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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

大物性差异多材料激光增材制造界面研究进展(特邀)

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中国激光 2024年第1期51卷 242-258页

作者：孙小婧袁丁韦超杨潇李琳中国科学院宁波材料技术与工程研究所激光极端制造研究中心浙江宁波315201

随着多材料激光增材制造科学与技术的不断进步,一体化制备极端使役性能的大物性差异材料与元件成为可能。但大物性差异多材料增材制造成形界面问题尤为突出。根据大物性差异多材料激光增材制造成形的进展,笔者聚焦大物性差异材料的界面... 详细信息

随着多材料激光增材制造科学与技术的不断进步,一体化制备极端使役性能的大物性差异材料与元件成为可能。但大物性差异多材料增材制造成形界面问题尤为突出。根据大物性差异多材料激光增材制造成形的进展,笔者聚焦大物性差异材料的界面问题和界面优化方法,分别以激光吸收率差异、热物性差异、界面生成脆性相分类阐述界面问题,同时在工艺优化、功能梯度设计、复合制造三个方面对界面优化方法进行总结,为实现大物性差异材料的高质量成形提供参考。同时,阐述了大物性差异多材料激光增材制造建模与仿真研究进展,以期通过宏观和介观尺度模拟指导大物性差异材料的激光增材制造成形参数优化。最后对多材料激光增材制造大物性差异材料的应用和共性科学问题及技术挑战进行了展望与思考。

关键词：激光技术大物性差异材料多材料激光增材制造界面缺陷界面优化

含烧结助剂氮化硅陶瓷粉体的先驱体法制备及其烧结

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硅酸盐学报 2024年第9期52卷 2767-2772页

作者：李天昊张健宁何流宋育杰宁波杭州湾新材料研究院中国科学院宁波材料技术与工程研究所先进能源科学与技术广东省实验室

将金属钇和镁接枝三甲基硅基取代聚硅氮烷先驱体中，先驱体在热解过程中就可以原位生成金属氮化物烧结助剂，烧结助剂含量可通过钇、镁的接枝量进行精准调控。热解陶瓷为高纯氮化硅陶瓷，碳元素含量低于0.1%(质量分数)，氧元素含量低于1... 详细信息

将金属钇和镁接枝三甲基硅基取代聚硅氮烷先驱体中，先驱体在热解过程中就可以原位生成金属氮化物烧结助剂，烧结助剂含量可通过钇、镁的接枝量进行精准调控。热解陶瓷为高纯氮化硅陶瓷，碳元素含量低于0.1%(质量分数)，氧元素含量低于1.6%。含烧结助剂的氮化硅陶瓷可直接低温烧结制备高纯多孔氮化硅陶瓷块体，相对密度可达到99.4%，具有良好的硬度和导热性能。原位生成烧结助剂避免了额外添加烧结助剂造成的杂质引入和混合不均匀的问题，在高纯陶瓷烧结领域具有独特的优势。

关键词：氮化硅先驱体烧结助剂原位多孔陶瓷

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基于激光诱导石墨烯的应变传感器研究进展

化工进展 2024年第09期43卷 4970-4979页

作者：慕铭赵伟伟陈光孟刘小青宁波大学材料科学与化学工程学院中国科学院宁波材料技术与工程研究所

激光诱导石墨烯(LIG)是通过激光直接照射碳前体得到的一种三维多孔石墨烯材料。凭借制备过程简单、可任意图案化、价廉质优等优势，LIG在柔性应变传感器领域受到极大关注，已广泛应用于医疗健康、运动监测、人机交互等领域。本文着重介... 详细信息

激光诱导石墨烯(LIG)是通过激光直接照射碳前体得到的一种三维多孔石墨烯材料。凭借制备过程简单、可任意图案化、价廉质优等优势，LIG在柔性应变传感器领域受到极大关注，已广泛应用于医疗健康、运动监测、人机交互等领域。本文着重介绍了LIG的制备工艺，激光参数、碳前体及掺杂改性等影响其结构-性能的因素，以及LIG在柔性应变传感器应用的最新进展，其中激光参数包括激光功率和扫描速率、图像密度、焦距及气氛环境；碳前体包括芳香族聚合物和天然材料；掺杂改性包括原位掺杂和后处理掺杂。指出开发生物兼容性高、可降解的碳前体是电子产品可再生性和可持续性的重要需求，大变形、快响应是LIG基柔性可穿戴传感器的探索目标，多功能传感集成是LIG基柔性可穿戴传感器的发展趋势。

关键词：电子材料复合材料纳米结构激光诱导石墨烯应变传感器

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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

