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基于选区激光熔化镍基单晶高温合金的修复

中国有色金属学报 2024年第4期34卷 1376-1392页

作者：张宇沈超张鹏章林曲选辉北京科技大学新材料技术研究院北京100083 北京科技大学北京材料基因组高精尖创新中心北京100083 辽宁材料实验室材料智能技术研究所沈阳110000

选区激光熔化技术光斑和热影响区小,成形精度高,可对镍基单晶高温合金叶片进行有效的修复以延长使用寿命。本工作选用了一种具有中等体积分数γ′相的合金粉末,研究了在单晶CM247LC基板上进行外延生长过程中该合金粉末的显微组织演变规... 详细信息

选区激光熔化技术光斑和热影响区小,成形精度高,可对镍基单晶高温合金叶片进行有效的修复以延长使用寿命。本工作选用了一种具有中等体积分数γ′相的合金粉末,研究了在单晶CM247LC基板上进行外延生长过程中该合金粉末的显微组织演变规律以及力学性能。结果表明:修复界面的熔池宽深比大于4时,沉积区与基体能形成良好的结合界面以及较小的晶粒取向差。通过增大扫描速率和降低激光功率可以有效减小沉积区裂纹密度,沉积组织以沿沉积方向生长的柱状枝晶为主,沉积层越高,冷却速率越小,枝晶间距和晶粒取向差越大。通过打印参数优化,最终得到了裂纹密度低、晶粒取向单一、且与单晶基板结合优异的镍基单晶高温合金沉积层,其抗拉强度为1094 MPa,伸长率为21%。

关键词：镍基单晶高温合金选区激光熔化显微组织晶粒取向力学性能

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大模型及其在材料科学中的应用与展望

工程科学学报 2024年第2期46卷 290-305页

作者：李长泰韩旭蒋若辉贠培文胡鹏飞班晓娟北京科技大学北京材料基因工程高精尖创新中心北京100083 北京科技大学智能科学与技术学院北京100083 北京科技大学新材料技术研究院材料先进制备技术教育部重点实验室北京100083 北京科技大学新材料技术研究院现代交通金属材料与加工技术北京实验室北京100083 北京科技大学新材料技术研究院北京100083 北京科技大学智能仿生无人系统教育部重点实验室北京100083 辽宁材料实验室材料智能技术研究所沈阳110004

以大模型在材料科学中的应用为着眼点,首先综述了大模型,介绍了大模型的基本概念、发展过程、技术分类与特点等内容;其次从通用领域大模型和垂直领域大模型两个角度,总结了大模型的应用,列举分析了不同种类大模型的应用场景和功能.再次... 详细信息

以大模型在材料科学中的应用为着眼点,首先综述了大模型,介绍了大模型的基本概念、发展过程、技术分类与特点等内容;其次从通用领域大模型和垂直领域大模型两个角度,总结了大模型的应用,列举分析了不同种类大模型的应用场景和功能.再次,结合材料科学领域中的具体需求研究现状,调研并综述了语言大模型、视觉大模型和多模态大模型在材料科学中的应用情况,以自然语言处理和计算机视觉中的具体任务为切入,参考典型应用案例,综合提示工程策略和零样本知识迁移学习,厘清了当前将大模型应用至材料科学的研究范式和制约因素,并利用改进SAM视觉大模型在四种材料显微图像数据上进行了验证性图像分割与关键结构提取实验,结果表明SAM带来的零样本分割能力对于材料微结构的精准高效表征具有巨大应用潜力.最后,提出了大模型相关技术、方法在材料科学中的未来研究机遇,从单模态到综合性多模态的大模型研发与调优,评估了可行性及技术难点.

关键词：大模型深度学习 ChatGPT SAM 材料科学多模态

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近球形TC4钛合金粉末注射成形

航空制造技术 2024年第5期67卷 110-115页

作者：田汉清陈刚刘畅魏敬浩韩龙晓秦明礼曲选辉北京科技大学新材料技术研究院北京材料基因工程高精尖创新中心北京100083

以低成本的氢化脱氢(HDH)TC4钛合金粉末为原料,通过气流磨(Jet-milled,JMed)技术对粉末进行整形改性,并进行了注射成形工艺研究。其中,分别以HDH、JMed HDH和气雾化球形(GA)3种粉末为原料,研究并对比了不同粉末原料注射成形的喂料极限... 详细信息

