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基于小冲杆试验技术评估充氢锆合金材料的拉伸性能

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稀有金属材料与工程 2024年第6期53卷 1601-1607页

作者：魏雅璇吕沙沙李正操王鼎渠清华大学核能与新能源技术研究院北京100084 清华大学材料学院先进材料教育部重点实验室北京100084 北京师范大学核科学与技术学院射线束技术教育部重点实验室北京100875

对Zr-4以及其它2种新型锆合金材料在室温、315℃条件下进行常规拉伸试验,结合计算结果分析了成分差异造成的沉淀相改变,提出了析出强化机制对于锆合金性能提升的重要意义。首次利用小冲杆试验对锆合金原样的力学性能进行测试,该工作确... 详细信息

对Zr-4以及其它2种新型锆合金材料在室温、315℃条件下进行常规拉伸试验,结合计算结果分析了成分差异造成的沉淀相改变,提出了析出强化机制对于锆合金性能提升的重要意义。首次利用小冲杆试验对锆合金原样的力学性能进行测试,该工作确定了常规拉伸试验与小冲杆试验结果之间的经验公式中与锆合金材料本身相关的系数数值,验证了小冲杆试验用于锆合金拉伸性能评估的可行性。利用气相渗氢法在400℃对Zr-4以及其它2种新型锆合金进行充氢处理,并利用小冲杆试验对锆合金充氢试样的力学性能进行测试。结果表明,充氢锆合金在载荷-位移曲线的塑性失稳阶段出现“平台区”特殊现象。对该现象进行探究,用金相分析表征了氢化物的形貌特征并对其含量进行了定量估算,推测氢化物与基体断裂韧性上的差异、氢化物相特殊的长链构型以及强取向性与这一现象有着重要关联。

关键词：锆合金小冲杆试验氢化物力学性能

高温溶液法生长4H–SiC单晶的助溶剂研究进展

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硅酸盐学报 2024年第7期52卷 2425-2441页

作者：丁祥钱昊梁刚强陈雅薇刘源安徽工业大学冶金减排与资源综合利用教育部重点实验室安徽马鞍山243002 清华大学材料学院北京100084 先进成形制造教育部重点实验室北京100084

碳化硅(SiC)作为第三代半导体材料,不仅在化学性能上相对稳定,而且具有一系列突出的物理性能优势,如器件极限工作温度高、临界击穿电场强度大及热导率高等,是目前相对成熟且应用最广的宽禁带材料。为满足SiC在新能源汽车、太阳能光伏及... 详细信息

碳化硅(SiC)作为第三代半导体材料,不仅在化学性能上相对稳定,而且具有一系列突出的物理性能优势,如器件极限工作温度高、临界击穿电场强度大及热导率高等,是目前相对成熟且应用最广的宽禁带材料。为满足SiC在新能源汽车、太阳能光伏及风力发电等领域的大规模应用需求,高质量、大尺寸、低成本的SiC单晶生长工艺仍是未来研究重点。其中,高温溶液生长法(HTSG)获得的SiC单晶具有晶体位错少、易扩径且易实现P型掺杂、成本低等优势,弥补了物理气相传输法(PVT)生长出的晶体缺陷多且高能耗、高成本等不足。在HTSG法生长SiC单晶中,助溶剂的合理选择是提高SiC晶体生长效率与生长质量的关键因素;目前,常用的助溶液体系为Si–Cr二元或Si–Cr–Al三元体系。4H碳化硅(4H–SiC)作为一种典型的SiC晶体结构,存在一个六方格点和一个立方格点,且双原子层以ABCB–ABCB形式连接,这种排列方式使得4H–SiC晶体具有较高硬度及热稳定性。本文首先总结了HTSG法生长4H–SiC单晶中助溶剂的研究历程,然后从热力学角度分析了助溶液体系对晶体生长的影响,并归纳总结了针对助溶剂的研究所采用的不同方法,最后提出了HTSG法生长4H–SiC单晶中助溶剂研究的重点和难点。

关键词：碳化硅高温溶液法助溶剂热力学计算

无机材料飞秒激光3D打印技术研究进展(特邀)

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中国激光 2024年第12期51卷 206-226页

作者：侯郑为刘少峰林琳涵李正操孙洪波清华大学材料学院先进材料教育部重点实验室北京100084 清华大学精密仪器系精密测试技术及仪器全国重点实验室北京100084 吉林大学电子科学与工程学院集成光电子学国家重点实验室吉林长春130012

飞秒激光三维(3D)打印具有无掩模、高精度、高分辨率、真三维制造等特点,在复杂微纳3D结构制造上难以替代,基于双光子聚合打印技术,已经在微机电、微纳光电、微纳光子等复杂器件制备上展现出巨大的应用前景。随着共混掺杂技术及新型无... 详细信息

