中国科学院宁波材料技术与工程研究所，激光极端制造研究中心，浙江 宁波 315201
随着多材料激光增材制造科学与技术的不断进步，一体化制备极端使役性能的大物性差异材料与元件成为可能。但大物性差异多材料增材制造成形界面问题尤为突出。根据大物性差异多材料激光增材制造成形的进展，笔者聚焦大物性差异材料的界面问题和界面优化方法，分别以激光吸收率差异、热物性差异、界面生成脆性相分类阐述界面问题，同时在工艺优化、功能梯度设计、复合制造三个方面对界面优化方法进行总结，为实现大物性差异材料的高质量成形提供参考。同时，阐述了大物性差异多材料激光增材制造建模与仿真研究进展，以期通过宏观和介观尺度模拟指导大物性差异材料的激光增材制造成形参数优化。最后对多材料激光增材制造大物性差异材料的应用和共性科学问题及技术挑战进行了展望与思考。
激光技术 大物性差异材料 多材料激光增材制造 界面缺陷 界面优化
Author Affiliations
Abstract
1 School of Science, Chongqing University of Posts and Telecommunications, Chongqing 400065, China
2 Institute for Advanced Sciences, Chongqing University of Posts and Telecommunications, Chongqing 400065, China
3 School of Computer Science and Technology, Northwestern Polytechnical University, Xi’an 710129, China
4 Advanced Research Institute of Multidisciplinary Science, Beijing Institute of Technology, Beijing 100081, China
5 Institute of High Performance Computing, A*STAR, 138632, Singapore
Hydrostatic pressure provides an efficient way to tune and optimize the properties of solid materials without changing their composition. In this work, we investigate the electronic, optical, and mechanical properties of antiperovskite X3NP (X2+ = Ca, Mg) upon compression by first-principles calculations. Our results reveal that the system is anisotropic, and the lattice constant a of X3NP exhibits the fastest rate of decrease upon compression among the three directions, which is different from the typical Pnma phase of halide and chalcogenide perovskites. Meanwhile, Ca3NP has higher compressibility than Mg3NP due to its small bulk modulus. The electronic and optical properties of Mg3NP show small fluctuations upon compression, but those of Ca3NP are more sensitive to pressure due to its higher compressibility and lower unoccupied 3d orbital energy. For example, the band gap, lattice dielectric constant, and exciton binding energy of Ca3NP decrease rapidly as the pressure increases. In addition, the increase in pressure significantly improves the optical absorption and theoretical conversion efficiency of Ca3NP. Finally, the mechanical properties of X3NP are also increased upon compression due to the reduction in bond length, while inducing a brittle-to-ductile transition. Our research provides theoretical guidance and insights for future experimental tuning of the physical properties of antiperovskite semiconductors by pressure.
antiperovskite hydrostatic pressure physical properties first-principles calculations Journal of Semiconductors
2023, 44(10): 102101
武汉科技大学, 省部共建耐火材料与冶金国家重点实验室, 武汉 430081