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

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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

颗粒级配对选区激光烧结打印结合常压固相烧结制备碳化硅陶瓷性能的影响

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无机材料学报 2024年第7期39卷 754-760页

作者：王康龙殷杰陈晓王力刘学建黄政仁中国科学院上海硅酸盐研究所上海200050 湖南大学材料科学与工程学院长沙410082 中国科学院宁波材料技术与工程研究所宁波315201

SiC陶瓷因其独特的热学、电学性能及优异的力学性能,被广泛应用于航空航天、核能、化工、半导体等国防与工业重大领域,但是传统的成型方法无法满足大尺寸复杂构件的制备需求。选区激光烧结(SLS)打印具有无需支撑、材料利用率高、加工效... 详细信息

SiC陶瓷因其独特的热学、电学性能及优异的力学性能,被广泛应用于航空航天、核能、化工、半导体等国防与工业重大领域,但是传统的成型方法无法满足大尺寸复杂构件的制备需求。选区激光烧结(SLS)打印具有无需支撑、材料利用率高、加工效率高等优势,能高效成型复杂陶瓷结构零部件。本研究采用颗粒级配SiC的方法,系统研究了冷等静压(CIP)、前驱体浸渍热解(PIP)、CIP结合PIP后常压固相烧结等工艺对级配和中位径82μm未级配体系SiC陶瓷的影响。研究发现,级配粉末成型坯体的体积密度和抗弯强度比未级配坯体均提升了20%以上,级配体系CIP后常压固相烧结体的相对致密度达到了90%以上,实现了致密化烧结,而未级配体系烧结体的相对致密度仅为89%,这是由颗粒级配后坯体的堆积密度提升所致,且级配烧结体的抗弯强度(136.8 MPa)比未级配(99.4 MPa)提升了37%以上。采用多次重复PIP结合常压固相烧结的方法制备高致密的SiC陶瓷,发现SLS打印成型的坯体经四次PIP后致密度可达到CIP堆积致密的效果,但四次PIP后常压固相烧结体的体积密度仅为2.29 g/cm^(3),抗弯强度为59.6 MPa。

关键词：碳化硅陶瓷颗粒级配选区激光烧结打印常压固相烧结

热水浴还原法制备Gd_(2)O_(2)S:Pr闪烁陶瓷及性能优化

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硅酸盐学报 2024年第3期52卷 812-819页

作者：杜永笑罗朝华孙靖涵庄翊君刘永福孙鹏蒋俊宁波大学材料科学与化学工程学院浙江宁波315211 中国科学院宁波材料技术与工程研究所浙江宁波315201

硫氧化钆(Gd_(2)O_(2)S,GOS)闪烁陶瓷是一种具有高光输出、低余辉与高X射线阻止能力的闪烁材料,被广泛用于核医学影像和安全检查等领域。然而,GOS粉体合成过程复杂,组分精确配比与第二相难以控制,导致高品质GOS闪烁陶瓷制备依然存在较... 详细信息

硫氧化钆(Gd_(2)O_(2)S,GOS)闪烁陶瓷是一种具有高光输出、低余辉与高X射线阻止能力的闪烁材料,被广泛用于核医学影像和安全检查等领域。然而,GOS粉体合成过程复杂,组分精确配比与第二相难以控制,导致高品质GOS闪烁陶瓷制备依然存在较大挑战。针对这些问题和挑战:此项研究采用热水浴还原法制备了不同摩尔配比的(Gd_(1–x)Pr_(x))_(2)O_(2)S闪烁陶瓷材料,探究了不同形貌、粒度的氧化钆(Gd2O3)原料对Gd_(2)O_(2)S粉体的显微结构和光学性能影响。结果表明:亚微米级Gd_(2)O_(3)相较于纳米Gd_(2)O_(3)所合成的Gd_(2)O_(2)S:Pr粉体及闪烁陶瓷都具有更高的荧光强度,通过弱还原气氛下预烧结与热等静压后处理之后的Gd_(2)O_(2)S闪烁陶瓷具有较高的下相对密度和光学性能。在Pr^(3+)掺杂量(摩尔分数)x=0.2%时,闪烁陶瓷荧光强度达到最大值,并且在513 nm波长处透过率达到31%。本研究成功开发了一种简单而成本低廉的陶瓷制备工艺,该工艺无副产物污染,有望基于此工艺,大规模生产高性能Gd_(2)O_(2)S闪烁陶瓷。

关键词：闪烁陶瓷硫氧化钆氧化钆显微结构光学性能