以低成本的氢化脱氢(HDH)TC4钛合金粉末为原料,通过气流磨(Jet-milled,JMed)技术对粉末进行整形改性,并进行了注射成形工艺研究。其中,分别以HDH、JMed HDH和气雾化球形(GA)3种粉末为原料,研究并对比了不同粉末原料注射成形的喂料极限装载量、烧结致密度、杂质含量、显微组织及力学性能等。结果表明,经气流磨处理后的JMed粉末形貌呈近球形,其球形度较未处理原始HDH粉末得到了显著提高,其喂料极限装载量(体积分数)较未处理原始HDH粉末提高了6%,在1300℃烧结2 h后,JMed粉末烧结件的致密度为98.3%,高于原始HDH粉末烧结件的致密度(95.3%),且与GA粉末烧结件的致密度(98.4%)相当;JMed粉末烧结件的室温抗拉强度为904.2 MPa,屈服强度为809.1 MPa,与GA粉末烧结件强度相当,断裂延伸率8.14%,显著优于原始HDH粉末烧结件。本研究制备的近球形HDH TC4粉末在注射成形领域展现出良好的应用前景。

关键词：粉末注射成形钛合金烧结粉体改性显微组织力学性能

碳钢腐蚀大数据采集传感器在城市大气环境中适应性标定

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中国表面工程 2024年第2期37卷 1-15页

作者：张帆徐迪杨小佳王一品陈昊彭非凡安江峰程学群李晓刚中国机械总院集团武汉材料保护研究所有限公司武汉430030 武汉大气淡水环境材料腐蚀国家野外观测科学研究站武汉430030 新疆尉犁大气环境材料腐蚀国家野外观测科学研究站尉犁841500 北京科技大学新材料技术研究院北京100083 北京科技大学北京材料基因组工程先进创新中心北京100083

传统的腐蚀监测方法和腐蚀评估方法已经无法满足对数据量以及数据连续性的需要。大气腐蚀在线监测技术由于具有数据量大、数据连续及实时性等特点,已被广泛应用。然而,所得数据的准确性和适用性还须通过试验来做进一步验证。采用户外挂... 详细信息

传统的腐蚀监测方法和腐蚀评估方法已经无法满足对数据量以及数据连续性的需要。大气腐蚀在线监测技术由于具有数据量大、数据连续及实时性等特点,已被广泛应用。然而,所得数据的准确性和适用性还须通过试验来做进一步验证。采用户外挂片以及电阻传感器和电偶传感器监测Q235碳钢在城市大气环境下的腐蚀速率,建立响应面模型,并采用温湿度耦合试验和干湿交替模拟试验进行验证。温湿度耦合试验和干湿交替模拟试验与户外挂片及响应面模型的腐蚀速率变化趋势一致,而温湿度耦合试验得到的腐蚀速率更接近于挂片得到的腐蚀速率。其中,电偶传感器得到的腐蚀速率值更接近于挂片的腐蚀速率值,说明城市大气环境下更适合使用电偶传感器。室内模拟试验中,温度升高会加速薄液膜下阴阳极的电极过程和化学反应,延长反应时间,表面腐蚀产物逐渐致密且均匀,一定程度上可以提高锈层的耐蚀性能。通过碳钢腐蚀传感器在城市大气环境中的适应性标定,可以深入探究大气环境中金属材料的腐蚀机理和过程,并准确评估腐蚀传感器在大气环境中的腐蚀行为,为研究者提供定量描述和分析腐蚀行为的基础数据。

关键词：电阻传感器电偶传感器响应面模型温湿度耦合试验干湿交替模拟试验

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机器学习在金属材料服役性能预测中的应用

工程科学学报 2024年第1期46卷 120-136页

作者：李丰范匡健隆季佳浩商春磊吴宏辉汪水泽毛新平北京科技大学材料科学与工程学院北京100083 北京科技大学碳中和创新研究院北京材料基因工程高精尖创新中心北京100083

在材料基因工程的背景下,数据驱动的机器学习技术推动着材料研究进入了新的范式.机器学习能够充分利用已有的实验数据,在不明晰机制原理的情况下实现对材料服役性能的准确预测,极大地减少了实验所需的时间与成本.本文以机器学习预测金... 详细信息

在材料基因工程的背景下,数据驱动的机器学习技术推动着材料研究进入了新的范式.机器学习能够充分利用已有的实验数据,在不明晰机制原理的情况下实现对材料服役性能的准确预测,极大地减少了实验所需的时间与成本.本文以机器学习预测金属材料的典型服役性能为主题,总结并分析了四种预测金属材料服役性能的常用机器学习模型.以疲劳、蠕变、腐蚀这三种常见的服役性能为代表,介绍了机器学习在这三个性能方面的研究情况,并列举了几个具体的案例进行简要分析.最后,总结了机器学习预测金属材料服役性能的特点,分析了当下机器学习预测金属材料服役性能存在的一些科学问题,并对其发展前景进行了讨论和展望.

