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节线半金属AlB_(2)水环境下发生吸附后拓扑表面态变化

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物理学报 2024年第12期73卷 350-358页

作者：朱庞栋王长昊王如志北京工业大学材料科学与工程学院新能源材料与技术研究所新型功能材料教育部重点实验室北京100124

拓扑半金属,作为一种独特的拓扑电子态,近年来因其固有的拓扑特性和潜在的器件应用而备受研究关注.体-边界对应是拓扑半金属的一个关键特征,这意味着如果在体相中存在非平庸的能带拓扑,那么在表面会存在受拓扑保护导电状态,即拓扑表面态... 详细信息

拓扑半金属,作为一种独特的拓扑电子态,近年来因其固有的拓扑特性和潜在的器件应用而备受研究关注.体-边界对应是拓扑半金属的一个关键特征,这意味着如果在体相中存在非平庸的能带拓扑,那么在表面会存在受拓扑保护导电状态,即拓扑表面态(topological surface state,TSS).这一特征使其在电催化研究领域备受关注.本文采用第一性原理计算手段研究了AlB_(2)材料的拓扑性质,并构建(010)表面A1端面和B端面平板模型,计算得到了TSS的位置.研究了AlB_(2)表面吸附特性,发现Al端面氢吸附吉布斯自由能(ΔG_(H*))仅为-0.031 eV,相较于商业电催化析氢(hydrogen evolution reaction,HER)催化剂Pt的-0.08 eV更接近于0,展现出了优异的HER性能.观察了AlB_(2)表面吸附H,OH和H_(2)O后TSS的变化,发现当H吸附时TSS变化最显著,其次是OH吸附,H_(2)O因其电中性和弱的表面吸附对TSS的影响很微弱.并且在吸附前后,由于受拓扑保护TSS依旧存在,仅是能量发生了改变,证实了其在环境中的稳定性.本工作研究结果为不同吸附物对AlB_(2)的TSS的影响提供了系统的认识,为今后相关领域的理论和实验研究铺平了道路,也为拓扑材料的实际应用提供了理论支撑.

关键词：拓扑半金属拓扑表面态表面吸附

吸水性微胶囊/水泥基材料的多尺度界面表征及其自修复效果

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复合材料学报 2024年

作者：师树青毛倩瑾陈佳艺张璐王子明崔素萍北京工业大学材料科学与工程学院北京工业大学材料科学与工程学院新型功能材料教育部重点实验室

针对以海藻酸钙为壳、环氧树脂E-51为核的吸水性微胶囊（SA）与水泥基体界面结合力较弱的问题，利用硅烷偶联剂对SA微胶囊表面进行修饰处理，改善其与水泥基体的界面结合，以提升自修复效果。采用SEM、显微硬度和拉拔试验等分析测试手... 详细信息

针对以海藻酸钙为壳、环氧树脂E-51为核的吸水性微胶囊（SA）与水泥基体界面结合力较弱的问题，利用硅烷偶联剂对SA微胶囊表面进行修饰处理，改善其与水泥基体的界面结合，以提升自修复效果。采用SEM、显微硬度和拉拔试验等分析测试手段分别从微观、介观到宏观尺度分析界面结合情况，并通过砂浆试件损伤修复后的抗压强度、抗水渗透性的恢复率来评价自修复效果。研究结果表明，SA经偶联剂KH792修饰处理后，与水泥基体的界面结合更为紧密，界面处显微硬度提高了159%，界面粘结强度提高了67%；掺加4wt%（水泥质量）SA的砂浆，荷载损伤修复后抗压强度恢复率103%，水压损伤修复后抗渗性恢复率达到118%。硅烷偶联剂表面修饰显著提升了SA与水泥基体的界面结合，水泥基材料自修复效果增强。

