当期目录
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模拟月壤材料光固化增材制造的历史、现状和挑战
范晗婧,陈浩明,湛知远,冯博聪,汪 亮,伍尚华
在面临高昂地月运输成本的情况下,月球原位资源利用是实现月球长期探索和月球基地建设的重要策略。这一策略的关键在于就地取材和原位转化,而增材制造技术正是实现月球资源向功能构件转化的核心纽带。由于真实月壤样本稀缺,国内外通过复刻真实月壤材料的化学成分和物理特性,研制出模拟月壤材料。目的是实现在月球基地使用增材制造技术打印出承重结构件和设备核心零部件,从本质上解决地月物资补给的数量、时效和运输成本等难题。本文系统梳理了模拟月壤材料的典型种类及化学组分,详细总结了不同增材制造技术与模拟月壤材料的适配特性及研究成果,重点阐述了光固化技术在模拟月壤材料成型中的核心研究进展及优势。 -
固态照明与显示用荧光玻璃薄膜研究进展
孔玉强,曹旺盛,王桂录,张志永,郑喜贵,王延铭,马跃龙,陈鹿民
新型固态照明与显示技术因其高亮度、高效率、长寿命和环境友好等优势,在室内外照明、汽车大灯、投影显示、生物医疗和可见光通信等领域展现出广阔的应用前景。荧光转换材料作为照明与显示器件的关键组成部分,其光热性能备受关注。在多种物理形态的荧光转换材料中,荧光玻璃薄膜以其优异的光学性能和结构多样性,成为固态照明与显示器件中极具潜力的光转换材料。本文综述了荧光玻璃薄膜的基本组成、制备工艺、基底类型及其发光性能,分析了荧光玻璃薄膜的荧光饱和阈值、显色性能、导热系数和热稳定性等关键性能参数,并讨论了荧光玻璃薄膜的宏/微观结构对其发光性能的影响,最后总结了荧光玻璃薄膜在固态照明与显示中存在的挑战,并对其发展前景进行了展望。 -
基于专利情报分析的压电材料技术研究进展
熊文婷,袁勤俭,李颖颖,董衍泽
压电材料因优异的机电能量互转性能在功能材料领域占据重要地位。随着环保法规日益严苛,研发环境友好型无铅压电材料取代传统锆钛酸铅基材料成为必然趋势,但在能量效率与循环稳定性方面仍面临挑战。本文基于全球近20年的专利数据,从创新主体和技术热点维度对比分析了中、美、日、韩、德五国的技术进展。结果表明:中、日两国在压电材料技术研发方面极具优势。在材料体系方面,创新热点聚焦于无铅及复合材料的组分优化、纳米尺度及晶体结构调控;在器件应用方面,精密结构阵列、层叠型结构及压电图案化技术推动了元器件向集成化、微型化与柔性化发展,以适应纳米发电机、智能机器人、可穿戴设备及生物医疗等领域的应用需求。最后探讨了未来技术演进趋势,为深化产学研协同创新提供决策参考。 -
核壳型珠光颜料的结构设计、制备方法及应用研究进展
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MgO-Al<sub>2</sub>O<sub>3</sub>-SiO<sub>2</sub>体系玻璃与微晶玻璃材料的研究与应用进展
唐 永,唐伟钊,夏培宗,高存东,王伟东,张 超,高存吉,肖卓豪,邱日亮