关键词：机器学习数据驱动服役性能材料数据

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电缆绝缘材料交联聚乙烯的老化及寿命调控

物理学报 2024年第7期73卷 28-39页

作者：王江琼李维康张文业万宝全查俊伟北京科技大学化学与生物工程学院北京材料基因工程高精尖创新中心北京100083 北京智慧能源研究院北京102211 北京科技大学顺德创新学院佛山528300

交联聚乙烯(cross-linked polyethylene,XLPE)因其优异的力学性能和绝缘性能广泛应用于电力电缆领域中,但在高压电缆的运行过程中XLPE不可避免会受到电老化、热老化和电-热联合老化的影响,使得材料的性能和寿命下降,因此需要对XLPE的老... 详细信息

交联聚乙烯(cross-linked polyethylene,XLPE)因其优异的力学性能和绝缘性能广泛应用于电力电缆领域中,但在高压电缆的运行过程中XLPE不可避免会受到电老化、热老化和电-热联合老化的影响,使得材料的性能和寿命下降,因此需要对XLPE的老化性能和使用寿命进行调控.本文介绍了XLPE的结构特性和交联机理,系统分析了其老化过程及影响机制,并概述了接枝、共混和纳米粒子改性等调控策略,同时基于寿命评估模型探究了XLPE因老化而导致的寿命衰减问题.最后,展望了调控XLPE电缆绝缘材料使用寿命策略的未来方向,为XLPE电缆绝缘材料的进一步改进和长期稳定运行提供理论指导.

关键词：交联聚乙烯交联机理耐老化性能长寿命

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失效锂离子电池石墨负极回收利用研究进展

工程科学学报 2024年第5期46卷 949-962页

作者：丁云集史志胜张深根北京科技大学新材料技术研究院金属材料循环利用研究中心北京100083 北京科技大学顺德创新学院佛山528399 中国石化催化剂有限公司工程技术研究院北京101111

新能源汽车产业发展是实现我国“双碳”战略的重要举措.石墨因其高导电率、高容量和高稳定性等优点,成为当前主流的负极材料,其需求量和报废量增长迅速.废石墨负极因含多种金属、黏结剂、电解液等,具有污染性和资源性双重特点,其高效清... 详细信息

新能源汽车产业发展是实现我国“双碳”战略的重要举措.石墨因其高导电率、高容量和高稳定性等优点,成为当前主流的负极材料,其需求量和报废量增长迅速.废石墨负极因含多种金属、黏结剂、电解液等,具有污染性和资源性双重特点,其高效清洁回收利用成为人们研究的热点与重点问题.首先介绍了全球石墨矿产资源分布及其消费结构,表明我国石墨资源较为丰富(约占全球15.7%),但产量与消费量全球第一,分别达到65.4%和86.6%,且电池负极消费比重日益增长.为提高石墨负极利用水平,系统综述了石墨负极回收利用研究进展,阐述了石墨负极的再生方法,包括物理法、湿法浸出、火法及其他方法.为进一步提高再生石墨负极的电化学性能,改性技术(如元素掺杂、碳包覆、复合等方法)也受到人们的广泛关注.此外,还概括了石墨负极合成的其他新型功能材料,如石墨烯及氧化石墨烯、电容器、吸附剂和催化剂等,为石墨负极高值利用提供了新的选择.最后,总结了负极石墨材料回收利用的技术瓶颈和面临的挑战,为其绿色高效循环利用提供了研究思路和发展方向.