关键词：水泥基材料自修复吸水性微胶囊多尺度界面分析表面修饰

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机器学习辅助的硬质合金硬度预测

物理学报 2024年

作者：宋睿刘雪梅王海滨吕皓宋晓艳北京工业大学材料科学与工程学院新型功能材料教育部重点实验室

硬度是硬质合金材料的一项典型代表性能，受多种因素的影响且各因素间常存在关联关系。本文旨在获得WC-Co硬质合金硬度的关键影响因素并实现硬度的高通量预测。建立了以硬质合金硬度为目标变量，以原料成分、烧结工艺和烧结体表征信息... 详细信息

硬度是硬质合金材料的一项典型代表性能，受多种因素的影响且各因素间常存在关联关系。本文旨在获得WC-Co硬质合金硬度的关键影响因素并实现硬度的高通量预测。建立了以硬质合金硬度为目标变量，以原料成分、烧结工艺和烧结体表征信息为特征的数据集；通过对特征的皮尔逊相关系数和SHAP分析，发现WC晶粒尺寸和Co含量对硬质合金硬度的影响最为显著。基于机器学习的支持向量机、多项式回归、梯度提升决策树、随机森林等算法，分别构建了硬质合金硬度预测模型。采用10折交叉验证方法对模型进行定量评估，结果表明梯度提升决策树算法模型具有最高的精度和较强的泛化能力，是最适合硬质合金硬度预测的机器学习方法。基于优选模型的高通量预测数据，采用多项式回归算法确定了硬质合金硬度与Co含量和WC晶粒尺寸之间的定量关系，预测准确率达到0.946。本研究为硬质合金性能的准确高效预测提供了数据驱动方法，可为高性能硬质合金材料的设计研发提供重要参考。

关键词：硬质合金硬度机器学习高通量预测

Cr和Sc元素对钨基合金晶粒组织高温稳定性的影响

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金属学报 2024年

作者：杜文力侯超李昱嵘韩铁龙宋晓艳北京工业大学材料科学与工程学院新型功能材料教育部重点实验室

钨基合金在航空航天和核工业等领域具有重要的应用。随着晶粒组织细化，钨基合金表现出较低的热稳定性，严重限制了其高温应用。虽然特定溶质元素的相分离或晶界偏聚可有效提升钨基合金的热稳定性，但多组元复合添加对晶粒组织稳定性的... 详细信息

钨基合金在航空航天和核工业等领域具有重要的应用。随着晶粒组织细化，钨基合金表现出较低的热稳定性，严重限制了其高温应用。虽然特定溶质元素的相分离或晶界偏聚可有效提升钨基合金的热稳定性，但多组元复合添加对晶粒组织稳定性的影响研究较少。本工作制备了晶粒组织均匀、平均晶粒尺寸相近的W-10Cr和W-5Cr-5Sc超细晶合金，研究了2种钨基合金晶粒组织的热稳定性。结果表明，2种钨基合金发生晶粒突发长大的温度约为1300℃，比纯W提高了约200℃。在热失稳温度下晶粒长大指数和晶粒长大激活能均达到最小值，2种钨基合金的晶粒长大指数远大于纯W热失稳的晶粒长大指数，当温度超过热失稳温度后，W-5Cr-5Sc比W-10Cr表现出更小的晶粒长大速率。W-10Cr合金的高温稳定化机制归因于富Cr相的析出和Cr的晶界偏聚，W-5Cr-5Sc合金的高温稳定化机制为富Sc相的析出以及Cr、Sc在晶界的共偏聚作用。

关键词：钨基合金热稳定性晶粒长大动力学晶界偏聚

熔体旋甩工艺对Mg_(2)(Si_(0.4)Sn_(0.6))Sb_(0.015)固溶体微结构和热电性能的影响研究

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材料导报 2024年第12期38卷 27-31页

作者：刘洪亮郭志迎袁晓峰朱尊伟高倩倩张忻安阳工学院材料科学与工程学院河南安阳455000 北京工业大学新型功能材料教育部重点实验室北京100124

Mg_(2)(Si,Sn)基材料是环境友好的热电材料,具有较好的应用前景。本工作采用熔体旋甩(MS)结合放电等离子烧结(SPS)技术(MS+SPS)制备了单相的Mg_(2)(Si_(0.4)Sn_(0.6))Sb0.015固溶体,通过将机械合金化(MA)与放电等离子烧结(SPS)技术(MA+S... 详细信息