MgO-Al2O3-SiO2 (MAS)体系玻璃与微晶玻璃因其极低的热膨胀系数、优异的微波介电性能、良好的力学性能以及光学特性,在航空航天、电子通信、光学工程、耐热制品等多个领域应用广泛。本文系统综述了MAS体系玻璃与微晶玻璃材料的研究进展,从材料组成对其析晶行为及最终性能的影响规律出发,探讨了熔融法、烧结法和溶胶-凝胶法等制备工艺的技术特点。在此基础上,全面梳理了MAS体系材料在热膨胀性能、微波介电性能、光学性能和力学性能方面的研究现状,并综述了其在航空航天及国防、电子与通信、光学工程与精密仪器、耐热制品等领域中的应用现状。最后,针对当前研究面临的瓶颈问题和发展趋势进行了展望,为该体系的进一步研究和产业化应用提供参考。 -
SiC<sub>f</sub>/SiC复合材料L型结构承载特性及失效机理分析
焦春荣,孙世杰,王弘杰,杨金华,焦 健
SiCf/SiC复合材料具有耐高温、低密度、长寿命等优点,是航空发动机热端构件最有潜力的热结构材料之一。SiCf/SiC复合材料L型结构是航空发动机核心涡轮结构件的常用形式,具有连接和承载的作用。本文通过预浸料-熔渗工艺制备了SiCf/SiC复合材料L型结构,系统研究了其在室温、800 ℃和1200 ℃下的承载性能及失效模式。研究表明,随着温度升高,L型结构最大破坏载荷没有明显变化,最大位移有所增加;在1200 ℃下,SiCf/SiC复合材料的纤维表面界面层氧化严重,说明SiCf/SiC复合材料在没有其他保护条件下难以在1200 ℃高温有氧环境中长期使用。 -
PIP-RMI复合工艺制备C<sub>f</sub>/SiC-B<sub>4</sub>C复合材料的PyC/BN界面特征及其力学性能
薛龙博,陈建军
Cf/SiC-B4C复合材料作为一种兼具优异高温力学与抗氧化性能的热结构与热防护材料,在航空航天领域得到广泛应用。反应熔渗法(RMI)制备Cf/SiC-B4C复合材料虽能实现快速致密化,但其高温熔渗过程不仅易对碳纤维造成损伤,还会在基体中引入大量残余硅,导致复合材料力学性能下降。针对上述不足,本研究通过化学气相沉积结合浸涂-原位氮化法,在碳纤维表面制备了PyC/BN双界面层,采用平板热压固化成型,结合前驱体浸渍裂解(PIP)与RMI的复合工艺,制备了不同成型压力的Cf/SiC-B4C复合材料。通过X射线衍射仪、X射线光电子能谱仪、阿基米德排水法、万能试验机、扫描电子显微镜对Cf/SiC-B4C复合材料的物相组成、性能和微观结构进行表征。结果表明:PyC/BN双界面层的引入不仅有效缓解了反应熔渗过程中熔融硅对碳纤维的侵蚀损伤,而且形成了良好的弱界面效应,使得复合材料在受力断裂时展现出明显的界面脱黏和纤维拔出现象。预制体的成型压力对孔隙结构和复合材料的力学性能影响显著,当成型压力为6 MPa时,经5次PIP循环后Cf/SiC-B4C预制体的体积密度达到1.73 g·cm–3,孔隙率降至12.9%,且复合材料在该压力下的力学性能达到最优,其抗弯强度与断裂韧性分别为234 MPa和7.5 MPa·m1/2,相比成型压力为2 MPa的复合材料,分别提升了61.4%和74.4%。 -
Y<sub>2</sub>O<sub>3</sub>-MgSiN<sub>2</sub>复合烧结助剂对氮化硅陶瓷显微结构及力学性能的影响
张春鹏,朱楠楠,温广武