关键词：石墨负极失效锂离子电池再生回收再利用

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电催化还原氮制氨的最新进展

Chinese Journal of Catalysis 2024年第5期60卷 107-127页

作者：海广通富忠恒刘欣黄秀兵浙江大学衢州研究院浙江衢州324000 清华大学化工系膜技术与工程研究中心北京100084 北京科技大学新材料与技术研究所北京材料基因工程高精尖创新中心北京100083 加拿大国立科学研究院能源材料通讯中心瓦雷纳斯加拿大北京科技大学材料科学与工程学院北京材料基因工程高精尖创新中心北京100083

氮还原反应在生态系统、农业系统和工业氮循环中发挥着至关重要的作用.然而,由于氮气在水中的溶解度低,N≡N三键结构稳定,且存在与析氢反应的激烈竞争,因此目前电化学氮还原反应面临着产率缓慢、法拉第效率低等挑战.尽管研究者们通过不... 详细信息

氮还原反应在生态系统、农业系统和工业氮循环中发挥着至关重要的作用.然而,由于氮气在水中的溶解度低,N≡N三键结构稳定,且存在与析氢反应的激烈竞争,因此目前电化学氮还原反应面临着产率缓慢、法拉第效率低等挑战.尽管研究者们通过不懈的努力已经在该领域取得了显著的进展,但距离其实际应用仍有较大差距.因此,如何通过多方面的调控手段,尽早实现人工固氮的工业化生产,成为当前该领域亟待解决的关键问题.本文系统梳理了电催化还原氮制氨的最新进展.首先,对NRR的机理进行了全面介绍.详细介绍了五种备受关注的氮还原机理:解离机理、结合机理、交替机理、酶促机理以及最新发现的马尔斯-范克雷维伦机理.通过对比电催化氮还原与哈珀法催化氮还原的反应机理,阐明了电催化氮还原的优势.然后,总结了该领域最新的研究进展.详细介绍了高性能氮还原催化剂的最新设计开发成果,基于近五年的相关报道,重点介绍了Mo基催化剂、Cu基催化剂、Ru基催化剂、Bi基催化剂和Fe基催化剂的研究进展.此外,对其他过渡金属基催化剂和非金属催化剂也进行了评述和展望,并对不同催化剂的优缺点进行了系统的比较.随后,对新型氮还原反应装置的研究进展进行了综述.讨论了新型反应器对缓解氮分子低溶解度这一问题的关键作用,强调了研发新型氮还原反应装置对提升电催化氮还原性能的重要性.在NRR反应路径的调控和优化方面,本文总结了最新的研究成果,特别是Li介导的氮还原反应的重要意义,证实了反应路径的调控优化是提升氮还原性能的有效手段.更为重要的是,从目前最新的研究成果出发,提出了氮还原性能的提升需要多方面的协同调控,单一的优化手段难以突破现有的瓶颈,这为后续的研究提供了重要参考.在展望部分,强调了氮还原领域目前面临的挑战并讨论了未来的研究方向.综上,本文系统地总结了近年来的研究进展,包括高性能催化剂、新型反应设备以及氮还原反应路径的调控和优化.提升氮还原反应的整体性能需要多方面的协调调控,仅关注催化剂很难取得重大突破.本文旨在为氮还原催化剂和反应器的设计以及反应路径的调控优化提供参考.

关键词：氮还原反应电催化催化剂反应设备反应途径

基于密度聚类的染色质拓扑相关结构域识别方法

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生物医学工程学杂志 2024年第3期41卷 552-559页

作者：龚海燕张司臣张晓彤北京科技大学新材料技术研究院北京100083 北京科技大学计算机与通信工程学院北京100083 北京科技大学顺德创新学院广东佛山528399

高通量染色质构象捕获(Hi-C)技术的快速发展为染色质结构分析提供了丰富的基因组位点间交互作用数据,但目前基于Hi-C数据的已有拓扑相关结构域(TAD)识别方法存在准确率低、参数敏感等问题。在此背景下,本文设计并实现了一种基于空间密... 详细信息

高通量染色质构象捕获(Hi-C)技术的快速发展为染色质结构分析提供了丰富的基因组位点间交互作用数据,但目前基于Hi-C数据的已有拓扑相关结构域(TAD)识别方法存在准确率低、参数敏感等问题。在此背景下,本文设计并实现了一种基于空间密度聚类的TAD识别方法。该方法首先对原始Hi-C数据进行预处理,得到归一化后的Hi-C接触矩阵数据;然后计算位点之间的距离矩阵,基于位点的核心距离和可达距离生成可达性图,并提取聚类簇;最后基于聚类结果和TAD提取边界。该方法能够识别出内聚性更高的TAD结构,且TAD边界处富集了更多的ChIP-seq因子。实验结果表明,本文方法在TAD识别中更准确,更具有现实意义。

关键词：高通量染色质构象捕获拓扑相关结构域染色质结构密度聚类生物信息学分析