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结构陶瓷——承载人类文明的基石

无机材料学报 2024年第6期39卷 569-570页

作者：董绍明王京阳倪德伟中国科学院上海硅酸盐研究所上海200050 中国科学院金属研究所沈阳110016

陶瓷,作为人类文明史上具有里程碑意义的人工合成材料,不仅承载着中华民族的骄傲,更是中华民族智慧和创新精神的集中体现。经过数千年的沉淀与演化,陶瓷已发展成为一个博大精深、丰富多彩的材料体系。传统陶瓷与先进陶瓷交相辉映,共同... 详细信息

陶瓷,作为人类文明史上具有里程碑意义的人工合成材料,不仅承载着中华民族的骄傲,更是中华民族智慧和创新精神的集中体现。经过数千年的沉淀与演化,陶瓷已发展成为一个博大精深、丰富多彩的材料体系。传统陶瓷与先进陶瓷交相辉映,共同构筑起人类文明的物质基石。其中,先进结构陶瓷更是以其耐高温、抗腐蚀以及优异的力学性能等特性.

关键词：结构陶瓷先进陶瓷人工合成材料传统陶瓷力学性能抗腐蚀创新精神耐高温

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高熵碳化物超高温陶瓷的研究进展

无机材料学报 2024年第6期39卷 591-608页

作者：蔡飞燕倪德伟董绍明中国科学院上海硅酸盐研究所高性能陶瓷和超微结构国家重点实验室上海200050 中国科学院上海硅酸盐研究所结构陶瓷及复合材料工程研究中心上海200050 中国科学院大学北京100049 国科大杭州高等研究院杭州310024

高速飞行技术的发展对高性能热结构材料提出了迫切需求。高熵碳化物(HECs)陶瓷作为近年来发展迅速的一类新型材料,兼具高熵陶瓷与超高温陶瓷的优良特性,在极端服役环境中具有广阔的应用前景,因此得到国内外学者的广泛关注。相比仅含有... 详细信息

高速飞行技术的发展对高性能热结构材料提出了迫切需求。高熵碳化物(HECs)陶瓷作为近年来发展迅速的一类新型材料,兼具高熵陶瓷与超高温陶瓷的优良特性,在极端服役环境中具有广阔的应用前景,因此得到国内外学者的广泛关注。相比仅含有一种或两种过渡金属元素的传统超高温碳化物陶瓷,HECs综合性能有所提升,且具有更强的组成和性能可设计性,因此具备较大的发展潜力。经过对HECs的不断探索,研究人员获得了许多有趣的结果,开发了多种HECs的制备方法,对HECs的显微结构和性能的认识也更加深入。本文综述了HECs的基本理论以及从实验过程中获得的规律;对HECs粉体、HECs块体、HECs涂层及薄膜,以及纤维增强HECs基复合材料的制备方法进行了梳理和归纳;并对HECs的力学、热学等性能,尤其是与高温应用相关的抗氧化、抗烧蚀性能的研究进展进行了综述和讨论。最后,针对HECs研究中有待进一步完善的科学问题,对HECs的未来发展提出了展望。

关键词：高熵碳化物超高温陶瓷力学性能抗氧化性能抗烧蚀性能综述

基于含氧氢化钆薄膜的宽波段调制光致变色智能窗

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无机材料学报 2024年第4期39卷 441-448页

作者：李众少李明曹逊中国科学院上海硅酸盐研究所上海200050 中国科学院大学材料科学与光电工程中心北京100049

光致变色窗户因结构简单、被动调光和零能耗输入而被认为是一种高效的节能智能窗,然而有关光致变色智能窗的研究很少涉及中红外(MIR)波段,这限制了节能效率。本研究通过在ITO衬底上生长稀土含氧氢化物(ReO_(x)H_(y))薄膜,实现了宽波段... 详细信息

光致变色窗户因结构简单、被动调光和零能耗输入而被认为是一种高效的节能智能窗,然而有关光致变色智能窗的研究很少涉及中红外(MIR)波段,这限制了节能效率。本研究通过在ITO衬底上生长稀土含氧氢化物(ReO_(x)H_(y))薄膜,实现了宽波段调制的能力。所开发的光致变色智能窗口能够通过感应光强度自动调节发射率,同时保持可见光和近红外(NIR)调制(ΔT_(sol)=35.1%,ΔT_(l um)=37%,Δ(ε8-13μm=0.12))。研究还通过优化制备气氛,实现了GdO_(x)H_(y)的一步制备并提高了稳定性,通过综合表征分析了光致变色机理。总之,这种跨越可见光-近红外-中红外的被动协同调制方法有望推动光致变色智能窗的发展。