氮化硅(Si3N4)陶瓷因优异的高温性能和力学性能在多个领域具有广泛的应用前景,但目前常用的烧结助剂所制备的Si3N4陶瓷综合性能难以满足高端场景需求。为制备高强度、高韧性的Si3N4陶瓷,本文以α-Si3N4粉末为主要原料,采用氧化钇-氮化硅镁(Y2O3-MgSiN2)二元体系作为烧结助剂,通过热压烧结工艺制备Si3N4陶瓷,系统研究了该复合烧结助剂对Si3N4陶瓷物相组成、显微结构及力学性能的影响机理。研究结果表明:烧结助剂的加入可有效促进Si3N4陶瓷发生由等轴状α-Si3N4向长棒状β-Si3N4的晶型转变,形成非定向排列的长棒状晶粒互锁结构,从而实现陶瓷的增韧效果;当烧结助剂组成为3 wt.%Y2O3与4 wt.%MgSiN2时,所制备的Si3N4陶瓷综合力学性能最优,其抗弯强度最大值为(810±14.88) MPa,断裂韧性最大值为(9.63±0.59) MPa·m1/2。本研究为高性能Si3N4陶瓷的烧结工艺优化及烧结助剂选型提供了理论依据与实验参考。 -
TiN掺量对无压烧结氮化硅陶瓷物相、微观结构与耐磨性能的影响
邓 超,陈 松,张伟儒,林 燕,林家源,王卫国
随着航空航天及超高速飞行器等高端装备的快速发展,对结构陶瓷材料在复杂摩擦磨损环境下的承载能力、耐磨性能及服役稳定性提出了更高要求,Si3N4这类结构陶瓷因其优异的综合性能被广泛应用,但其在严苛复杂服役环境下仍易发生疲劳开裂及磨损失效,失效原因与材料内部的显微组织结构密切相关。本文采用X射线衍射、扫描电子显微镜环形背散射电子成像和透射电子显微分析等多尺度表征手段,研究了添加TiN对Al2O3-Y2O3助剂体系无压烧结Si3N4陶瓷显微组织的影响及其作用机理。结果表明,添加TiN能够显著改善Al2O3-Y2O3体系液相烧结温度不均匀、驱动力不足所导致的晶粒粗大与孔隙残留问题,还可促进β-SiAlON固溶相的形成。TiN既作为异质位点提高β-Si3N4的形核密度,又因其高热稳定性对晶界起钉扎作用,可显著细化烧结产物β-Si3N4的晶粒组织并提高组织致密度;由于TiN与Si3N4具有较小的晶格错配度,可促进()Si3N4//(200)TiN及(0001)Si3N4//(011)TiN半共格界面的形成,从而改变氮化硅的磨损方式,减轻磨粒磨损与脆性剥落行为,提高氮化硅整体的耐磨性。 -
铅含量和孔隙率对Li<sub>2</sub>TiO<sub>3</sub>陶瓷氘氚释放特性的影响
浦一明,冯冠霖,大矢恭久,周启来
Li2TiO3陶瓷是聚变堆候选固态氚增殖材料。铅与氢同位素亲和力低,可促使氚在较低的温度下释放,降低陶瓷中的氚滞留率。本研究中,通过溶液燃烧合成的方式,制备了Li2TiO3-5%Pb与Li2TiO3-10%Pb粉体。向粉体中添加不同比例的聚乙烯醇溶液并控制含量,制备了孔隙率为7.6%、10.1%和13.4%的陶瓷烧结体。对所制备的陶瓷样品进行了高温氘气暴露实验,暴露温度为573 K、暴露时间为4 h。对氘气暴露后的样品进行了升温热脱附实验,得到HD、HDO和D2O的热脱附图谱(TDS)。在本研究中,D2的影响忽略不计,因此用HD代指氘气,HDO和D2O分别为氘代水(半重水)和氘水(重水)。氘-TDS图谱显示,HD在900 K附近释放。HDO和D2O的释放温度均在700 K附近,释放温度低于HD。Li2TiO3-10%Pb的氘释放温度低于Li2TiO3-5%Pb,说明Pb添加能够促使氘在低温释放。对于不同孔隙率陶瓷,氘气-TDS图谱存在一个明显的主峰。TDS图谱显示,随着孔隙率的增大,600 K的氘释放速率明显下降。对陶瓷微球进行了中子辐照及释氚实验,释氚图谱显示,铅含量增至10%后,氚-TDS图谱向低温侧偏移。 -
