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冷喷涂金属颗粒变形行为数值模拟研究进展

表面技术 2024年第8期53卷 1-10页

作者：陈进殷强郑志明邢亚哲长安大学材料科学与工程学院材料成型及控制工程系西安710061

理解冷喷涂中的颗粒变形和沉积行为一直是科学工作的焦点。由于颗粒撞击基底后的瞬时变形行为难以通过实验观测,因此多数研究工作聚焦于数值模拟。总结了一些颗粒撞击基底的建模方法,在前人研究的基础上,针对每个模型的原理及优缺点,分... 详细信息

理解冷喷涂中的颗粒变形和沉积行为一直是科学工作的焦点。由于颗粒撞击基底后的瞬时变形行为难以通过实验观测,因此多数研究工作聚焦于数值模拟。总结了一些颗粒撞击基底的建模方法,在前人研究的基础上,针对每个模型的原理及优缺点,分析了每个方法的适用场景,给出了改善模型的方法。综述了颗粒特性、入射角度、气体预热温度等对颗粒变形行为的影响,其中粒径大小、颗粒形状等是影响颗粒变形行为的主导因素,因此重点探讨了颗粒特性的影响。颗粒的撞击变形是影响冷喷涂涂层残余应力分布的重要因素,对涂层残余应力的相关数值模拟研究进行了综述,分析了颗粒变形与颗粒残余应力的关系。最后就目前冷喷涂残余应力建模较单一的形势,探讨了如何建立一种新模型以分析涂层残余应力。

关键词：冷喷涂颗粒瞬时变形数值模拟有限元法颗粒特性涂层残余应力

机器学习指导相和硬度可控的AlCoCrCuFeNi系高熵合金设计

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材料工程 2024年第1期52卷 153-164页

作者：李亚豪叶益聪赵凤媛唐宇朱利安白书欣国防科技大学空天科学学院材料科学与工程系长沙410073

采用机器学习辅助高熵合金设计,致力于解决传统试错实验方法时间周期长、成本高的问题。以经典的AlCoCrCuFeNi系高熵合金为研究对象,采用机器学习方法,分别构建高熵合金的相结构预测模型和硬度预测模型。其中支持向量机模型(SVM)在两个... 详细信息

采用机器学习辅助高熵合金设计,致力于解决传统试错实验方法时间周期长、成本高的问题。以经典的AlCoCrCuFeNi系高熵合金为研究对象,采用机器学习方法,分别构建高熵合金的相结构预测模型和硬度预测模型。其中支持向量机模型(SVM)在两个任务中均有最好的训练表现,最佳的相分类准确率达0.944,硬度预测模型的均方根误差为56.065HV。进一步串联两种机器学习模型,基于样本数据集上下限的成分空间,对AlCoCrCuFeNi系高熵合金同时进行相和硬度的高效预测和筛选,实现新型合金成分的快速设计。实验验证5种新合金符合相预测结果,测试硬度与预测硬度值的RMSE为12.58HV,表明建立的机器学习模型实现对高熵合金相和硬度的高效预测。

关键词：机器学习高熵合金相预测硬度预测成分设计

三维多孔铜及表面修饰铋协同构筑无枝晶锂金属电极

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高等学校化学学报 2024年第6期45卷 85-97页

作者：王帅孙雨涵高欣宋瑞赵铭钦卢垚鲍晓冰罗巧梅苟蕾樊小勇长安大学材料科学与工程学院西安710061

以化学镀制备的具有微米级三维(3D)多孔结构的3D多孔铜为基底,在其表面电沉积铋修饰层,构建了3D Cu@Bi;将其作为锂金属电极集流体.孔径约5μm的3D多孔结构具有高表面积,有利于降低局部电流密度,电流密度分布更均匀,其大容纳空间可缓解... 详细信息

以化学镀制备的具有微米级三维(3D)多孔结构的3D多孔铜为基底,在其表面电沉积铋修饰层,构建了3D Cu@Bi;将其作为锂金属电极集流体.孔径约5μm的3D多孔结构具有高表面积,有利于降低局部电流密度,电流密度分布更均匀,其大容纳空间可缓解体积变化和释放应力,抑制锂枝晶生长.Bi的亲锂性促进了界面动力学,降低了形核过电位,增强了锂沉积/剥离的可逆性.在3D多孔结构和铋修饰层的协同作用下,锂金属沉积容量>4 mA·h/cm^(2)时,电极表面仍保持平整、光滑;由其组装的半电池经过200次循环后,库仑效率(CE)可保持在98.5%以上;由其组装的对称电池在电流密度为0.5 mA/cm^(2),面容量为1 mA·h/cm^(2)时,可稳定循环1500 h以上,循环100次后电极表面仍光滑、无枝晶;以磷酸铁锂为正极组装的LFP||3D Cu@Bi@Li全电池在1.0C倍率下经过200次循环后,显示出132 mA·h/g的高容量和约87.2%的容量保持率.

