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基于多尺度结构与界面工程调控的高储能密度聚合物基电介质复合材料

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硅酸盐学报 2024年第4期52卷 1438-1450页

作者：王轶飞吴诗丽汪宏西安交通大学材料科学与工程学院金属材料强度国家重点实验室西安710049 南方科技大学材料科学与工程系广东深圳518055

电介质材料是决定电介质电容器储能特性的关键材料。聚合物基复合电介质因综合了聚合物基体和改性填料的独特优势已成为目前极具发展潜力的储能电介质材料。然而,当前高度集成化和小型化的能源动力系统对电介质电容器的储能性能提出了... 详细信息

电介质材料是决定电介质电容器储能特性的关键材料。聚合物基复合电介质因综合了聚合物基体和改性填料的独特优势已成为目前极具发展潜力的储能电介质材料。然而,当前高度集成化和小型化的能源动力系统对电介质电容器的储能性能提出了更高的要求,而改善性能的根本在于进一步提升聚合物基复合电介质的储能密度。本工作比较了不同种类聚合物基电介质复合材料的性能特征,总结了其结构特点和设计思路,从多尺度结构和界面工程调控等方面回顾了提升复合电介质储能性能的方法,包括调控填料的微观结构、构建宏观层状结构、纳米涂覆聚合物表面、聚合物分子结构设计等策略。最后,总结了当前聚合物基复合电介质材料面临的挑战和未来的发展趋势。

关键词：结构设计界面工程高储能密度复合电介质

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不同热处理工艺对选区激光熔化TC4动载性能及各向异性的影响

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航空制造技术 2024年第6期67卷 100-108页

作者：窦振张安峰王豫跃黄胜吴梦杰王普强西安交通大学金属材料强度国家重点实验室西安710049 西安交通大学机械制造系统工程国家重点实验室西安710054

选区激光熔化成形的TC4合金断裂韧性较差,低周疲劳性能较低,各向异性明显。采用循环退火(700~950℃)和固溶时效相结合的方法对TC4成形件进行热处理,利用光学显微镜、扫描电子显微镜、低周疲劳试验机等手段研究热处理对SLM TC4成形件显... 详细信息

选区激光熔化成形的TC4合金断裂韧性较差,低周疲劳性能较低,各向异性明显。采用循环退火(700~950℃)和固溶时效相结合的方法对TC4成形件进行热处理,利用光学显微镜、扫描电子显微镜、低周疲劳试验机等手段研究热处理对SLM TC4成形件显微组织和力学性能的影响。研究表明,SLM TC4微观组织由马氏体α′和马氏体α″组成,断裂韧性值为36.4 MPa·m0.5,断裂韧性各向异性达25.7%;热处理后部分板条α相分解,产生等轴α相和二次α相;经过700~950℃循环5次后固溶+550℃时效后SLM TC4的断裂韧性值为96.0 MPa·m0.5,断裂韧性的各向异性为1.4%。通过比较热处理样件和锻件低周疲劳性能得出结论,当应变幅≥0.9%时,热处理件低周疲劳性能高于锻件;当应变幅≤1%时,920℃循环退火+550℃固溶时效的低周疲劳性能高于920℃循环退火。

关键词：选区激光熔化(SLM) TC4合金热处理断裂韧性低周疲劳性能各向异性

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真空纳米间隙的脉冲击穿特性

高电压技术 2024年

作者：李伊濛李南夏凌寒刘佳薇张鹏肖冰成永红孟国栋西安交通大学电工材料电气绝缘全国重点实验室西安交通大学金属材料强度国家重点实验室

极端强电场下的绝缘可靠性问题是限制微纳电子器件性能提升的主要因素之一，因此认识纳米间隙的击穿特性以及绝缘失效机制极为重要。为此，本文利用高分辨成像技术与纳米级精密位移技术，基于透射电子显微镜与电学样品杆建立了真空纳米... 详细信息