电化学法诱导晶格应变与离子脱出协同作用增强尖晶石MnCo<sub>2</sub>O<sub>4</sub>析氧性能
邵逸群,岳 鑫
尖晶石型锰钴氧化物(MnCo2O4)是极具潜力的析氧反应电催化剂,但其本征活性受限于有限的导电性和活性位点。本研究提出一种电化学预活化策略,通过适度的放电与回充过程,实现材料析氧性能与稳定性的双重协同增强。研究发现,放电过程中Zn2+的嵌入诱导MnCo2O4晶格产生拉伸应变,这一应变改变了材料的电子重叠强度,并可能影响Co的eg轨道占据率,进而实现电子结构的优化;回充过程则促使覆盖于催化剂表面的Zn2+发生脱出,暴露出更多活性位点,同时有效保留了放电过程中形成的残余应变与电子结构调谐效应。通过电子结构优化与表面修饰的双重协同,回充样品的催化活性与稳定性均超越原始样品及放电样品。在470 mV过电位下,其析氧电流密度高达127.6 mA·cm−2,远高于对比样品,且稳定性显著提升。本研究建立了“适度还原后再部分氧化”的预处理新范式,同步优化了材料的本征催化活性、导电性与结构稳定性。该策略简单高效,有望推广至其他嵌入型催化剂材料,为废旧电池材料的资源化利用及高性能析氧催化剂的设计提供了新思路。 -
基于高岭土增强与直写成型的分级多孔SiO<sub>2</sub>陶瓷制备及力学性能研究
郝为民,孙是昊,郝文俊,李子康,徐奕辰,于德川
多孔氧化硅(SiO2)陶瓷在耐火材料和催化剂载体等领域具有广泛的应用前景。然而低强度方石英烧结颈的存在导致其力学性能较差,且传统成型方法难以构筑复杂精细结构,严重制约其工业化应用。针对上述问题,本研究设计了一种独特颗粒排列结构,即“纸牌屋”结构高岭土包覆独立的SiO2颗粒,并通过调控SiO2/高岭土浆料的pH值,进而调控粉体带电状态,以实现上述结构。在此结构下,SiO2/高岭土浆料表现出优异的直写成型能力,其零切黏度(η0)和储能模量(G'eq)分别可达4922 Pa·s和40803 Pa。颗粒排列结构可在挤出过程中快速恢复,并在干燥过程中良好保持。经1275 ℃烧结后,方石英借助莫来石烧结颈相互连接,陶瓷弯曲强度可达(33.561.51) MPa。进一步借助直写成型构建了具有毫米—微米两级孔结构的网格状多孔SiO2陶瓷,其总孔隙率在(59.31.4)%~(75.51.7)%范围内可调,抗压强度可达(5.330.57) MPa~(0.970.13) MPa。本研究为高性能、轻量化多孔SiO2陶瓷的制备提供了全新思路。 -
g-C<sub>3</sub>N<sub>4</sub>/BiOBr复合材料的制备及其光催化性能研究
段子语,张真祯,孙家杰,王筱彤,王 娟,魏志顺
本文通过简便、可控的方法制备出一种高效的新型复合光催化剂。实验先采用溶剂热法与高温热分解法分别制备了球形花状结构的溴氧化铋与g-C3N4,再通过调节成分进一步开发出不同复合比例的g-C3N4/BiOBr复合光催化材料。利用XRD、SEM、DRS、M-S以及DFT计算等手段对材料的结构、形貌、光学性质与能带结构进行系统表征,并通过在可见光下降解盐酸四环素评估其光催化性能。宏观吸附实验表明,g-C3N4的引入占据了BiOBr的部分吸附位点,有效降低了复合材料对反应物的暗吸附率,在不削弱其降解能力的前提下,显著提升了复合材料的光催化性能。当Br与Bi的摩尔比为1.0∶1.8时,制备出的BiOBr样品能形成均匀球形花状结构。g-C3N4负载量显著影响复合材料结构与性能,其中Bi/CN-10样品表现出最好的光催化性能,其光催化降解率达53.51%。 -
