沈阳工业大学材料科学与工程学院, 沈阳 110870
利用高真空磁控溅射技术, 通过高纯Mg靶和自制Mg-Bi-Sn合金靶的顺序溅射沉积, 制备了Mg3Bi2/Mg2Sn纳米复合薄膜。沉积薄膜的晶体结构和相组成由X射线衍射(XRD)图谱确定, 表面形貌和化学成分用场发射扫描电子显微镜(FESEM)和能谱仪(EDS)进行观察、测量和分析。沉积薄膜的载流子浓度和迁移率通过霍尔实验获得, 电导率和Seebeck系数由Seebeck/电阻测试分析系统进行测量。结果表明, 沉积薄膜由Mg3Bi2和Mg2Sn两相组成, 随着薄膜中Mg2Sn含量的增加, 沉积薄膜的室温载流子浓度增加而迁移率下降。在整个测试温度范围内, 随薄膜中Mg2Sn含量的增加, 薄膜Seebeck系数不断升高而电导率下降。Mg2Sn相原子含量为28.22%的沉积薄膜在155 ℃获得最高功率因子为1.2 mW·m-1·K-2。在Mg3Bi2薄膜中加入适量的Mg2Sn第二相, 可明显提升Mg3Bi2薄膜材料的功率因子。
热电材料 Mg3Bi2/Mg2Sn纳米复合膜 Seebeck系数 相界面 载流子浓度 迁移率 电导率 thermoelectric material Mg3Bi2/Mg2Sn nanocomposite film Seebeck coefficient phase interface carrier concentration mobility conductivity
武汉理工大学硅酸盐建筑材料国家重点实验室，武汉 430070
为探究ZnO·Al2O3·nSiO2玻璃抗裂纹萌生能力(CR)随SiO2含量变化的演化规律，制备了一系列不同n值(n=2，2.35，2.5，2.65，3，3.5)的样品。基于CR和结构表征发现，CR随着n的增加呈先增大后减小的反常演化，并于n=2.5时出现极值(31.1 N)。这是源于随着n增大：(1)原子堆积份数逐渐减小，可致密化体积逐渐增加，从而导致CR逐步提高；(2)Al—O多面体结构单元含量逐步减少，导致CR逐步下降；(3)考虑到相界面对裂纹生长的强阻挡能力，中程异构分相(富Al和富Si相)致相界面数量呈先增多后减少的变化趋势，导致CR产生类似的非单调演化。上述三个因素的竞争和协同作用是该体系中CR呈反常演化的结构起源，但考虑到极值点附近较小的组分变化，中程异构致相界面数量随n增加呈现的非单调演变才应是CR呈反常演化的主要结构根源。
锌铝硅酸盐玻璃 抗裂纹萌生能力 玻璃结构 原子堆积份数 Al—O多面体 相界面 zinc aluminosilicate glass crack initiation resistance glass structure atomic packing density Al—O polyhedron phase interface
武汉理工大学, 硅酸盐建筑材料国家重点实验室, 武汉 430070
为探究准二元铝硅玻璃硬度和抗碎裂性随组分变化的结构起源, 采用激光加热气动悬浮技术, 制备了组分为xAl2O3·(100-x)SiO2 (30≤x≤63, 摩尔分数)的系列玻璃样品。利用显微维氏硬度仪对玻璃的硬度、抗碎裂性进行了详细表征。结果表明: 随着Al2O3含量增加, 玻璃硬度逐渐升高, 于x=63时硬度最大(8.94 GPa); 而玻璃的抗碎裂性随Al2O3含量的增加呈现非线性变化, 并于x=63时出现最大的抗碎裂性(19.49 N)。结构解析发现: 随着Al2O3含量增加, 原子堆积密度和平均场键能密度的升高是导致玻璃硬度上升的原因; 存在分相的玻璃中相界面可有效提升玻璃的抗碎裂性能, 而单相均匀玻璃中Al含量的提升亦会明显提升玻璃的抗碎裂性, 这两者之间的协同和相互竞争是准二元铝硅体系玻璃抗碎裂性出现非线性变化的结构根源。莫来石相区组分的玻璃结构类似, 抗碎裂性未发生明显的变化。
铝硅酸盐玻璃 气动悬浮技术 硬度 抗碎裂性 相界面 aluminosilicate glass aerodynamic levitation technology hardness crack resistance phase interface
中国科学院大学 材料科学与光电技术学院, 材料科学与光电技术中心, 北京 101400
纳米材料在纳米尺度展现出的特殊性质, 相较于宏观尺度材料表现出众多优异特性, 在力学、声学、光学、磁学、电学、热学等各种领域具有良好的应用前景。纳米材料的仿生自组装技术模拟活体生命活动, 使纳米材料基于非共价键的相互作用, 自发形成稳定结构, 现已成为制备纳米材料的主要方法之一。仿生自组装技术是“自上而下”方法中的重要技术手段, 这种合成方式有望代替传统的“自上而下”加工技术, 实现单个原子或分子在纳米尺度上构造特定结构和功能的器件。另外, 仿生自组装技术虽然以化学过程为主, 但又有物理过程, 并且结合了“仿生学”的优点, 具有定向构造纳米材料的特点, 是众多交叉学科的热门研究手段。本文重点介绍了纳米材料在形貌和性能调控中不同的仿生自组装合成策略, 包括屏蔽效应的位相选择自组装、双相界面协同效应的仿生自组装、场诱导定位效应的功能器件一体化制备、光诱导自组装以及羟基氢键驱动的分相自组装, 总结了仿生自组装纳米材料的特性, 归纳了自组装技术在传感器、表面拉曼散射、生物医疗等领域的应用, 并对纳米材料仿生自组装技术的发展前景进行了展望。
纳米材料 仿生自组装 屏蔽效应 双相界面 场诱导 综述 nanomaterials biomimetic self-assembly shielding effect biphasic interface field induction review
