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增材制造TiAl合金的研究进展

金属学报 2024年第1期60卷 1-15页

作者：陈玉勇时国浩杜之明张宇常帅哈尔滨工业大学先进焊接与连接国家重点实验室哈尔滨150001 哈尔滨工业大学金属精密热加工国家级重点实验室哈尔滨150001

轻质耐热的TiAl合金是航空航天和民用工业等领域最具潜力的高温结构材料之一。然而,由于其低的延展性和断裂韧性,制造TiAl零部件具有挑战性。目前,增材制造工艺被认为是制造TiAl零件具有前途的技术之一。本文在介绍增材制造技术原理和... 详细信息

轻质耐热的TiAl合金是航空航天和民用工业等领域最具潜力的高温结构材料之一。然而,由于其低的延展性和断裂韧性,制造TiAl零部件具有挑战性。目前,增材制造工艺被认为是制造TiAl零件具有前途的技术之一。本文在介绍增材制造技术原理和特点的基础上,综述了激光金属沉积(LMD)、选区激光熔化(SLM)和电子束熔化(EBM)制备TiAl合金的工艺-组织-性能关系,并对该技术未来的发展趋势进行了展望。

关键词： TiAl合金激光金属沉积选区激光熔化电子束熔化

预润湿对Janus陶瓷膜制备及布气性能的影响

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化工进展 2024年第1期43卷 353-363页

作者：裴文艺陈子阳赵萌姜红陈日志南京工业大学材料化学工程国家重点实验室江苏南京210009

膜分散是制备微气泡的有效手段之一。在膜分散过程中,膜表面润湿性对气泡的分散过程起着关键作用。通过不对称化学修饰法调节膜的润湿性,在亲水改性前引入预润湿处理经疏水改性过的陶瓷膜,制备了具有不对称润湿性的Janus陶瓷膜。研究了... 详细信息

膜分散是制备微气泡的有效手段之一。在膜分散过程中,膜表面润湿性对气泡的分散过程起着关键作用。通过不对称化学修饰法调节膜的润湿性,在亲水改性前引入预润湿处理经疏水改性过的陶瓷膜,制备了具有不对称润湿性的Janus陶瓷膜。研究了不同预润湿剂对Janus陶瓷膜结构、表面性质及化学组成的影响,并研究其在CO_(2)-NaOH体系中的气体分散与传质性能。结果表明,经预润湿处理制备的Janus陶瓷膜的亲水侧的润湿效果和亲水层的均匀程度均受到预润湿剂的表面张力和水溶性的影响。预润湿剂表面张力的减小,有利于Janus陶瓷膜上均匀的亲水层的沉积以及膜表面亲水性的增强。与未润湿处理相比,经乙醇预润湿制备的Janus陶瓷膜分散制备得到的气泡平均尺寸最小且分布最窄,传质效果也最优。

关键词：膜微气泡陶瓷膜润湿性曝气传质

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海洋微生物膜层激光清洗表面轮廓有限元计算

中国科学：技术科学 2024年第1期54卷 165-178页

作者：冯俊华毕思源雷正龙付伟杰薛跃文哈尔滨工业大学先进焊接与连接国家重点实验室哈尔滨150001

本文以高强钢表面海洋微生物膜层为研究对象,开展了激光清洗试验与数值模拟研究.基于激光清洗常用的数值建模思想建立激光辐照模型,并改进了材料的去除过程从而建立了激光烧蚀模型,采用两种模型计算比较了功率200~800 W,频率10和20 kHz... 详细信息

本文以高强钢表面海洋微生物膜层为研究对象,开展了激光清洗试验与数值模拟研究.基于激光清洗常用的数值建模思想建立激光辐照模型,并改进了材料的去除过程从而建立了激光烧蚀模型,采用两种模型计算比较了功率200~800 W,频率10和20 kHz下激光清洗的温度场和清洗轮廓,并分析了不同光斑搭接率对清洗质量的影响.结果表明:功率为600 W时激光辐照模型计算的清洗宽度达906μm,明显超过了光斑直径900μm,而激光烧蚀模型仅有882μm且功率增大到800 W也没有超过光斑直径. 200 W功率下激光清洗实验测得的最高温度约为423.5 K,激光烧蚀模型计算值为432 K,而激光辐照模型计算值高达2441 K. 200 W功率下激光清洗实验测得的清洗深度约为33.7μm,激光烧蚀模型计算值约为32.6μm,而激光辐照模型计算值高达63.9μm;因此结合试验和理论计算分析结果表明激光烧蚀模型相较激光辐照模型精确度更高.此外,采用激光烧蚀模型对5~10 kHz频率激光清洗表面进行模拟,结果显示:在采用经典高斯能量分布激光束进行激光清洗时,应保持光斑搭接率在50%以上,以保证清洗质量均匀一致.