关键词：光致变色稀土含氧氢化物智能窗动态辐射制冷

聚合物表面空间环境防护涂层热应力分析方法研究进展

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中国表面工程 2024年第2期37卷 115-136页

作者：徐梦芸张锦麟马佳玉唐登航许文彬王亮谷红宇章俞之宋力昕中国科学院上海硅酸盐研究所特种无机涂层重点实验室上海200050 中国科学院大学材料与光电研究中心北京100049 上海宇航系统工程研究所上海201109 中国科学院上海硅酸盐研究所集成计算材料研究中心上海200050

柔性聚合物材料作为航天器表面用关键材料,易受到空间环境的协同损伤,在其表面制备防护涂层是实现长期服役的重要技术。但由于常用防护涂层与基体间的性能差异,涂层易因应力出现开裂和剥落,因此应力分析对于材料的设计和优化非常重要。... 详细信息

柔性聚合物材料作为航天器表面用关键材料,易受到空间环境的协同损伤,在其表面制备防护涂层是实现长期服役的重要技术。但由于常用防护涂层与基体间的性能差异,涂层易因应力出现开裂和剥落,因此应力分析对于材料的设计和优化非常重要。对于涂层应力的分析方法,主要可以分为基于试验测量以及基于数值仿真的有限元分析方法两类。梳理目前常见的试验测量方法,分析有损法和无损法试验测量的应用,整理归纳基于数值仿真的有限元分析方法的原理以及相关应用,比较不同方法的优缺点,总结其局限性以及应用前景。不同应力测试分析方法在材料的服役寿命和失效形式预测中发挥了重要作用,但传统的机械有损测量方法难对应力情况进行实时监测,近年来发展起来的无损法也存在一定的应用局限性,有限元模拟具有实时、全面的应力测量优点,但是与实际涂层模型具有一定的差距。基于目前试验方法与有限元仿真各自的局限性,提出将有限元仿真与试验表征结合成为进一步指导涂层设计的有效方法,有望有效预测涂层失效机制,优化涂层材料制备工艺,开发具有低应力结构的涂层材料,为聚合物表面用关键涂层材料的轻量化发展和长期可靠服役提供技术支撑。

关键词：聚合物材料空间环境防护涂层热应力应力分析方法有限元模拟

Zr^(4+)共掺对Cs_(2)LaLiBr_(6):Ce晶体的中子/伽马甄别性能的影响

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无机材料学报 2024年第5期39卷 539-546页

作者：郑中秋魏钦华童宇枫唐高尹航秦来顺中国计量大学材料与化学学院杭州310018 中国科学院上海硅酸盐研究所人工晶体研究中心上海201899

中子探测技术广泛用于国土安全、核材料安全检测以及高能物理等领域,由于3He资源紧缺,近年来急需开发出能够同时甄别中子/伽马的新型闪烁晶体,Cs_(2)LaLiBr_(6):Ce(CLLB:Ce)晶体具有良好的中子/伽马甄别能力、优异的能量分辨率以及高的... 详细信息

中子探测技术广泛用于国土安全、核材料安全检测以及高能物理等领域,由于3He资源紧缺,近年来急需开发出能够同时甄别中子/伽马的新型闪烁晶体,Cs_(2)LaLiBr_(6):Ce(CLLB:Ce)晶体具有良好的中子/伽马甄别能力、优异的能量分辨率以及高的光输出,但其中子/伽马甄别性能有待进一步提高。本研究采用垂直布里奇曼法成功生长了Zr^(4+)共掺杂的CLLB:Ce晶体。通过不同表征手段研究了Zr^(4+)共掺杂CLLB:Ce晶体的结构和组分,结果表明Zr^(4+)成功掺入基质材料且对基质晶体结构不产生明显的影响,Zr^(4+)共掺杂后没有产生新的发光中心,紫外衰减时间约为27.0 ns,仍具有较快的荧光衰减。Zr^(4+)共掺杂CLLB:Ce晶体的品质因子(Figure of Merit,FOM)从1.2提高到1.5,表明其中子/伽马甄别能力得到改善。结合热稳定性和闪烁衰减时间,探讨了衰减时间对FOM的影响机制,Zr^(4+)共掺杂可以抑制浅电子陷阱和Vk中心,减少电子捕获和脱陷过程,使Ce^(3+)直接捕获的概率大大增加,从而表现出更快的衰减速率。本研究显示,Zr^(4+)共掺杂CLLB:Ce晶体在中子/伽马探测领域具有潜在的应用前景。