飞秒激光三维(3D)打印具有无掩模、高精度、高分辨率、真三维制造等特点,在复杂微纳3D结构制造上难以替代,基于双光子聚合打印技术,已经在微机电、微纳光电、微纳光子等复杂器件制备上展现出巨大的应用前景。随着共混掺杂技术及新型无机光敏材料的发展,高无机功能材料占比的飞秒激光3D打印为高性能器件制备提供了更多的可能性,极大拓展了微纳3D制造的应用能力。围绕近年来基于无机材料体系的飞秒激光3D打印方法,从无机组分工艺、激光打印能力、无机功能材料体系及应用等方面总结现有飞秒激光3D打印微纳器件应用、发展前景及面临的挑战,并展望飞秒激光打印无机3D微纳结构的新材料、新方法、新应用。

关键词：激光技术飞秒激光 3D打印纳米技术无机材料功能材料

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铝合金低压铸造过程数值模拟

铸造 2024年第3期73卷 270-281页

作者：谭云骧马聚怀许庆彦清华大学材料学院先进成形制造教育部重点实验室北京100084

铝合金密度小、比强度高,常作为汽车轻量化材料。低压铸造充型平稳,能成形复杂薄壁铸件,广泛应用于汽车典型零部件的制造。为优化低压铸造工艺、减少铸件缺陷、获得优良组织性能的铸件,运用集成计算材料工程与多尺度数值模拟方法对铝合... 详细信息

铝合金密度小、比强度高,常作为汽车轻量化材料。低压铸造充型平稳,能成形复杂薄壁铸件,广泛应用于汽车典型零部件的制造。为优化低压铸造工艺、减少铸件缺陷、获得优良组织性能的铸件,运用集成计算材料工程与多尺度数值模拟方法对铝合金低压铸造过程开展研究,具有重要的科学意义与工程价值。本文全面综述了低压铸造铝合金凝固过程数值模拟技术的发展,分析了充型过程和凝固过程的宏观数值模拟及其常用算法,归纳总结了元胞自动机模拟铝合金初生相和共晶相的微观组织演变的研究现状,展望了铝合金低压铸造过程数值模拟的未来发展方向。

关键词：铝合金低压铸造集成计算材料工程数值模拟多尺度模拟

无机材料飞秒激光3D打印技术研究进展（特邀）

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中国激光 2024年第12期 214-234页

作者：侯郑为刘少峰林琳涵李正操孙洪波清华大学材料学院先进材料教育部重点实验室清华大学精密仪器系精密测试技术及仪器全国重点实验室吉林大学电子科学与工程学院集成光电子学国家重点实验室

飞秒激光三维（3D）打印具有无掩模、高精度、高分辨率、真三维制造等特点，在复杂微纳3D结构制造上难以替代，基于双光子聚合打印技术，已经在微机电、微纳光电、微纳光子等复杂器件制备上展现出巨大的应用前景。随着共混掺杂技术及新... 详细信息

飞秒激光三维（3D）打印具有无掩模、高精度、高分辨率、真三维制造等特点，在复杂微纳3D结构制造上难以替代，基于双光子聚合打印技术，已经在微机电、微纳光电、微纳光子等复杂器件制备上展现出巨大的应用前景。随着共混掺杂技术及新型无机光敏材料的发展，高无机功能材料占比的飞秒激光3D打印为高性能器件制备提供了更多的可能性，极大拓展了微纳3D制造的应用能力。围绕近年来基于无机材料体系的飞秒激光3D打印方法，从无机组分工艺、激光打印能力、无机功能材料体系及应用等方面总结现有飞秒激光3D打印微纳器件应用、发展前景及面临的挑战，并展望飞秒激光打印无机3D微纳结构的新材料、新方法、新应用。

关键词：激光技术飞秒激光 3D打印纳米技术无机材料功能材料

搅拌摩擦加工调控Mg-5Zn-0.6Zr合金耐蚀性的研究

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材料导报 2024年第10期38卷 151-156页

作者：龙飞刘瞿朱艺星周梦然陈高强史清宇清华大学机械工程系清洁高效透平动力装备全国重点实验室北京100084 先进成形制造教育部重点实验室北京100084

作为一种储量足、比强度和比模量高的轻质结构材料和功能材料,镁的应用前景十分广阔,然而镁的耐蚀性不佳严重限制了其应用范围,较大尺寸的沉淀相导致的电偶腐蚀是镁合金耐蚀性不佳的重要原因。本工作选取铸态Mg-5Zn-0.6Zr合金作为研究对... 详细信息

