳化无需人为干预,固碳潜力大,但其碳化速率较低。二次利用阶段的碳化不仅可实现CO₂封存,还可改善再生骨料的品质。对现有技术进行优化、引入新材料和新结构形式有助于提升全寿命周期混凝土的CO₂封存效率。

水系锌离子电池因具有成本低廉和安全性高等优点而被认为是极具前景的储能体系。金属锌因具备高的理论体积比容量和较低的氧化还原电位,可以直接用作水系锌离子电池负极,但金属锌负极存在自腐蚀和锌枝晶生长等问题,导致电池循环寿命缩短,严重制约了其实际应用。本工作设计了一种聚丙烯酰胺(PAM)聚合物作为锌离子电池的电解液添加剂,结果显示在2 g/L PAM添加剂电解液体系中电池表现出最优的循环性能,在5 mA/cm²、1 mAh/cm²时锌-锌对称电池能稳定循环2 800 h,进一步的电化学测试和扫描电子显微镜表征证明PAM添加剂能够很好地抑制金属锌枝晶和减轻锌电极腐蚀。该工作为通过功能性电解质添加剂设计高性能的水系电解液添加剂提供了一种新思路。

沥青复杂的微观组成特征与其宏观性能密切相关,且会随沥青材料服役时间推移发生改变,致使其性能表现出高度不确定性。以化学沥青组分为桥梁来搭建微观组成与宏观性能间的靶向关系,对高性能沥青路面材料的研发具有重要意义。本文系统地介绍和展望了沥青组分特征与宏观性能间的潜在关联,着重分析其对沥青路面材料优化设计的指导作用。首先,从微观组成视角回顾了沥青胶体结构理论、沥青质结构模型、化学组分分子结构模型研究进程及发展趋势;其次,总结了目前沥青化学组分常用的分离方法,并着重分析了饱和分、芳香分、胶质和沥青质的基础物理化学特性;综述了沥青工程指标、多温度域流变特性、热稳定性、老化及再生特性等宏观性能与沥青化学组分特征间的有机联系,进一步分析了沥青性能转变过程中各组分的迁移特征,揭示了沥青化学组分特征对宏观性能演变的影响机制,从而为未来沥青材料的靶向设计、靶向阻燃及靶向再生体系的构建提供一定参考。最后,提出了借助分子动力学模拟手段辅助沥青材料化学组分设计的方法,基于材料基因组思想展望了沥青化学组分特征与宏观性能关系研究的应用构想。

锂离子电池因高能量密度、长循环寿命、无记忆效应等特点在便携式电子器件和电动汽车中得到了广泛的应用。锗基负极材料以高理论比容量(约为碳的4倍)、低嵌锂电位以及良好的导电性(约为硅的10⁴倍)等优点成为当前锂离子电池领域的研究热点之一。近年来研究者们对其合成与改性进行大量研究并取得突破性的成功,然而锗基负极材料在循环稳定性方面仍存在诸多挑战,这主要因为锗基负极材料在充放电过程中存在严重的体积效应且界面不稳定。本文从低维度纳米化、多孔化、碳材料复合和合金化四种改性策略入手,介绍各类锗基负极材料的制备方法、形貌、结构以及电化学性能。最后,讨论了锗基负极材料改性方法和手段的研究进展以及未来研究的方向。

高强度高塑性是先进高强钢发展的方向,本工作以2%Mn钢为研究对象,通过控制回火温度实现高强度高塑性最佳匹配,并采用SEM、TEM、XRD等技术分析影响2%Mn高强钢组织和力学性能的机制。结果表明:2%Mn高强钢经珠光体区等温退火后组织为铁素体、珠光体、低碳马氏体和残余奥氏体;随着回火温度升高,残余奥氏体体积分数由退火态的6.78%持续降低至425 ℃回火态的2.55%,回火温度继续升高,残余奥氏体体积分数基本不变,维持在稳定水平;随着回火温度升高,铁素体含量持续增加,位错密度、抗拉强度、屈服强度、硬度持续降低,延伸率先增加后降低;2%Mn钢经425 ℃回火后,铁素体平均板条宽度为95.1 nm,位错密度为2.6×10¹⁴ m^-2,碳化物平均直径为13.9 nm,抗拉强度为1 770 MPa,屈服强度为1 450 MPa,伸长率为9.84%,强塑积达到最大值17.4 GPa·%。