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SrRuO_(3)薄膜中自旋轨道力矩效率和磁矩翻转的晶向调控

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物理学报 2024年第11期73卷 305-312页

作者：赵珂楠李晟芦增星劳斌郑轩李润伟汪志明中国科学院宁波材料技术与工程研究所中国科学院磁性材料与器件重点实验室宁波315201

过渡金属氧化物SrRuO_(3)薄膜因具有较大且可调的电荷流-自旋流互转换效率而成为自旋轨道力矩(SOT)器件中备受关注的自旋源材料.然而,目前对SOT效率的调控主要集中在衬底外延应力调节.本文研究了晶体取向对SrRuO_(3)薄膜SOT性能的调控作... 详细信息

过渡金属氧化物SrRuO_(3)薄膜因具有较大且可调的电荷流-自旋流互转换效率而成为自旋轨道力矩(SOT)器件中备受关注的自旋源材料.然而,目前对SOT效率的调控主要集中在衬底外延应力调节.本文研究了晶体取向对SrRuO_(3)薄膜SOT性能的调控作用.制备了(111)取向SrRuO_(3)/CoPt异质结构,发现其SOT效率高达0.39,自旋霍尔电导达2.19×10^(5)■/(2e)Ω^(–1)·m^(–1),分别较(001)取向提高了86%和369%.此外,在SrRuO_(3)(111)器件中实现了低至2.4×10^(10)A/m^(2)临界电流密度下的电流驱动的垂直磁化翻转,较(001)晶向降低了37%.这些结果表明,晶体取向是显著提升SrRuO_(3)基SOT器件综合性能的有效途径,为发展高效自旋电子器件提供了新思路.

关键词：过渡金属氧化物电荷-自旋互转换自旋-轨道力矩晶向调控

直流复合高功率脉冲磁控溅射VAlN-Ag涂层的宽温域摩擦特性研究

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摩擦学学报（中英文） 2024年第3期44卷 368-378页

作者：张玉鹏王振玉汪爱英柯培玲中国科学院宁波材料技术与工程研究所中国科学院海洋新材料与应用技术重点实验室浙江宁波315201 中国科学院宁波材料技术与工程研究所浙江省海洋材料与防护技术重点实验室浙江宁波315201

通过直流磁控溅射(DCMS)复合高功率脉冲磁控溅射(HiPIMS)技术制备了VAlN/VAlN-Ag复合涂层,调控HiPIMS靶功率控制Ag质量分数变化范围(11.4%、19.8%、24.5%),探究了涂层在25、300和650℃温度下的摩擦学性能.在室温摩擦条件下,3种涂层的摩... 详细信息

通过直流磁控溅射(DCMS)复合高功率脉冲磁控溅射(HiPIMS)技术制备了VAlN/VAlN-Ag复合涂层,调控HiPIMS靶功率控制Ag质量分数变化范围(11.4%、19.8%、24.5%),探究了涂层在25、300和650℃温度下的摩擦学性能.在室温摩擦条件下,3种涂层的摩擦系数均较高,当温度升高至300和650℃时,摩擦系数随Ag含量增加而降低,高Ag含量(质量分数24.5%)涂层摩擦系数最低,分别为0.45和0.23.磨损率随温度升高而增加,宽温域环境中,低Ag含量的S1(Ag质量分数为11.4%)涂层具有最优的力学性能和最低的磨损率,使复合涂层在宽温域内表现出良好的摩擦学性能.复合涂层的物相结构、元素价态和化学键在中低温摩擦环境中无明显变化;经650℃摩擦试验后,涂层表面发生摩擦化学反应,V和Ag元素的价态升高,生成层状结构的AgVO_(3)和Ag_(3)VO_(4)高温润滑相,有效降低涂层的摩擦系数.高温摩擦过程中伴随着元素扩散,涂层内部微结构演变成致密的Al_(2)O_(3)层包裹钒酸银润滑相的表层结构,V_(2)O_(5)和NiO这2种物相为主的中间层,以及Ti主导的过渡层结构.高温磨损机制表现为黏着磨损和氧化磨损.