关键词：闪烁晶体 CLLB:Ce 中子/伽马甄别钾冰晶石结构

Pb^(2+)对掺杂硼硅酸盐玻璃中CsPbBr_(3)钙钛矿量子点发光性能的影响

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无机材料学报 2024年第4期39卷 449-456页

作者：岳仔豪杨小兔张正亮邓瑞翔张涛宋力昕中国科学院上海硅酸盐研究所上海200050 上海科技大学物质科学与技术学院上海201210

硼硅酸盐玻璃包覆钙钛矿CsPbBr_(3)量子点(PQDs@glass)能够大幅提高PQDs的稳定性,使其在LED照明和显示技术中拥有广泛的应用空间。然而,玻璃包覆的同时也导致了PQDs发光强度与量子产率降低。本工作为提高其发光强度探讨了热诱导温度及Pb... 详细信息

硼硅酸盐玻璃包覆钙钛矿CsPbBr_(3)量子点(PQDs@glass)能够大幅提高PQDs的稳定性,使其在LED照明和显示技术中拥有广泛的应用空间。然而,玻璃包覆的同时也导致了PQDs发光强度与量子产率降低。本工作为提高其发光强度探讨了热诱导温度及Pb^(2+)的含量对PQDs@glass结构的影响,当热诱导温度为460℃,Pb^(2+)浓度为6 mol时,其发光强度最高。研究发现,Pb^(2+)浓度的增加会导致玻璃网状结构的致密化,改变玻璃组分的扩散行为,影响PQDs的析晶过程,导致PQDs@glass发光强度的变化。本工作得到量子产率高达95.6%的PQDs@glass,并实现了硼硅酸盐玻璃基质内PQDs的尺寸可控制备。结果表明,PQDs尺寸分布在10 nm左右,超过86%的颗粒尺寸在6~14 nm内,且具有优越的稳定性,经历10次室温至200℃热循环后,发光强度仍能保持初始强度的98.9%。最后,为了验证其在LED照明及显示领域的应用,将制备的量子点微晶玻璃粉料与二甲基硅氧烷(PDMS)混合,得到的LED器件性能优异,色域范围覆盖110%sRGB。本研究为PQDs@glass的大规模制备及其在LED器件领域的应用奠定了基础。

关键词： CsPbBr_(3) Pb^(2+) LED 量子点硼硅酸盐玻璃

基于态基近场动力学的碳化硅陶瓷圆柱壳体断裂损伤分析

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力学学报 2024年第4期56卷 991-1005页

作者：蒋雷雷沈克纯潘光黄毅华西北工业大学航海学院西安710072 中国科学院上海硅酸盐研究所上海200050

碳化硅(SiC)陶瓷材料具有优异的力学性能,广泛应用于各种工程部件中.然而,陶瓷是脆性材料,当发生脆断时会造成巨大的危害.因此对其断裂行为的准确预测显得极为重要.为了研究SiC陶瓷壳体在外载荷作用下的断裂损伤机理,首先通过准静态拉... 详细信息

碳化硅(SiC)陶瓷材料具有优异的力学性能,广泛应用于各种工程部件中.然而,陶瓷是脆性材料,当发生脆断时会造成巨大的危害.因此对其断裂行为的准确预测显得极为重要.为了研究SiC陶瓷壳体在外载荷作用下的断裂损伤机理,首先通过准静态拉伸和压缩实验获得SiC陶瓷的临界能量释放率,建立了适用于拉伸和压缩损伤分析的常规态基近场动力学模型.然后,采用Fortran语言编程实现了陶瓷壳体在线性递增外载荷作用下断裂损伤行为的数值仿真,并将所获得的仿真值与理论预测值进行对比,验证了所建模型的准确性.最后,对仿真结果进行详细分析,揭示了壳体结构的损伤扩展演化规律.仿真结果表明:初始损伤区源于壳体内壁面的压缩断裂,且沿环向呈90°均匀分布.随着载荷的逐渐增加,壳体外壁面出现拉伸断裂损伤区,内外壁面的损伤区先沿着周向扩展,再向着壳体中面缓慢延伸,并在厚度方向贯穿整个壳体.随后,在壳体轴线方向出现拉-压损伤混合区,该损伤区沿着轴向扩展,最终将壳体分成4个断裂区.所建模型能够有效地描述复杂载荷作用下SiC陶瓷结构的断裂损伤演化过程,同时弥补了态基近场动力学在断裂分析方面的不足.