作为一种储量足、比强度和比模量高的轻质结构材料和功能材料,镁的应用前景十分广阔,然而镁的耐蚀性不佳严重限制了其应用范围,较大尺寸的沉淀相导致的电偶腐蚀是镁合金耐蚀性不佳的重要原因。本工作选取铸态Mg-5Zn-0.6Zr合金作为研究对象,对该合金进行了搅拌摩擦加工处理,并对搅拌摩擦加工前后合金的组织结构和电化学性能进行了检测分析。结果表明,搅拌摩擦加工处理后的Mg-5Zn-0.6Zr合金形成了较强的(0001)基面织构,且大部分区域位错密度较低,晶粒尺寸从66.4μm细化到1.6μm,沉淀相发生了一定程度的破碎和弥散分布,在3.5%(下文如无特别说明,均指质量分数)NaCl水溶液中开路电位下的腐蚀电流密度由38.3μA/cm^(2)降至17.0μA/cm^(2),极化电阻由48.98Ω·cm^(2)提升至197.02Ω·cm^(2)。研究表明,搅拌摩擦加工可以有效提高镁合金的耐蚀性。

关键词：搅拌摩擦加工镁合金耐蚀性动态再结晶

电荷迁移方向调控的BiVO_(4)量子点/苝四羧酸Z型异质结与纳米金修饰在人工光合成H_(2)O_(2)中的协同作用

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Chinese Journal of Catalysis 2024年第7期62卷 277-286页

作者：梁腾李雨彤徐帅姚宇欣许荣萍边辑张紫晴井立强黑龙江大学化学化工与材料学院功能无机材料化学教育部重点实验室催化技术国际联合研究中心实验室黑龙江哈尔滨150080

利用太阳能驱动的半导体光催化技术将H_(2)O和O_(2)转化为H_(2)O_(2),是传统蒽醌工艺的可持续替代方案之一.在光催化O_(2)还原生产H_(2)O_(2)的过程中,主要涉及到O_(2)的还原和H_(2)O的氧化两个半反应.然而,单一的窄带隙半导体往往难以... 详细信息

利用太阳能驱动的半导体光催化技术将H_(2)O和O_(2)转化为H_(2)O_(2),是传统蒽醌工艺的可持续替代方案之一.在光催化O_(2)还原生产H_(2)O_(2)的过程中,主要涉及到O_(2)的还原和H_(2)O的氧化两个半反应.然而,单一的窄带隙半导体往往难以满足整体反应的热力学电位要求.为了克服这一挑战,研究人员借鉴自然光合作用的原理,提出了构建Z型异质结体系的策略.这种体系不仅能有效促进电荷的分离,从而增强光催化效率,而且能保留光生电荷较强的氧化还原能力,这对于H_(2)O_(2)的光合成至关重要.此外,O_(2)的活化对于H_(2)O_(2)光合成同样重要.然而,目前在构建Z型异质结时,对于Z型异质结的两组分自身电荷传输方向的匹配性鲜有关注.因此,构建具有电荷定向传输的Z型异质结,并精准负载O_(2)活化位点,对于提高H_(2)O_(2)的光合成效率和稳定性具有重要意义.本文以苝-3,4,9,10-四羧酸二酐(PTCDA)为前驱体,在水解的过程中,引入预制备的钒酸铋量子点(BQD),原位构建BQD/PTA Z型异质结.然后,通过低温辅助光还原策略将纳米Au精确修饰在苝四甲酸(PTA)上,制得具有定向电荷传输的BQD/PTA-Au Z型异质结.形貌表征结果表明,PTA的形态为平均厚度为3.5 nm的不规则纳米片,其表面均匀负载了直径约为7 nm的BQD纳米颗粒,而超小的Au纳米粒子(直径约为5 nm)则负载在PTA纳米片的边缘.优化后的BQD/PTA-Au异质结光催化H_(2)O_(2)产率为218.6μmol g^(-1)h^(-1),约为PTA纳米片的6.4倍;此外,在405 nm波长下,该异质结的表观量子产率为PTA的4.8倍.在模拟太阳光条件下,BQD/PTA-Au异质结的太阳能到化学能转换效率(SCC)为0.47%;且在连续5次的循环实验中表现出良好的稳定性.光物理和光化学测试结果表明,BQD/PTA Z型异质结的构建显著促进了PTA的电荷分离,Au修饰后复合体的电荷分离进一步增强.扫描开尔文探针(SKP)测试结果表明,BQD和PTA的能带结构满足Z型电荷传输路径,电子顺磁共振和原位X射线光电子能谱分析结果表明,所构建的Z型异质结由于电荷传输方向匹配,显著促进·O_(2)-自由基的形成;而后续的Au修饰则能够定向接受来自PTA的光生电子.旋转圆盘电极测试结果表明,BQD/PTA-Au的平均电子转移数最接近2,说明其遵循两电子氧还原反应(ORR)路径.结合物种捕获实验推测,·O_(2)-自由基是BQD/PTA-Au异质结光合成H_(2)O_(2)的主要活性物种.原位漫反射红外光谱测试证实,纳米Au修饰可进一步提高O_(2)在催化剂表面吸附,并加速两电子的O_(2)还原反应.综上,本文围绕着具有各向异性电荷迁移的PTA,设计构建了电荷定向迁移的Z型异质结体系,实现了高效的H_(2)O_(2)光合成,为高效Z型异质结体系设计构建提供了新思路.