极端强电场下的绝缘可靠性问题是限制微纳电子器件性能提升的主要因素之一，因此认识纳米间隙的击穿特性以及绝缘失效机制极为重要。为此，本文利用高分辨成像技术与纳米级精密位移技术，基于透射电子显微镜与电学样品杆建立了真空纳米间隙脉冲击穿测试系统，实现了空间分辨率为1 nm的精准间隙调控，研究了纳米间隙距离（5 nm ～ 25 nm）、外施电压脉冲宽度（100 ns ～ 1000 ns）对球-板真空间隙脉冲击穿阈值的影响，讨论了纳米间隙的脉冲击穿过程。结果表明：脉冲击穿电压与间隙距离呈线性关系即Ub=Cd，且基本不随脉冲宽度变化，击穿场强阈值基本不变，约为8.8 V/nm；纳米间隙距离越小，径向电场梯度越大，场发射有效区域越小；球-板电极均匀场下的脉冲击穿过程为阳极金板在阴极钨球场发射电流的能量沉积下温度升高至接近熔点，进而发生热失控并诱导击穿；击穿过程的持续时间约为25 ns，与间隙距离以及脉冲宽度无关，且反映了阳极表面蒸发的原子在间隙内形成等离子体通道并导致阴极蒸发的时间。

关键词：纳米间隙脉冲击穿击穿电压场发射温度

K439B镍基铸造高温合金800℃长期时效过程中碳化物的演变规律

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材料导报 2024年第15期38卷 8-12页

作者：高磊屈星海吴一栋陈晶阳肖程波惠希东北京科技大学新金属材料国家重点实验室北京100083 中国航发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

K439B镍基合金是一种承温能力达800℃的新型铸造高温材料,在发动机机匣类复杂结构件有重要应用前景。作为该合金中的主要晶界强化相,碳化物在合金长期时效过程中的演化规律尚不清楚。以K439B合金为对象,在800℃下对该合金进行了6000~100... 详细信息

K439B镍基合金是一种承温能力达800℃的新型铸造高温材料,在发动机机匣类复杂结构件有重要应用前景。作为该合金中的主要晶界强化相,碳化物在合金长期时效过程中的演化规律尚不清楚。以K439B合金为对象,在800℃下对该合金进行了6000~10000 h的等温时效实验,研究了其长期时效过程中碳化物的演变规律和转变机理。结果表明,K439B合金的组织稳定性优异。经过长期时效后,晶界和枝晶间组织中仍保留大部分标准热处理态时的MC型碳化物,仅有部分MC型碳化物分解为M_(23)C_(6)型碳化物和γ′相,未出现η相和σ相等TCP有害相。晶界M_(23)C_(6)型碳化物表现出两种不同的粗化行为,一是M_(23)C_(6)型碳化物逐渐宽化,在长期时效后宽度均一,碳化物排列整齐;二是在某些晶界部位,粗化后的M_(23)C_(6)型碳化物呈现不规则的形状,甚至向晶粒内部延伸。晶界M_(23)C_(6)型碳化物并未出现沿整个晶界的完全相连情况,其主要是γ′相颗粒将两个相邻的M_(23)C_(6)型碳化物分隔所致。

关键词： K439B镍基高温合金长期时效组织稳定性碳化物

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应力超声滚压表面强化机理和抗疲劳性能研究

机械工程学报 2024年第9期60卷 127-136页

作者：吴杰党嘉强李宇罡陈东安庆龙王浩伟陈明上海交通大学金属基复合材料国家重点实验室上海200240 上海交通大学机械系统与振动国家重点实验室上海200240

从理论分析角度探讨了超声滚压与单轴拉伸弹性应力场耦合的基本原理,并通过有限元模拟和实验表征依次从数值仿真和实验角度对理论分析结果进行验证,从而发展了一种先进的表面机械强化新工艺—应力超声滚压,并将其成功应用于TiB_(2)/2024... 详细信息