关键词：态基近场动力学理论陶瓷圆柱壳体断裂损伤临界能量释放率

W/Cr共掺杂对CaBi_(2)Nb_(2)O_(9)陶瓷晶体结构及电学性能的影响

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无机材料学报 2024年第8期39卷 887-894页

作者：黄建锋梁瑞虹周志勇中国科学院上海硅酸盐研究所上海200050 中国科学院大学材料科学与光电工程中心北京100049

铌酸铋钙(CaBi_(2)Nb_(2)O_(9),CBN)是一种典型的铋层状结构压电材料,具有高居里温度(约943℃)、高稳定性等特点,是600℃以上高温压电振动传感器的重要候选功能元件,但其压电系数和高温电阻率较低,严重制约了CBN在高温压电振动传感器领... 详细信息

铌酸铋钙(CaBi_(2)Nb_(2)O_(9),CBN)是一种典型的铋层状结构压电材料,具有高居里温度(约943℃)、高稳定性等特点,是600℃以上高温压电振动传感器的重要候选功能元件,但其压电系数和高温电阻率较低,严重制约了CBN在高温压电振动传感器领域的实际应用。为了提高CBN压电陶瓷的高温稳定性,采用固相法制备了W/Cr共掺杂的CaBi_(2)Nb_(1.975)W_(0.025)O_(9)-x%Cr_(2)O_(3)(CBNW-xCr,0研究了W/Cr元素共掺杂对晶体结构和电学性能的影响。结果表明:W/Cr元素共掺杂使压电陶瓷晶体结构由正交晶系向四方晶系转变,晶体结构畸变程度增强,并且压电性能和绝缘性能显著提高。当x=0.1时,CBNW-0.1Cr压电陶瓷的居里温度为931℃,压电系数为15.6 pC/N,600℃时电阻率达到106Ω·cm量级,介电损耗仅为0.029,该体系在高温压电领域有重要的潜在应用前景。

关键词：高温压电陶瓷晶体结构压电性能赝四方畸变

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基于近场动力学理论的圆柱壳体渐进损伤分析

华中科技大学学报（自然科学版） 2024年第3期52卷 105-112页

作者：蒋雷雷沈克纯潘光黄毅华西北工业大学航海学院陕西西安710072 中国科学院上海硅酸盐研究所上海200050

为了研究圆柱壳体在侧压作用下的强度损伤机理,采用近场动力学数值方法对其强度损伤的萌生、扩展演化过程进行仿真分析.首先,对键基近场动力学理论进行了回顾.考虑到该模型中长程力对计算精度的影响,引入核函数对其进行改进,建立了适用... 详细信息

为了研究圆柱壳体在侧压作用下的强度损伤机理,采用近场动力学数值方法对其强度损伤的萌生、扩展演化过程进行仿真分析.首先,对键基近场动力学理论进行了回顾.考虑到该模型中长程力对计算精度的影响,引入核函数对其进行改进,建立了适用于求解三维问题的改进型键基近场动力学模型.其次,将最大应变准则作为评估键断裂与否的标准嵌入改进的模型中.采用FORTRAN语言编程实现了单调递增侧压作用下壳体强度损伤行为的数值仿真.最后,对仿真结果进行分析,揭示强度损伤演化规律.仿真结果表明:损伤区最先出现在壳体内壁面,且呈90°均匀分布;随着压力的增加,壳体的外壁面上出现两个新的损伤区,随后内壁面和外壁面上的损伤区同时向壳体中面扩展;在整个损伤演化过程中,壳体的损伤程度随载荷的线性增加而呈指数形式增长.该方法能为壳体在复杂载荷作用下的强度预测和防护提供指导.

关键词：近场动力学圆柱壳体强度渐进损伤侧压