关键词：海洋生物膜层处理激光清洗表面轮廓数值模拟

面向硅基光子集成的片上半导体激光器(特邀)

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光学学报 2024年第15期44卷 146-157页

作者：王瑞军韩羽余思远中山大学电子与信息工程学院光电材料与技术国家重点实验室广东广州510275

硅基集成Ⅲ-V族化合物半导体激光器是硅光技术发展的关键,多年来研究人员发展了三大类集成方案。本文对这三类技术进行概括性综述:基于倒装焊等工艺的混合集成方案将预先制备的激光器芯粒通过压焊等手段精确安装至硅光芯片,已实现小批... 详细信息

硅基集成Ⅲ-V族化合物半导体激光器是硅光技术发展的关键,多年来研究人员发展了三大类集成方案。本文对这三类技术进行概括性综述:基于倒装焊等工艺的混合集成方案将预先制备的激光器芯粒通过压焊等手段精确安装至硅光芯片,已实现小批量生产,但在生产效率、良率、成本等方面具有一定的局限性;基于材料转移或键合的异质集成方案通过将晶格匹配衬底上预先外延制备的高质量有源层薄膜贴合至硅光衬底晶圆上,实现了大尺寸硅衬底上的全晶圆级激光器加工,可大幅度提高生产效率,该方案正进一步提高良率;硅基直接外延化合物半导体激光器的异质集成方案作为真正的晶圆级加工技术路线具有极大的吸引力,通过缓冲层、垂直或侧向选区外延等方式,克服材料间的理化性质失配、反相畴以及激光器与硅波导之间的光耦合效率低等技术难题,取得了多项突破,展现了良好的发展前景。

关键词：集成光学硅基光子学硅基半导体激光器异质集成

智能二维光子晶体水凝胶精准检测Hg^(2+)

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化学学报 2024年第1期82卷 9-15页

作者：史雨晴储名珠韩波马豪杰李然侯雪艳张玉琦王记江延安大学化学与化工学院、陕西省化学反应工程重点实验室、延安市新能源新功能材料重点实验室陕西延安716000

结合二维光子晶体的德拜衍射效应和水凝胶的体积相转变特性,开发了一种智能二维光子晶体水凝胶,用于精准检测Hg^(2+).采用“三明治”法制备了聚苯乙烯二维光子晶体阵列嵌入的聚(丙烯酰胺-烯丙基硫脲)水凝胶.水凝胶链上功能基团的N、O、... 详细信息

结合二维光子晶体的德拜衍射效应和水凝胶的体积相转变特性,开发了一种智能二维光子晶体水凝胶,用于精准检测Hg^(2+).采用“三明治”法制备了聚苯乙烯二维光子晶体阵列嵌入的聚(丙烯酰胺-烯丙基硫脲)水凝胶.水凝胶链上功能基团的N、O、S等原子与Hg^(2+)选择性配位,缩短了水凝胶链之间的距离,增加了水凝胶的交联密度,使其收缩,导致二维光子晶体的聚苯乙烯微球间距缩小,德拜衍射环直径变大.通过监测二维光子晶体水凝胶响应前后的德拜衍射环直径,获知微球间距变化,实现了高灵敏、高选择性、快速、可逆检测Hg^(2+).线性检测范围为10~100nmol/L和25~200μmol/L,最低检测限3.32nmol/L.所制智能二维光子晶体水凝胶已成功应用于化妆品及水样中Hg^(2+)的检测.该方法测试简单,只需激光笔和刻度尺,无需精密的仪器设备,可实现便携式检测,为金属离子检测提供了新思路.

关键词：二维光子晶体德拜衍射效应智能水凝胶体积相转变汞离子

一种基于主动学习克里金模型的证据理论可靠性分析方法

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机械工程学报 2024年第2期60卷 356-368页

作者：韦新鹏姚中洋宝文礼张哲姜潮湖南大学汽车车身先进设计制造国家重点实验室长沙410082

提出一种基于主动学习克里金模型的证据理论可靠性分析方法,可高效高精度计算出结构失效的可信度与似真度。首先,对不确定变量空间进行离散,并使用拉丁超立方抽样方法生成克里金模型的初始训练样本;其次,推导基于克里金模型快速判断证... 详细信息

提出一种基于主动学习克里金模型的证据理论可靠性分析方法,可高效高精度计算出结构失效的可信度与似真度。首先,对不确定变量空间进行离散,并使用拉丁超立方抽样方法生成克里金模型的初始训练样本;其次,推导基于克里金模型快速判断证据变量焦元类别(正焦元、负焦元或边界焦元)的方法及克里金模型的迭代停止条件;再次,根据焦元类别判断方法发展基于功能函数符号预测正确概率的学习函数,可自适应增加训练样本以提高克里金模型关键区域的精度;最后,在克里金模型并非全局精确的情况下判断焦元的类别,并计算出结构失效的可信度和似真度。数值算例显示,该方法能够高效准确地判断所有焦元的类别,进而计算出结构失效可信度和似真度的确切值。