关键词： HiPIMS技术 VAlN-Ag复合涂层宽温域摩擦润滑元素扩散

二维sp^(2)-碳共轭聚合物的结构设计、可控制备与应用研究

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高分子学报 2024年第5期55卷 532-552页

作者：赵文凯李升旭付广恩张涛中国科学院宁波材料技术与工程研究所中国科学院海洋新材料与应用技术重点实验室宁波315201 中国科学院大学北京100049

二维sp^(2)-碳共轭聚合物是指通过碳碳双键将构筑单元连接起来的层状聚合物材料.因其具有可设计的周期性多孔结构、高比表面积、优异的结构稳定性和高载流子迁移速率等优点,被认为是最具前景的聚合物新材料之一.本文以作者课题组的研究... 详细信息

二维sp^(2)-碳共轭聚合物是指通过碳碳双键将构筑单元连接起来的层状聚合物材料.因其具有可设计的周期性多孔结构、高比表面积、优异的结构稳定性和高载流子迁移速率等优点,被认为是最具前景的聚合物新材料之一.本文以作者课题组的研究工作为主,对二维sp^(2)-碳共轭聚合物的结构设计和合成方法、薄膜可控制备策略及其在盐差发电、海水提铀、光催化、荧光传感和质子传导等领域应用进行了总结,并从晶体结构的调控、新型合成方法的探索、通用性薄膜合成策略的设计以及相关应用的拓展等方面对二维sp^(2)-碳共轭聚合物的研究进行了展望.

关键词：二维sp^(2)-碳共轭共价有机框架拓扑结构设计薄膜合成光催化能源转化

含缩醛结构环氧树脂的固化行为及其碳纤维复合材料的制备与性能

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复合材料学报 2024年第5期41卷 2374-2384页

作者：郑波贾红丽颜春祝颖丹蒲浩刘东徐海兵刘小青代金月中国科学院宁波材料技术与工程研究所浙江省机器人与智能制造装备技术重点实验室宁波315201 中国科学院宁波材料技术与工程研究所材料技术研究所宁波315201 宁波大学材料科学与化学工程学院宁波315211

针对含缩醛结构生物基环氧树脂体系的工艺性能开展研究,采用旋转流变仪和非等温DSC对缩醛环氧树脂体系的流变性能和固化行为进行了分析,确定了其注胶温度约为40℃。采用自催化模型结合n级模型的分段模型获得其固化动力学参数,分段模型... 详细信息

针对含缩醛结构生物基环氧树脂体系的工艺性能开展研究,采用旋转流变仪和非等温DSC对缩醛环氧树脂体系的流变性能和固化行为进行了分析,确定了其注胶温度约为40℃。采用自催化模型结合n级模型的分段模型获得其固化动力学参数,分段模型拟合得到的曲线与实验曲线吻合较好,表明该模型在2.5~20 K/min的升温速率下能较好地描述含缩醛结构环氧树脂体系的固化反应过程。通过外推法确定了树脂体系的优化固化工艺条件,制备出的含缩醛结构环氧树脂的拉伸强度和弯曲强度分别为79 MPa和130 MPa。进一步研究了碳纤维与环氧树脂之间的界面粘结性能和力学性能,发现碳纤维/缩醛环氧树脂复合材料的界面剪切强度和力学性能与碳纤维/商用环氧树脂复合材料的基本相当,表明可降解的缩醛环氧树脂可以替代商用环氧树脂,具有广泛的应用前景。另外,碳纤维/缩醛环氧树脂复合材料具有较好的降解性能,回收碳纤维的单丝拉伸强度与原始碳纤维的相当,可以有效回收高质量的碳纤维。

关键词：环氧树脂流变性能固化动力学固化模型碳纤维复合材料力学性能

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编者按渐入佳境的MXene研究

无机材料学报 2024年第2期39卷 113-114页

作者：黄庆中国科学院宁波材料技术与工程研究所先进能源材料工程实验室宁波315201 宁波杭州湾新材料研究院宁波315336

“乱花渐欲迷人眼,浅草才能没马蹄”,MXene材料自2011年被报道之后,逐步受到材料科学家的青睐,近年来在储能、催化、环境、吸波、生物治疗和高性能复合材料等领域都涌现出一系列重要突破,令人目不暇接。为了及时跟踪该新兴二维无机材料... 详细信息