Mg_(2)(Si,Sn)基材料是环境友好的热电材料,具有较好的应用前景。本工作采用熔体旋甩(MS)结合放电等离子烧结(SPS)技术(MS+SPS)制备了单相的Mg_(2)(Si_(0.4)Sn_(0.6))Sb0.015固溶体,通过将机械合金化(MA)与放电等离子烧结(SPS)技术(MA+SPS)结合制备的相同样品进行对比,研究MS工艺对样品微结构以及热电性能的影响。结果表明,MS得到的固溶体薄带主要由200~500 nm的小颗粒组成,将薄带研磨制粉经SPS烧结后得到的致密块体具有明显细化的晶粒和分布均匀的共格纳米析出相。与MA+SPS工艺制备的样品相比,MS+SPS制备的固溶体的迁移率明显降低,在一定温度范围内,电阻率略有升高,Seebeck系数显著增加,热导率和晶格热导率显著降低。MS+SPS制备的Mg_(2)(Si_(0.4)Sn_(0.6))Sb0.015固溶体热电性能明显提高,在643 K时其最大ZT值达到1.30。

关键词： Mg_(2)Si_(0.4)Sn_(0.6)固溶体熔体旋甩(MS) 纳米析出相热电性能

基于遗传算法的宽带渐变电阻膜超材料吸波器设计

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物理学报 2024年第7期73卷 152-162页

作者：王超李绣峰张生俊王如志北京工业大学材料科学与工程学院新能源材料与技术研究所新型功能材料教育部重点实验室北京100124 北京航天长征飞行器研究所试验物理与计算数学国家重点实验室北京100076

近年来,基于超材料的电磁吸波器件由于其宽带、易制备等优势而备受各国研究者的广泛关注.本文为实现宽带电磁低可探测,提出一种渐变电阻膜-介质复合结构的超材料吸波器.基于传输线理论和阻抗匹配原理,对强吸波条件进行了分析.在单元结... 详细信息

近年来,基于超材料的电磁吸波器件由于其宽带、易制备等优势而备受各国研究者的广泛关注.本文为实现宽带电磁低可探测,提出一种渐变电阻膜-介质复合结构的超材料吸波器.基于传输线理论和阻抗匹配原理,对强吸波条件进行了分析.在单元结构设计方面,采用遗传算法在多变量域内全局搜索最优解,快速地确定出能够兼顾低频与宽带吸波性能的超材料单元结构与电阻参数,并对器件吸波性能与吸波机理进行了深入的探讨.仿真结果表明,在垂直入射下,所设计的超材料吸波器对1.62—19.16 GHz(相对带宽168.8%)之间的入射波吸收率均大于90%,有效地向L和K波段拓展了吸收带宽.虽然在部分频段测试和仿真结果之间存在一定偏差,但两种类型的曲线随频率的变化趋势基本一致,这充分证明了所设计的超材料吸波器在低频宽带吸波领域具有潜在应用价值.

关键词：超材料吸波体渐变电阻膜遗传算法

氧化镓悬臂式薄膜日盲探测器及其电弧检测应用

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物理学报 2024年第9期73卷 279-286页

作者：张裕刘瑞文张京阳焦斌斌王如志北京工业大学材料科学与工程学院新能源材料与技术研究所新型功能材料教育部重点实验室北京100124 中国科学院微电子研究所北京100029 中国科学院大学北京100049

金属-半导体-金属(MSM)型氧化镓薄膜探测器的性能高度依赖于氧化镓薄膜的均匀性,工艺难度较高,对规模化、量产化薄膜探测器提出了挑战.本文首次在量产化悬臂式薄膜芯片表面物理沉积氧化镓薄膜,实现了一个五对叉指电极结构的MSM型氧化镓... 详细信息