关键词：结构可靠性认知不确定性证据理论主动学习克里金模型

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基于直接电子转移的柔性纤维葡萄糖传感器

高分子学报 2024年第7期55卷 872-880页

作者：李金妍唐成强李雯君黄滔孙雪梅彭慧胜聚合物分子工程国家重点实验室复旦大学高分子科学系纤维电子材料与器件研究院先进材料实验室上海200438

酶基电化学葡萄糖传感器具有优异的选择性和灵敏度,基于直接电子转移原理的第三代传感器有望解决第一、二代传感器所面临的易受氧气浓度干扰、电子介体不稳定等问题.因此,本研究基于聚3,4-乙烯二氧噻吩:聚苯乙烯磺酸盐(PEDOT:PSS)和葡... 详细信息

酶基电化学葡萄糖传感器具有优异的选择性和灵敏度,基于直接电子转移原理的第三代传感器有望解决第一、二代传感器所面临的易受氧气浓度干扰、电子介体不稳定等问题.因此,本研究基于聚3,4-乙烯二氧噻吩:聚苯乙烯磺酸盐(PEDOT:PSS)和葡萄糖脱氢酶(GDH)双组分开发了柔性纤维第三代葡萄糖传感器.该纤维传感器在10~500μmol/L范围内具有良好的线性(R^(2)=0.9968),灵敏度可达62.53μA/(mmol·L^(-1)·cm^(2)),且不受氧气影响.纤维传感器还具有良好的柔性和可编织性,将其集成到织物中,实现了人在运动时汗液中葡萄糖的连续实时监测,为制备满足可穿戴需求的第三代葡萄糖传感器提供了新思路.

关键词：柔性纤维葡萄糖传感器直接电子转移汗液监测聚3,4-乙烯二氧噻吩:聚苯乙烯磺酸盐

基于EBM增材制造CoNi基高温合金组织与力学性能

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航空材料学报 2024年第2期44卷 125-132页

作者：李龙飞喻遥闫春雷冯强北京科技大学新金属材料国家重点实验室北京100083

增材制造技术为发展高性能高温合金材料及部件提供了新的途径。本工作开发一种适于增材制造工艺条件的γ′相强化CoNi基高温合金,并结合电子束熔化(electron beam melting,EBM)技术的工艺参数优化,制备出无裂纹的合金块体材料。结果表明... 详细信息

增材制造技术为发展高性能高温合金材料及部件提供了新的途径。本工作开发一种适于增材制造工艺条件的γ′相强化CoNi基高温合金,并结合电子束熔化(electron beam melting,EBM)技术的工艺参数优化,制备出无裂纹的合金块体材料。结果表明:扫描速度为2000 mm/s时,合金孔隙率最低,约为0.14%;打印态CoNi基合金显微组织为沿方向生长的柱状晶粒,平均晶粒宽度约为235μm,γ′相体积分数约为30%;经过热等静压及固溶时效处理后,孔隙率进一步降低至约0.09%,柱状晶粒基本没有变化;γ′相的平均尺寸为(70±18)nm,体积分数为(32±3.6)%。室温拉伸实验结果表明,增材制造γʹ相强化CoNi基高温合金展示出优异的强塑性配合,展示出良好的工业应用前景。

关键词： CoNi基高温合金增材制造裂纹敏感性显微组织力学性能

海藻酸钙基凝胶电解质用于纤维超级电容器的连续化制备

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高分子学报 2024年第3期55卷 287-295页

作者：张岩峰张琨王闯王兵杰彭慧胜聚合物分子工程国家重点实验室、复旦大学高分子科学系纤维电子材料与器件研究院先进材料实验室上海200438

溶液挤出法能够连续化制备纤维储能器件,设计与开发高离子电导率的凝胶电解质是实现纤维储能器件一体化挤出的关键.使用海藻酸钙作为聚合物骨架,制备出海藻酸钙/硝酸锂凝胶电解质,其离子电导率高达145.3 mS/cm,并通过溶液挤出法实现了... 详细信息

溶液挤出法能够连续化制备纤维储能器件,设计与开发高离子电导率的凝胶电解质是实现纤维储能器件一体化挤出的关键.使用海藻酸钙作为聚合物骨架,制备出海藻酸钙/硝酸锂凝胶电解质,其离子电导率高达145.3 mS/cm,并通过溶液挤出法实现了纤维超级电容器的连续制备.基于该凝胶电解质构建的纤维超级电容器,其电压窗口最高可以达到1.8 V,并在0.05~2.00A/g电流密度下均可正常工作.当纤维超级电容器的充放电电流密度由0.05A/g增加到0.50A/g,容量保持率为99.7%.经过1000圈的充放电循环后,纤维超级电容器的容量保持率为99.3%.通过优化凝胶电解质组分、纤维电极直径、凝固浴的浓度和温度,纤维超级电容器的制备速度可以达到20 m/min,最终能够连续构建长度超过3000 m的纤维超级电容器,有望应用于可穿戴电子器件领域.

关键词：纤维超级电容器凝胶电解质连续化制备智能织物