Se、S共掺杂策略提升n型碲化铋近室温热电性能
黄培善,刘呈燕,陈俊良,周建华,张智翔,梁慧婷,司洛鸿,毛永宁,柯善军
碲化铋基热电材料是近室温区间热电性能最优异的热电材料之一,是目前唯一商用的热电材料,其应用主要集中在室温附近的制冷与发电领域。在多晶n型碲化铋的制备过程中,其破碎与变形往往会诱发类施主效应而导致载流子浓度激增,导致最大ZT值对应的温度升高。Se掺杂可以调控载流子浓度并增强声子散射,有助于提高功率因子与降低热导率。因此,Bi2Te2Se在523 K获得了0.69的ZT值。在此基础上,使用S取代了部分Se,进一步抑制了类施主效应从而调控载流子浓度并降低电子热导率。最终,Bi2Te2Se0.6S0.4在323 K获得了0.72的ZT值。载流子浓度下降导致双极效应提前出现,使Bi2Te2Se0.6S0.4的最佳工作温度从523 K附近降至373 K附近,这使得多晶n型碲化铋更适用于室温附近的发电与制冷。 -
低环境温度下Sr掺杂LaCrO<sub>3</sub>的快速烧结
关丽丽,赵佳明,王会涛,徐福星
致密的铬酸镧基陶瓷具有良好的应用前景,然而难烧结是限制其发展的关键因素之一。为在低于60 ℃的环境温度下实现铬酸镧的致密化,采用外加电场驱动及Sr掺杂的方式,并探讨其快速闪烧行为。研究表明,当Sr掺杂含量从0.05增至0.10时,更多的Cr3+被氧化为高价铬,吸附氧与晶格氧的比值升至0.98,为保持电荷平衡,氧缺陷浓度增大,从而导致样品电导率升高,促使闪烧发生的阈值电场与闪烧环境温度降低。不同电场强度下,发生闪烧的功率密度拐点出现在7 W·cm−3。限定电流密度为90 A·cm−2时闪烧60 s后即可获得致密的单相铬酸镧陶瓷结构,继续增大电流密度易出现过烧现象。空穴与氧缺陷的定向迁移,二者的协同效应引起微观形貌的差异性,在直流电场驱动下,靠近正极区域的颗粒尺寸与致密度相对较大。本研究可为同类型材料的低温快速烧结与后续的微观结构调控提供借鉴与参考。 -
熔融沉积成型蜂窝结构轻量化堇青石陶瓷反射镜
惠鹏先,吉浩浩,李昕雨,葛 烨,章 健,王士维
堇青石陶瓷具有低热膨胀系数和优异的比刚度,是高尺寸稳定性轻量化光学构件的候选材料。为优化高固含量堇青石陶瓷喂料的可打印性,本文以固含量为75 wt.%的喂料为研究对象,考察了单一骨架黏结剂体系陶瓷喂料的混炼与打印行为,在此基础上构建了由高密度聚乙烯(HDPE)、马来酸酐接枝低密度聚乙烯(LDPE-g-MAH)和乙烯—醋酸乙烯共聚物(EVA)组成的复合骨架体系,系统研究了骨架组分对螺杆挤出熔融沉积成型打印性能的影响。结果表明,复合骨架体系具有更优的可打印性,其中HDPE/LDPE-g-MAH/EVA质量比为50∶33∶17时,打印稳定性高且层间结合好,所得素坯的打印致密度和抗弯强度分别达到99.1%和9.2 MPa。样品经1420 ℃烧结后,密度达到2.44 g·cm−3,热等静压处理后,密度提升至2.50 g·cm−3,杨氏模量约为125 GPa,22 ℃的热膨胀系数为−0.2×10−6/K。用该配方制备的蜂窝结构堇青石陶瓷反射镜样件整体轻量化率达到55.1%,经抛光后,面形精度达到0.023 λ(均方根值,RMS),表面粗糙度为0.66 nm(算术平均高度,Sa),具备精密光学反射镜应用所需的表面质量。本研究表明,合理设计骨架黏结剂组分可有效改善高固含量堇青石陶瓷喂料的成型质量,这为轻量化、高表面质量堇青石陶瓷反射镜的制备奠定基础。 -