从理论分析角度探讨了超声滚压与单轴拉伸弹性应力场耦合的基本原理,并通过有限元模拟和实验表征依次从数值仿真和实验角度对理论分析结果进行验证,从而发展了一种先进的表面机械强化新工艺—应力超声滚压,并将其成功应用于TiB_(2)/2024和TiB_(2)/7050铝基复合材料表面机械强化效果的增强和抗疲劳性能的提升。结果表明,相较于普通超声滚压,应力超声滚压对TiB_(2)/2024和TiB_(2)/7050铝基复合材料表层压缩残余应力峰值的提升可分别达到所施加单轴拉伸弹性应力水平的45%和70%,可将压缩残余应力影响层深度提升约100μm,从而将两种复合材料样品的疲劳极限在普通超声滚压强化的基础上分别进一步提升6%和5%。

关键词：应力超声滚压铝基复合材料有限元模拟实验表征疲劳

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手性稀土纳米材料的圆偏振发光研究进展

中国科学：化学 2024年第8期54卷 1178-1193页

作者：陈玉婷董胜贺王鹏鹏金属材料强度国家重点实验室陕西省软物质国际联合研究中心西安交通大学材料科学与工程学院西安710049

圆偏振发光(CPL)是手性材料受到激发后发射出具有差异的左旋或右旋圆偏振光的独特光学现象,可以应用于量子计算、信息加密和三维显示等领域.随着纳米科学和技术的发展,具有CPL性能的手性稀土纳米材料因其出色的光学稳定性等特点而备受关... 详细信息

圆偏振发光(CPL)是手性材料受到激发后发射出具有差异的左旋或右旋圆偏振光的独特光学现象,可以应用于量子计算、信息加密和三维显示等领域.随着纳米科学和技术的发展,具有CPL性能的手性稀土纳米材料因其出色的光学稳定性等特点而备受关注,并具有大的应用潜力.本文综述了手性稀土纳米材料的最新研究进展,首先介绍了稀土元素的光谱特性及早期手性稀土配合物的研究,详述了如何构筑具有CPL的手性稀土纳米材料,强调了合成过程中手性结构对发光性能的调控特点,并通过主-客体策略讨论了如何通过稀土发光客体与手性主体的选择来优化CPL性能.最后,探讨了CPL稀土纳米材料领域面临的挑战,如发光性能和手性控制等问题,并对手性稀土纳米材料在未来的应用前景进行了展望.

关键词：手性圆偏振发光手性稀土纳米材料主-客体策略

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增材制造单晶镍基高温合金微观组织热稳定性及耐磨性能

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中国有色金属学报 2024年

作者：任晨宇林思聪陈凯张丹利周光妮梁晓晴罗思海何卫锋西安交通大学金属材料强度国家重点实验室空军工程大学航空动力系统与等离子体技术全国重点实验室

提升耐磨性能对单晶镍基高温合金涡轮叶片榫头处的安全服役具有重要意义。本研究采用激光增材制造方法制备的单晶镍基高温合金SRR99为研究对象，通过表征增材制造样品以及其经过服役温度退火后的晶体取向分布、γ?强化相形貌、枝晶间距... 详细信息

提升耐磨性能对单晶镍基高温合金涡轮叶片榫头处的安全服役具有重要意义。本研究采用激光增材制造方法制备的单晶镍基高温合金SRR99为研究对象，通过表征增材制造样品以及其经过服役温度退火后的晶体取向分布、γ?强化相形貌、枝晶间距，确认了增材制造合金具有良好的微观组织热稳定性。通过硬度测量与纳米划痕实验，得到相比于传统铸造样品，增材制造样品硬度较高，且其摩擦系数也具有数值低、离散性小的特点，此外，该优点在经过服役温度退火后仍能保持。综上所述，本研究证明了增材制造方法制备的单晶镍基高温合金样品拥有优异的组织热稳定性和耐磨性能，为激光增材制造技术应用于单晶镍基高温合金涡轮叶片榫头的修复与提性延寿提供了实验支撑。