关键词：锂电池锂金属电极三维多孔集流体铋修饰层无锂枝晶

激光粉末床熔融的熔道宽度与熔池温度的预测:一种新型数值模拟模型的提出与验证

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中国有色金属学报 2024年第4期34卷 997-1009页

作者：陈汉聪汪润泽司婧雯房淑晗姚锡禹严明南方科技大学材料科学与工程系深圳518055 南方科技大学电子与电气工程系深圳518055

为了减少预测激光粉末床熔融熔道宽度与熔池峰值温度所需的计算资源,本研究提出了一种精度高、计算资源消耗少、对常见合金材料适用的数值模拟模型。在保证模拟精度的情况下,采用此模型可以使计算成本降低2个数量级,对于Ti6Al4V合金、Al... 详细信息

为了减少预测激光粉末床熔融熔道宽度与熔池峰值温度所需的计算资源,本研究提出了一种精度高、计算资源消耗少、对常见合金材料适用的数值模拟模型。在保证模拟精度的情况下,采用此模型可以使计算成本降低2个数量级,对于Ti6Al4V合金、AlSi10Mg合金、316L合金和In 718合金,本模型对熔道宽度、熔池峰值温度的预测值的平均相对误差值±标准差值分别为4.8%±3.1%和7.9%±3.6%,说明模型预测值与实验值较为吻合。本研究提出的模型在保证较高模拟精度的情况下,可以大大降低激光粉末床熔融数值模拟的计算成本,具有很强的实用价值。

关键词：激光粉末床熔融合金数值模拟计算成本

氮掺杂石墨碳负载Fe–Mn普鲁士蓝类似物衍生的FeMnO的制备及活化单过硫酸盐去除罗丹明B

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硅酸盐学报 2024年第5期52卷 1578-1588页

作者：郑佳红郑馨长安大学材料科学与工程学院

非均相催化剂活化单过硫酸盐（PMS）是一种有效的有机污染物降解技术，但硫酸根自由基（SO4–·）受限于较高的氧化还原电位难以得到有效激活。采用高温碳化法合成了过渡族双金属氧化物(Fe0.099Mn0.901O/Fe Mn2O4)氮掺杂碳纳米片催化剂... 详细信息

非均相催化剂活化单过硫酸盐（PMS）是一种有效的有机污染物降解技术，但硫酸根自由基（SO4–·）受限于较高的氧化还原电位难以得到有效激活。采用高温碳化法合成了过渡族双金属氧化物(Fe0.099Mn0.901O/Fe Mn2O4)氮掺杂碳纳米片催化剂，在PMS活化体系中，FeMnO@C在10 min内对罗丹明B（RhB）的降解效率达到95.5%。FeMnO@C催化剂表面Mn、Fe离子之间的氧化还原循环过程同PMS自分解后产生的一系列自由基，使得FeMnO@C保持优异的催化降解性能。捕获实验表明1O2是主要贡献自由基。此外，FeMnO@C催化剂磁性可回收具有良好的循环稳定性，在连续5次循环后仍保持84.7%的Rh B去除率。

关键词：铁、锰普鲁士蓝类似物氮掺杂碳材料高级氧化技术

基于55 nm DICE结构的单粒子翻转效应模拟研究

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物理学报 2024年第6期73卷 295-304页

作者：张幸刘玉林李刚燕少安肖永光唐明华湘潭大学材料科学与工程学院湘潭411105

单粒子翻转(single event upset,SEU)是器件在辐照空间中应用的关键难题,本文以55 nm加固锁存单元为研究载体,通过三维数值模拟方法,获得了重离子不同入射条件下的线性能量转移(linear energy transfer,LET)阈值和电压脉冲变化曲线,研... 详细信息

单粒子翻转(single event upset,SEU)是器件在辐照空间中应用的关键难题,本文以55 nm加固锁存单元为研究载体,通过三维数值模拟方法,获得了重离子不同入射条件下的线性能量转移(linear energy transfer,LET)阈值和电压脉冲变化曲线,研究了双互锁存储单元(dual interlockded storage cell,DICE)的抗辐照性能和其在不同入射条件下的SEU效应.研究表明,低LET值的粒子以小倾斜角入射器件时,降低了器件间的总电荷收集量,使得主器件节点的电压峰值和电压脉宽最小,器件SEU敏感性最低;由于空穴与电子迁移率的差异,导致DICE锁存器中Nhit的入射角敏感性远大于Phit;合理调节晶体管间距可以削弱电荷共享效应,使得从器件总电荷收集量减小,仿真计算得到此工艺下晶体管间距不能小于1.2μm.相关仿真结果可为DICE锁存单元单粒子效应的物理机制研究和加固技术提供理论依据和数据支持,有助于加快存储器件在宇航领域的应用步伐.