原料粒径调控对制备产物α-半水石膏性能的影响及相变机理研究
杨 冉,张 明,黄 涛,赵山山,欧阳亮峰,王筱彤,易果强
以工业副产芒硝石膏为原料,采用加压水溶液法制备α-半水石膏(α-HH),研究了不同原料粒径对合成的α-HH性能的影响规律。利用SEM、XRD、激光粒度仪以及力学性能测试等方法考察原料粒径对α-HH晶体形貌、结晶性、粒径分布以及力学性能的影响,并分析了其内在机理。结果表明,在工业常规反应时间2 h内,原料粒径对α-HH晶核形成以及晶体生长产生关键性影响,即在一定范围内,随着原料粒径增加,α-HH晶核形成速度降低而晶体生长速度提高,使得晶核形成与晶体生长达到更好的平衡。当原料中位粒径为115 μm时,晶核生成以及晶体生长处于最佳状态,此时所得到的α-HH为粗短柱状晶体,结晶度最高,力学性能最好,2 h抗折强度为8.1 MPa,绝干抗压强度达到32.3 MPa。若原料粒径过小,则容易造成晶核数目过多、晶体发育不全的问题;若原料粒径过大,则会导致晶体生长不均,从而影响α-HH整体性能。 -
宁璘先生的艺术与教育生涯
谢 跃,黄鹏徽
本文旨在探讨原景德镇陶瓷学院美术系教师宁璘的生平、艺术成就,回顾了宁璘的早年经历与艺术启蒙、求学经历与艺术成长、军旅生涯与艺术实践的人生历程,还着重介绍了他回归教育与艺术传承的相关工作,包括其在学校的教学工作,特别是对建立学校美术基础教学体系的贡献。此外,文章还探讨了宁璘如何在教学中将素描、色彩的理论与实践相结合,率先把水粉画技法纳入色彩课程,强调室外写生的重要性,逐步摸索并形成了一整套独具特色的基础课教学体系。宁璘作为景德镇陶瓷大学原美术系的杰出教育先驱,其艺术成就与教育贡献对“陶院现象”的形成具有深远意义。通过分析宁璘的艺术人生与教育实践,本文旨在揭示“陶院现象”背后的教育理念与艺术传承机制。 -
文化转译视角下景德镇陶瓷文创的设计创新与实践路径研究
黄海红
本研究针对景德镇陶瓷文创设计中传统与现代脱节的核心问题,提出以“文化转译”为理论框架,构建“纹样解构—语义转译—价值再生”的系统性创新路径。通过对景德镇陶瓷传统纹样的形式特征与文化内涵进行深度解析,研究创新性地引入KANO模型,对用户需求进行分层识别与优先级排序,建立传统纹样现代转译的精准映射机制。研究发现,基于KANO分析的需求导向机制,能够有效解决文创产品“文化表达”与“市场需求”的错位问题,实现从文化符号到现代设计语言的科学转化。通过“青韵雅集·香器系列”等设计实践验证,本研究不仅形成了可操作的设计范式,更揭示了文化转译在激活传统、构建文化认同与市场价值统一体中的内在逻辑,为传统文化元素的当代转化提供了兼具理论深度与实践价值的方法论支持。 -
宋代瓷盒设计中女性元素的语义分析
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新时代景德镇御窑博物馆展陈理念研究