关键词：激光增材制造单晶镍基高温合金耐磨性能热稳定性纳米划痕

Al和Cr协同作用提高核用高强钢耐水蒸气氧化性能

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金属学报 2024年第3期60卷 357-366页

作者：彭祥阳张乐李聪聪侯硕刘迪周建明路广遥蒋虽合中广核研究院有限公司设备研究所深圳518000 北京科技大学新金属材料国家重点实验室北京100083

前期研发的Fe-Ni-Al基超高强度马氏体时效钢表现出了良好的力学和抗辐照性能,然而典型Cr_(2)O_(3)氧化保护膜的耐热钢在轻水反应堆高温高压含水蒸气的服役环境中极易失效,亟待研发兼具抗高温水蒸气氧化、优异力学和抗辐照性能的先进材... 详细信息

前期研发的Fe-Ni-Al基超高强度马氏体时效钢表现出了良好的力学和抗辐照性能,然而典型Cr_(2)O_(3)氧化保护膜的耐热钢在轻水反应堆高温高压含水蒸气的服役环境中极易失效,亟待研发兼具抗高温水蒸气氧化、优异力学和抗辐照性能的先进材料。本工作在前期研发的Fe-Ni-Al系超高强度马氏体时效钢基础上添加不同含量的Cr元素,在保持新型马氏体钢优异力学性能的同时,对其在干燥空气和含水蒸气环境中的氧化性能进行研究。采用非自耗真空电弧炉制备合金铸锭,并对时效处理后的高强钢进行600℃干燥空气和潮湿空气2种环境中的抗氧化性能测试,对氧化后样品的表面和截面形貌进行微观组织表征。结果表明,添加9%Cr后的Fe-13Ni-2.3Al高强钢在600℃空气+10%水蒸气的气氛中氧化100 h的平均单位面积增重仅为0.1 mg/cm^(2),是添加5%Cr的Fe-13Ni-2.3Al高强钢和Fe-18Ni-3Al马氏体时效钢的1/50。对氧化后高强钢微观组织表征分析表明,在Al和Cr元素协同作用下,Fe-13Ni-9Cr-2.3Al高强钢在600℃空气+10%水蒸气条件下表面自发形成了富Fe、Cr、Al的复合氧化膜,提高了抗高温水蒸气氧化性能,其中Cr通过第三组元效应降低氧化物膜-基体界面氧分压,从而促进在高温水蒸气条件下在基体表面形成致密连续的富Al氧化膜。

关键词：超高强度钢水蒸气氧化氧化膜第三组元效应协同效应

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铌酸钠基陶瓷的相界调控及储能性能

硅酸盐学报 2024年第4期52卷 1392-1402页

作者：常凡罗庚光罗能能省部共建特色金属材料与组合结构全寿命安全国家重点实验室广西大学资源环境与材料学院南宁530004

铌酸钠(NaNbO_(3))基无铅陶瓷具有超高的储能密度,在高功率介电储能电容器领域引起了广泛关注。然而,纯NaNbO_(3)陶瓷在室温表现为矩形形状的类铁电电滞回线,并伴随着大的回滞和高的剩余极化强度,往往导致大的能量损耗。为优化NaNbO_(3... 详细信息

铌酸钠(NaNbO_(3))基无铅陶瓷具有超高的储能密度,在高功率介电储能电容器领域引起了广泛关注。然而,纯NaNbO_(3)陶瓷在室温表现为矩形形状的类铁电电滞回线,并伴随着大的回滞和高的剩余极化强度,往往导致大的能量损耗。为优化NaNbO_(3)的储能性能,基于相界调控策略采用传统固相法制备了(1–x)NaNbO_(3)–xCaTiO_(3)(0.08≤x≤0.18)陶瓷,并使用CuO作为助烧剂。结果表明,该体系在0.09≤x≤0.16范围内存在因晶体结构改变而引起的多晶型相界区域,其中相界组分0.84NaNbO_(3)–0.16CaTiO_(3)在590 kV/cm时的最大极化强度为42.2μC/cm^(2),可逆储能密度达到6.1 J/cm^(3),储能效率为77%。同时该陶瓷表现出良好的频率和温度稳定性,以及优异的放电性能。为铌酸钠基高性能储能电容器材料的开发提供了新思路。

关键词：铌酸钠多晶型相界弛豫特性储能性能

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