以电熔白刚玉、鳞片石墨、活性 α-Al2O3微粉、金属 Al粉和 Si粉为主要原料、h-BN (质量分数 0%、3%)为添加剂, 制备低碳 Al2O3-C耐火材料, 研究了不同氮化温度下添加 h-BN对 Al2O3-C耐火材料显微结构、物理性能以及抗氧化性能的影响。结果表明: 添加 h-BN促进了 SiC晶须的生成, 在 1 400℃氮化后添加 h-BN样品的常温耐压强度和常温抗折强度较未添加 h-BN样品分别提高了 6%和 10%；添加 h-BN样品的抗氧化性能得以显著提升, 其中 1 500℃氮化后添加 h-BN样品的抗氧化性能较未添加 h-BN样品提高了 21%。
六方氮化硼 氮化温度 低碳铝碳耐火材料 抗氧化性能 物理性能 hexagonal boron nitride nitriding temperature low-carbon aluminum carbon refractories oxidation resistance physical properties
1 东华大学环境学院，空气环境与建筑节能研究所，上海 201620
2 上海污染控制与生态安全研究院，上海 200092
3 上海市安装工程集团有限公司，上海 200080
脂肪酸类相变材料(PCMs)在缓解建筑用能源危机上有着巨大的应用前景。本工作制备了月桂酸-肉豆蔻酸-硬脂酸(LA-MA-SA)的相变材料。以多孔网状膨胀石墨(EG)为热导率增强材料、硅藻土(DE)为定型材料，通过熔融浸渍法分别制备了含质量分数为2% EG、4% EG、6% EG、8% EG、10% EG的高热导率的LA-MA-SA/EG/DE定型复合相变材料，对定型复合相变材料进行微观结构分析和热物性测量。结果表明：LA-MA-SA与EG和DE为物理吸附过程且吸附效果良好。稳态法热导率测试发现，EG可以有效提高PCM的热导率，添加2%~10%的EG，热导率增强了29.7%~708.2%。通过泄漏测试发现，添加DE能够对复合物起到一定的定型作用，防止PCM的泄漏。对复合物进行100次DSC循环后，材料的相变温度和相变潜热均无明显变化。通过蓄/放热试验发现，LA-MA-SA/10% EG/10/% DE的石膏板在加热冷却过程中分别表现出良好的储、放热性能和较长的相对热舒适时间，较纯石膏板延长0.82 h。
脂肪酸 硅藻土 定型相变材料 热物性 fatty acid diatomite stabilized phase change materials thermal physical properties
山东省建筑材料制备与测试技术重点实验室，济南大学，济南 250022
硫铝酸盐水泥具有快硬早强、防腐抗渗和煅烧温度低等特性，目前已在一些领域中应用，但原材料成本高的缺点限制了其进一步推广。综述了利用固废煅烧硫铝酸盐水泥熟料的研究进展，讨论了煅烧工艺对熟料外观、矿物组成、水泥力学性能的影响，介绍了目前热门的固废种类选择方案及其作为生料煅烧硫铝酸盐水泥熟料的可行性，并归纳了水泥的水化性能，分析了现阶段研究的侧重点及主要研究结果，对目前存在的问题及发展方向进行了总结，以期为进一步研究和应用提供参考。
硫铝酸盐水泥 固体废弃物 煅烧工艺 物理性能 sulphoaluminate cement solid waste calcination process physical properties
1 贵州理工学院化学工程学院, 贵州 贵阳 550003
2 清华大学物理系, 北京 100084
AlO自由基在金属有机化学、 催化材料、 燃烧化学及天体物理学等领域受到人们的广泛关注, 研究外辐射场下对AlO自由基的物理特性和光谱特征的影响将有助于更深入理解和增强在相关领域的应用。 采用密度泛函理论B3PW91方法, 在6-311+G(3df, 2p)基组水平上优化了不同辐射场(-0.04~0.04 a.u.)下AlO自由基的基态稳定构型, 用同样方法计算了该构型的分子结构、 总能量、 能隙以及红外光谱、 拉曼光谱、 紫外可见吸收光谱受外辐射场的影响。 结果表明, 分子结构与辐射场有关。 在外辐射场变化范围(-0.04~0.04 a.u.), 自由基总能先小幅度增大(-0.03 a.u.达到最大值)后大幅度单调减小; 分子键长在负辐射场(-0.04~0 a.u.)没有明显变化, 但在(0~0.04 a.u.)正辐射场下单调变长; 偶极矩先减小(-0.03 a.u.达到最小值)后增大; 而能隙先不断增大(-0.04~-0.02 a.u.), 在(-0.02~0.03 a.u.)辐射场能隙基本稳定, 随后单调下降。 正辐射场(0~0.04 a.u.)对AlO自由基的振动频率和红外强度的影响较大, AlO自由基在0.04 a.u.辐射场下的红外光谱红移74 cm-1, 其对应光谱强度是未加辐射场的80倍; 正辐射场(0~0.04 a.u.)的拉曼光谱红移较明显, 在0.04 a.u.红移78 cm-1; 负辐射场(0~-0.04 a.u.)对拉曼光谱影响也较大, 在-0.03 a.u.辐射场下具有很强的拉曼活性是未加辐射场的688倍; 正辐射场(0~0.04 a.u.)下AlO自由基的紫外可见吸收光谱中原来无辐射场下的最大吸收峰(170 nm)蓝移了22 nm且吸收幅度减至一半, 在负辐射场范围内(0~-0.04 a.u.)该吸收峰也辐有蓝移其强度也有减弱趋势; AlO自由基的无辐射场下第二个最大紫外可见峰在正辐射场作用下, 其波长从282 nm一直递减蓝移13 nm和吸收强度递增至2.2倍, 负辐射场范围内(0~-0.04 a.u.)该吸收峰红移10 nm和吸收强度递增了6.2倍, 超过了无辐射场下最大吸收波长强度。
辐射场 物理特性 光谱特性 AIO AIO Radiation field Physical properties Spectra 光谱学与光谱分析
2020, 40(4): 1023
Author Affiliations
Abstract
1 Univ. Bordeaux, CNRS, Bordeaux INP, ICMCB, UMR 5026, F-33600 Pessac, France