关键词：双互锁存储单元数值模拟单粒子翻转效应电荷共享效应

具有bcc结构的β型钛或锆系合金的低模量机制

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稀有金属 2024年第5期48卷 745-752页

作者：侯艳嫔吴亭慧郭顺刘海霞程晓农江苏大学材料科学与工程学院

低弹性模量的三元β型钛或锆系合金中的体心立方（bcc）结构多处于不稳定状态，因此难以通过制备单晶的方式来直接测定单晶弹性常数。利用原位同步辐射高能X射线衍射（SXRD）技术和Eshelby-Kroner-Kneer弹塑性自洽模型，获取了具有bcc... 详细信息

低弹性模量的三元β型钛或锆系合金中的体心立方（bcc）结构多处于不稳定状态，因此难以通过制备单晶的方式来直接测定单晶弹性常数。利用原位同步辐射高能X射线衍射（SXRD）技术和Eshelby-Kroner-Kneer弹塑性自洽模型，获取了具有bcc结构的三元Ti-33Nb-4Sn,Ti-35Nb-4Sn,Zr-12Nb-4Sn和Zr-4Mo-4Sn多晶合金的单晶弹性常数，成功解决了此类合金难以通过制备单晶来直接获得单晶弹性常数的技术瓶颈，揭示了具有bcc结构的多晶β型钛或锆系合金的低模量机制。结果表明，与二元β型TiV,TiCr和TiNb单晶合金相比，经冷轧退火处理的Ti-33Nb-4Sn和Ti-35Nb-4Sn合金和固溶处理的Zr-12Nb-4Sn和Zr-4Mo-4Sn合金具有较低的■剪切模量C′和超低的{001}剪切模量C44。基于Hill近似理论进一步分析可知，三元β型Ti-33Nb-4Sn,Ti-35Nb-4Sn,Zr-12Nb-4Sn和Zr-4Mo-4Sn合金较低的剪切模量C′以及超低的剪切模量C44，是此类合金呈现较低杨氏模量EH的原因。通过合理的成分设计及热机械处理降低合金的剪切模量C′和C44，可望获得与人骨模量相近的超低模量钛或锆合金。

关键词： β型钛或锆系合金低弹性模量同步辐射X射线衍射（SXRD）弹性常数

电极低温退火对Cd0.9Mn0.1Te:In/V单晶探测器电学性能的影响

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硅酸盐学报 2024年第5期52卷 1597-1607页

作者：栾丽君李龙张頔李国海俞鹏飞段理长安大学材料科学与工程学院

碲锰镉(Cd1–xMnxTe,CMT)是性能优异的室温核辐射探测材料。目前，熔体法生长的CMT单晶内部存在大量本征缺陷导致其光电性能较差且CMT探测器对γ射线和α粒子的探测效率较低。本工作采用Te溶液垂直Bridgman法生长In/V共掺杂的Cd0.9Mn0.... 详细信息

碲锰镉(Cd1–xMnxTe,CMT)是性能优异的室温核辐射探测材料。目前，熔体法生长的CMT单晶内部存在大量本征缺陷导致其光电性能较差且CMT探测器对γ射线和α粒子的探测效率较低。本工作采用Te溶液垂直Bridgman法生长In/V共掺杂的Cd0.9Mn0.1Te单晶体，晶体禁带宽度为1.524eV，红外透过率达67.3%。为提高CMT探测器效率，制备了Au、Al、Ag和In 4种不同金属电极的MSM型CMT探测器，并测试了不同电极的I–V特性。结果表明Au和In电极表现出最佳电学性能：欧姆系数分别为1.043和0.969，电阻率分别为4.783×10~(100Ω·cm和4.119×1010Ω·cm，百伏漏电流分别为5.958 nA和6.758 nA。为进一步提高Au和In电极CMT探测器的电学性能，在430 K以下的低温段进行电极退火实验，结果表明：Au电极在390 K温度下退火1 h百伏漏电流降至2.31 nA,α粒子（5.48 MeV）辐射下CMT探测器能量分辨率从26.7%提升至17.4%;In电极在350 K温度下退火1 h后百伏漏电流减小至6.18 nA，能量分辨率从27.4%提升至21.8%。

关键词：碲锰镉单晶布里奇曼法核辐射探测器

N掺杂碳量子点的制备及在Hg快速检测中的应用

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化工新型材料 2024年

作者：李慧敏王沛蒋坤黄国辉大连海事大学材料科学与工程系

以柠檬酸和丙烯酰胺为原料，通过一步水热合成法，合成了一种对Hg2+具有单一且快速响应机制的新型蓝色荧光碳量子点(CDs)。通过傅里叶红外光谱仪和透射电子显微镜对其结构进行表征，发现该CDs平均粒径约为3.6nm，且表面有丰富的酰胺和... 详细信息

以柠檬酸和丙烯酰胺为原料，通过一步水热合成法，合成了一种对Hg2+具有单一且快速响应机制的新型蓝色荧光碳量子点(CDs)。通过傅里叶红外光谱仪和透射电子显微镜对其结构进行表征，发现该CDs平均粒径约为3.6nm，且表面有丰富的酰胺和羟基基团。探究了CDs的荧光性能，测试其对重金属离子的选择性、检测灵敏度、pH稳定性和猝灭响应时间。研究结果表明，该CDs对Hg2+有优异的单一选择性，并能够在5min内实现快速响应。Hg2+的检出限低至10.0nmol/L，并在0.1～25μmol/L较宽的浓度范围内具有线性响应，且猝灭率达到65%。制备的新型CDs可方便快速地实现对不同pH水样中Hg2+的特异性识别和检测。

关键词：柠檬酸丙烯酰胺碳量子点汞离子荧光检测