关键词： Z型异质结苝四甲酸 BiVO_(4)量子点 H_(2)O_(2)光合成氧还原

激光焊接及焊后热处理K439B合金的显微组织与力学性能

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Transactions of Nonferrous Metals Society of China 2024年第3期34卷 905-917页

作者：李郑张振林吴爱萍张明军康举刘瞿赵玥陈晶阳清华大学机械工程系北京100084 清华大学先进材料加工技术教育部重点实验室北京100084 西南交通大学材料科学与工程学院成都610031 清华大学摩擦学国家重点实验室北京100084 北京航空材料研究院先进高温结构材料重点实验室北京100095 北京石油化工学院北京能源工程先进连接技术高等学校工程研究中心北京102617

对应用于发动机涡轮上的新型镍基合金K439B进行激光焊接实验,研究焊后热处理对接头显微组织和力学性能的影响。半定量分析结果表明,热处理后接头各区域γ′相均发生长大,一次γ′相和二次γ′相半径分别约为25和150 nm。力学性能测试结... 详细信息

对应用于发动机涡轮上的新型镍基合金K439B进行激光焊接实验,研究焊后热处理对接头显微组织和力学性能的影响。半定量分析结果表明,热处理后接头各区域γ′相均发生长大,一次γ′相和二次γ′相半径分别约为25和150 nm。力学性能测试结果表明,焊后热处理可使焊缝区硬度提高约HV 100,由γ′相提供的临界恢复剪应力从4.8 MPa提高到92 MPa;另一方面,热处理后接头的抗拉强度和屈服强度与母材的相当,大量碳化物的存在导致接头在拉伸过程中优先断裂于母材处。

关键词：镍基高温合金激光焊接 γ'相碳化物显微组织力学性能

基于合成后修饰策略构建高灵敏度和选择性金属有机骨架基荧光静默系统用于抗坏血酸的检测

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无机化学学报 2024年第4期40卷 823-833页

作者：张婕刘欣李梓欣裴玉婷杨宇琦李慧敏刘志强太原工业学院化学与化工系太原030008 南开大学化学学院先进能源材料化学教育部重点实验室天津300071 安庆师范大学化学化工学院光电磁功能材料安徽省重点实验室安庆246133

成功制备了一种在水溶液中表现出优异荧光性能和稳定结构的三维荧光金属有机骨架[Cd(L)(H_(2)O)_(0.5)]·DMF·2.5H_(2)O(1),其中H_(2)L=3-(四唑-5-基)三唑。1在识别Cr(Ⅵ)离子过程中表现出明显的荧光猝灭现象,并形成“开-关”荧光静默... 详细信息

成功制备了一种在水溶液中表现出优异荧光性能和稳定结构的三维荧光金属有机骨架[Cd(L)(H_(2)O)_(0.5)]·DMF·2.5H_(2)O(1),其中H_(2)L=3-(四唑-5-基)三唑。1在识别Cr(Ⅵ)离子过程中表现出明显的荧光猝灭现象,并形成“开-关”荧光静默体系(Cr_(2)O_(7)^(2-)@1),该体系可以快速检测水溶液中的Cr(Ⅵ)离子,这是Cr(Ⅵ)的紫外吸收光谱和1的激发光谱重叠而导致的福斯特共振能量转移(FRET)。此外,通过消除FRET的作用,Cr_(2)O_(7)^(2-)@1的荧光强度可以恢复或超越原始值,从而实现对水体系中抗坏血酸(AA)的高选择性和灵敏度的荧光检测。同时,Cr_(2)O_(7)^(2-)@1体系可以成功检测维生素C片中的AA,回收率为98.20%~103.33%,相对标准偏差(RSD)为1.78%~3.42%。基于此,构建了以AA和铬(Ⅵ)为化学输入的荧光“IMPLICATION”分子逻辑门。

关键词：荧光静默系统金属有机骨架 Cr(Ⅵ) 抗坏血酸