“乱花渐欲迷人眼,浅草才能没马蹄”,MXene材料自2011年被报道之后,逐步受到材料科学家的青睐,近年来在储能、催化、环境、吸波、生物治疗和高性能复合材料等领域都涌现出一系列重要突破,令人目不暇接。为了及时跟踪该新兴二维无机材料的研究进展,《无机材料学报》编辑部组织了本期特邀专题评述。虽然已有一些有关MXene的优秀综述文章,但针对性更强的专题评述类文章还比较少。为此,我们特意邀请了活跃在MXene研究前沿并取得重要进展的专家,请他们讲述MXene研究的心得体会,并指出存在的问题和挑战。

关键词：材料科学家心得体会生物治疗专题评述无机材料学报高性能复合材料研究前沿渐入佳境

地下煤气化合成气平管型固体氧化物燃料电池直接内重整发电特性

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硅酸盐学报 2024年第6期52卷 1791-1798页

作者：桑君康王继平杨钧朱良柱官万兵中国科学院宁波材料技术与工程研究所浙江省先进燃料电池与电解池技术重点实验室

以地下煤气化合成气为燃料，研究了平管型固体氧化物燃料电池的直接内重整发电特性。结果显示以地下煤气化合成气（加拿大的Swan Hills煤矿区）模拟组分为燃气时，在750℃下电池的最大功率密度为361.9 mW·cm-2，达到了相同状态下氢气... 详细信息

以地下煤气化合成气为燃料，研究了平管型固体氧化物燃料电池的直接内重整发电特性。结果显示以地下煤气化合成气（加拿大的Swan Hills煤矿区）模拟组分为燃气时，在750℃下电池的最大功率密度为361.9 mW·cm-2，达到了相同状态下氢气燃料对应性能的91.6%。在该燃料气氛下，以300 mA·cm-2连续稳定运行960 h，电池的欧姆阻抗、极化阻抗分别由0.108、0.4852?·cm增大至0.190、0.494?·cm2，对应增长率分别为0.085、0.009?·cm2·kh-1。Raman光谱及微观结构分析结果显示，电池性能的衰减主要是由燃料孔道表面的积碳、活性阳极层的镍颗粒团聚及镍含量损耗所致，通过增加合成气中CO2的含量可一定程度上抑制积碳，提高电池运行稳定性。

关键词：地下煤气化合成气稳定性固体氧化物燃料电池

微弧氧化时间对锆合金表面MAO/Cr复合涂层结构与性能的影响

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金属学报 2024年第5期60卷 691-698页

作者：王郑王振玉汪爱英杨巍柯培玲中国科学院宁波材料技术与工程研究所、中国科学院海洋新材料与应用技术重点实验室宁波315201 中国科学院大学材料与光电研究中心北京100049 西安工业大学材料与化工学院西安710021

自福岛核事故发生以来,事故容错燃料包壳涂层受到了广泛关注。本工作通过微弧氧化(MAO)和高功率脉冲磁控溅射(HiPIMS)2种技术在Zirlo锆合金基体上制备了MAO/Cr复合涂层,研究了微弧氧化时间对MAO/Cr复合涂层微观结构、力学性能以及抗高... 详细信息

自福岛核事故发生以来,事故容错燃料包壳涂层受到了广泛关注。本工作通过微弧氧化(MAO)和高功率脉冲磁控溅射(HiPIMS)2种技术在Zirlo锆合金基体上制备了MAO/Cr复合涂层,研究了微弧氧化时间对MAO/Cr复合涂层微观结构、力学性能以及抗高温水蒸气氧化性能的影响。结果表明:当微弧氧化时间由3 min增加到9 min时,复合涂层表面(200)织构系数由83%增加到100%;随着微弧氧化时间的增加,复合涂层的断裂韧性呈先增大后减小的趋势,在6 min时达到峰值4.64 MPa·m^(1/2);经900℃水蒸气氧化1 h后,复合涂层体系均产生明显分层,其中MAO3min/Cr与MAO6min/Cr复合涂层增重幅度较小,而MAO9min/Cr复合涂层增重幅度较大,并在表截面形成大量微裂纹。当微弧氧化时间为6 min时,制备的复合涂层具有出色的力学性能和优异的抗高温水蒸气氧化性能。

关键词：微弧氧化高功率脉冲磁控溅射微观结构力学性能抗高温水蒸气氧化

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无机材料的“化学剪刀”结构编辑策略

无机材料学报 2024年第2期39卷 115-128页

作者：丁浩明陈科李勉李友兵柴之芳黄庆中国科学院宁波材料技术与工程研究所先进能源材料工程实验室宁波315201 宁波杭州湾新材料研究院宁波315336 苏州大学苏州医学院放射医学与防护学院苏州215123