2 Department of Electrical and Computer Engineering, University of Nebraska-Lincoln, Lincoln, NE, 68588, United States of America
The increase in both power and packing densities in power electronic devices has led to an increase in the market demand for effective heat-dissipating materials with a high thermal conductivity and thermal expansion coefficient compatible with chip materials while still ensuring the reliability of the power modules. Metal matrix composites, especially copper matrix composites, containing carbon fibers, carbon nanofibers, or diamond are considered very promising as the next generation of thermalmanagement materials in power electronic packages. These composites exhibit enhanced thermal properties, as compared to pure copper, combined with lower density. This paper presents powder metallurgy and hot uniaxial pressing fabrication techniques for copper/carbon composite materials which promise to be efficient heat-dissipation materials for power electronic modules. Thermal analyses clearly indicate that interfacial treatments are required in these composites to achieve high thermal and thermomechanical properties. Control of interfaces (through a novel reinforcement surface treatment, the addition of a carbide-forming element inside the copper powders, and processing methods), when selected carefully and processed properly, will form the right chemical/ mechanical bonding between copper and carbon, enhancing all of the desired thermal and thermomechanical properties while minimizing the deleterious effects. This paper outlines a variety of methods and interfacial materials that achieve these goals.
metal matrix composite physical properties interface/interphase copper carbon reinforcement International Journal of Extreme Manufacturing
2020, 2(1): 012002
1 北京理工大学物理学院，北京 100081
2 昆明冶金高等专科学校建筑工程学院，云南昆明 650033
3 昆明物理研究所，云南昆明 650223
4 云南省先进光电材料与器件重点实验室，云南昆明 650223
GeTe基半导体的非晶态，.-GeTe相和.-GeTe相可以相互转换，且在一定条件下稳定存在。利用高浓度空穴掺杂改善 GeTe热电和铁电性能，以及非晶相和晶相间的巨大差异和快速切换，使其在热电、自旋器件、相变开关、相变存储等多个领域具有很大的应用前景。此外， GeTe具有窄光学带隙和高载流子迁移率，有望用于高性能红外光电探测，然而其在红外光电探测方面还处于初始阶段。本综述在详述其性质及在热电、相变等领域应用情况的基础上，根据 GeTe的光电性质，展望了其在红外光电探测领域方面的应用。
GeTe薄膜 物理性质 GeTe应用 光电探测器 GeTe thin films, physical properties, applications
1 北京理工大学 光电学院, 北京 100081
2 海军装备研究院 系统所, 北京 100073
根据尾焰中气体的吸收特性, 基于蒙特卡洛法建立了尾焰红外辐射特性模型, 并用该模型计算了某型发动机尾焰在5个不同红外波段的辐射特性(1.32~1.69 μm, 1.56~2.27 μm, 2.27~3.8 μm, 3.8~8.3 μm, 8.3~20 μm).为了验证仿真模型的有效性, 进行了发动机点火试验.试验结果与仿真结果表明该型涡喷发动机在2.27~3.8 μm波段辐射最强, 在长波波段8.3~20 μm辐射面积最大.
物理光学 辐射效应 红外吸收光谱 尾焰 蒙特卡洛 Physical properties Radaition effect Infrared absorption spectroscopy Plume dynamics Monte Carlo calculation