金属-半导体-金属(MSM)型氧化镓薄膜探测器的性能高度依赖于氧化镓薄膜的均匀性,工艺难度较高,对规模化、量产化薄膜探测器提出了挑战.本文首次在量产化悬臂式薄膜芯片表面物理沉积氧化镓薄膜,实现了一个五对叉指电极结构的MSM型氧化镓薄膜日盲探测器.得益于微机电系统(MEMS)工艺制备的悬臂式电极结构保护了内部电路与探测薄膜的完整均匀性,所获得的氧化镓薄膜虽然是非晶结构,但探测器仍然具备良好的紫外探测性能.在18 V偏压下其探测率达到7.9×10^(10) Jones,外量子效率达到1779%,上升和下降时间分别为1.22 s和0.24 s,接近晶体氧化镓薄膜的探测性能.该探测器在无任何光学聚焦系统的情况下,实现了对户外日光环境下脉冲电弧的灵敏检测,将在日盲探测领域具有良好的潜在应用价值.本工作基于MEMS工艺的悬臂式电极结构开发的敏感功能薄膜沉积技术,避免了功能薄膜大面积均匀性对刻蚀电路的影响,为MSM型薄膜探测器的制备提供了新的技术方法和工艺路线.

关键词：氧化镓日盲探测器电弧检测

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各向异性钐铁氮永磁材料制备技术进展

稀土 2024年

作者：聂晓峰杨质喜俊花刘卫强岳明北京工业大学材料科学与工程学院新型功能材料教育部重点实验室北京工业大学材料科学与工程学院新型功能材料教育部重点实验室

与钕铁硼永磁材料相比,钐铁氮永磁材料具有相近的饱和磁化强度、更高的居里温度和更强的磁晶各向异性场,因此具有诱人的应用前景。遗憾的是,钐铁氮永磁材料在较高的温度(约600℃)会发生分解并由此彻底丧失其永磁特性,因此无法通过类似... 详细信息

与钕铁硼永磁材料相比,钐铁氮永磁材料具有相近的饱和磁化强度、更高的居里温度和更强的磁晶各向异性场,因此具有诱人的应用前景。遗憾的是,钐铁氮永磁材料在较高的温度(约600℃)会发生分解并由此彻底丧失其永磁特性,因此无法通过类似制备烧结钕铁硼永磁材料的高温烧结工艺制备成全致密各向异性磁体。尽管如此,研究者们在迄今的研究中一直在积极探索制备高性能钐铁氮永磁材料的新方法,以期推进其更广泛的应用。本文介绍了磁各向异性钐铁氮永磁粉末材料和全致密块体材料的制备技术研究进展。

关键词：钐铁氮永磁材料制备技术磁各向异性全致密块体

高校实验室安全事故人为因素及其影响路径分析

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实验室研究与探索 2024年第7期43卷 264-268页

作者：王维马麟北京工业大学材料科学与工程学院北京100124 北京工业大学新型功能材料教育部重点实验室北京100124

为了通过人因分析与分类系统模型从组织影响、不安全的监督、不安全行为的前提条件和不安全行为4个层面探究高校实验室安全事故的关键人因及其影响路径。对90起高校实验室事故(2000—2022年)进行统计分析,并运用卡方检验和让步比探讨了... 详细信息

为了通过人因分析与分类系统模型从组织影响、不安全的监督、不安全行为的前提条件和不安全行为4个层面探究高校实验室安全事故的关键人因及其影响路径。对90起高校实验室事故(2000—2022年)进行统计分析,并运用卡方检验和让步比探讨了产生不安全行为的原因和各层次间的内在联系。结果表明:组织过程简单、监督不充分、个人因素、技能失误和习惯性违规是导致高校实验室事故发生的重要因素;模型中高低层级的人为因素间存在显著的因果关系,且主要的实验室事故致因路径共有16条。根据各层级事故致因形式,剖析了针对性的高校实验室事故的影响过程。

关键词：高校实验室事故人因分析与分类系统(HFACS) 卡方检验让步比