受到生物基因工程中“基因剪刀”的启发,“化学剪刀”作为一种重要的研究工具在材料结构编辑及应用研究中发挥着重要作用。本文对“化学剪刀”在材料结构编辑及应用方面的研究进展进行了评述。首先,介绍了“化学剪刀”的概念和基本原理... 详细信息

受到生物基因工程中“基因剪刀”的启发,“化学剪刀”作为一种重要的研究工具在材料结构编辑及应用研究中发挥着重要作用。本文对“化学剪刀”在材料结构编辑及应用方面的研究进展进行了评述。首先,介绍了“化学剪刀”的概念和基本原理,即指在保持初始材料主结构不变的条件下,通过化学反应敲除、置换、修复或重构目标原子或结构单元,从而定制化编辑材料晶格中的组成元素、晶体结构以及微观形貌,最终实现特定的材料结构与功能。随后,详细回顾了“化学剪刀”在材料结构编辑中的具体应用,即如何利用化学剪切、化学修饰、化学合成和化学刻蚀与化学插层等结构编辑方法对材料结构进行精确调控和功能设计。最后,对“化学剪刀”未来在材料结构编辑及应用的研究方向进行了展望。本评述详细介绍了“化学剪刀”在材料结构编辑及应用研究方面的研究进展和巨大潜力,为探索和开发“化学剪刀”在材料领域的应用提供了有力的理论和实验支撑,并有望推动相关材料领域的发展。

关键词：化学剪刀无机材料结构编辑专题评述

双辉等离子渗铬界面层对类石墨碳基涂层力学及磨蚀性能的影响

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表面技术 2024年第1期53卷 169-181页

作者：闫江山郭鹏林乃明张应鹏马冠水周小卉汪汝佳严凯李小凯汪爱英太原理工大学材料科学与工程学院太原030024 中国科学院宁波材料技术与工程研究所中国科学院海洋新材料与应用技术重点实验室浙江宁波315201 中国科学院宁波材料技术与工程研究所浙江省海洋材料与防护技术重点实验室浙江宁波315201

目的研究渗铬界面层对铬/类石墨碳(Cr/Graphite-Like Carbon,GLC)复合涂层力学性能、结合强度及磨蚀行为的影响,阐明Cr/GLC复合涂层的抗磨蚀机理。方法以316L不锈钢(316L)为基体,先借助双辉等离子表面合金化(DGPSA)技术制备渗铬界面层... 详细信息

目的研究渗铬界面层对铬/类石墨碳(Cr/Graphite-Like Carbon,GLC)复合涂层力学性能、结合强度及磨蚀行为的影响,阐明Cr/GLC复合涂层的抗磨蚀机理。方法以316L不锈钢(316L)为基体,先借助双辉等离子表面合金化(DGPSA)技术制备渗铬界面层,再采用直流磁控溅射(DCMS)技术制备顶层GLC涂层。利用扫描电子显微镜(SEM)、共聚焦显微拉曼光谱仪(Raman)和X射线衍射仪(XRD)表征涂层的微结构与成分,采用纳米压痕仪、划痕仪、摩擦磨损仪和电化学工作站测试复合涂层的力学性能、断裂韧性、结合强度和抗磨蚀性能。结果渗铬界面层能够促进GLC涂层的石墨化转变,实现硬度分布的梯度变化(基体为3.65 GPa,渗铬界面层为8.97 GPa,表面为13.15 GPa),有效阻碍了裂纹的扩展。与GLC涂层相比,Cr/GLC复合涂层具有较高的断裂韧性和结合强度(≥50 N),在3.5%NaCl溶液中具有更低的摩擦系数(0.055)和更低的磨损率(3.22×10^(-7)mm^(3)/Nm),其抗腐蚀性和化学稳定性也明显更优。结论通过界面设计,实现了Cr/GLC复合涂层硬度分布的梯度过渡,提高了复合涂层的断裂韧性以及与316L的结合强度,赋予了复合涂层优异的抗磨蚀性能,为其在海洋苛刻环境下的磨蚀防护提供了有益借鉴。

关键词：双辉等离子表面合金化直流磁控溅射类石墨碳渗铬界面层结合强度磨蚀