Journal of Materials Science - JMS Article Abstracts in Chinese: Volume 59, Issue 16
The Editors of Journal of Materials Science are pleased to present a selection of abstracts translated into Chinese.
界面设计与纤维增强聚合物复合材料/强化混凝土的损伤：一项回顾 (this opens in a new tab)
Interfacial design and damage of fiber-reinforced polymer composites/strengthening concrete: a review
Hui Zhang, Xiaoyuan Pei, Zhengxin Yang, Shigang Luo, Minjie Yan, Liangsen Liu & Zhiwei Xu
纤维增强聚合物（FRP）复合材料因其高强度、耐腐蚀、轻便和施工方便而被广泛用于加固和修复建筑物。FRP与被加固建筑物之间的界面性质在有效传递应力中起着非常重要的作用，并在很大程度上决定了加固结构的使用小时数。因此，本文回顾了FRP加固混凝土的界面性质的研究进展。首先，介绍了FRP加固系统的组成。EB-FRP和NSM-FRP加固方法适用于加固不同的建筑物。然后，突出了界面性质的影响因素。界面剂的选择、被加固混凝土表面的粗糙度、温度和环境对加固效果有非常重要的影响。最后，总结了FRP与被加固混凝土之间的界面的主要损伤模式和失效机制。界面剂的选择决定了主要的失效模式。本文为进一步研究FRP加固混凝土的界面损伤机制提供了理论基础。
钼二硫化物基涂层在钛合金上的耐磨性：一项综述 (this opens in a new tab)
Wear resistance of molybdenum disulfide-based coatings on titanium alloys: a review
Mohan Li, Xinfang Zhang, Mingmei Cao, Zheng Zhou, Jinsong Rao, Shuang Yi, Yuxin Zhang, Jiawei Fu, Longmiao Chen & Songlin Ding
随着全球航空航天工业的快速发展，对航空结构材料的综合性能提出了更高的要求。其中，钛合金因其高强度、良好的耐腐蚀性和高热阻性，广泛用于火箭发动机壳体、火箭喷嘴导管和人造卫星壳体的设计。然而，钛合金表面的耐磨性差，使其难以适应在航空环境中的实际使用，特别是在高温和宽温条件下。研究人员发现，在钛合金表面制备钼二硫化物固体润滑涂层可以显著改善这个问题。本综述总结了MoS2基材料涂层的研究进展，包括MoS2基涂层组分的设计，以及MoS2基涂层的制备方法。因此，讨论了涂层中钼二硫化物基材料的单元、二元、多元和多层设计。此外，还回顾了当前MoS2基材料的制备方法，重点关注了通过MoS2-Ti涂层以及等离子体电解氧化（PEO）技术提高钛表面耐磨性的改进。最后，总结了当前钼二硫化物基材料研究的优点和缺点，旨在为钛合金在航空航天领域的实际应用提供一些参考。图形摘要
细菌纤维素在可持续时尚和纺织应用中的潜力：一项综述 (this opens in a new tab)
Potential of bacterial cellulose for sustainable fashion and textile applications: A review
Rajkishore Nayak, Donna Cleveland, Giang Tran & Frances Joseph
时尚和纺织制造行业越来越关注可再生和可生物降解的创新原材料。这些材料不仅可以减轻环境影响，还可以防止资源枯竭。细菌纤维素（BC）已经成为一种主要的候选材料，可以从茶、咖啡等各种天然成分中提取，只需在细菌微生物的存在下添加糖源。许多研究已经证明了BC在未来时尚中的潜力，一些品牌已经开始使用BC作为一种可持续的原材料。BC的应用范围从基本的服装和配饰到可穿戴电子产品。本文讨论了BC在时尚和纺织中的应用范围，将其定位为传统材料的可持续替代品。我们提供了一项全面的范围综述，涵盖了BC的独特性质，影响其生产的因素，以及过去十年在纺织品、服装和鞋类中的应用。BC在时尚中的优点多种多样：零废弃物制造，依赖可再生资源，减少环境污染，可生物降解。此外，使用BC符合联合国可持续发展目标6、7、12、13和15。然而，生产成本、可扩展性和质量方面存在挑战，此外，还有必要利用食品废弃物流，而不是争夺人类食品资源。解决这些挑战对于巩固BC作为未来时尚中关键可持续材料的地位至关重要。
柠檬酸和EFKA分散剂对基于叔丁醇 冻结铸造生产的氧化铝单体的性质的影响 (this opens in a new tab)
Influence of citric acid and EFKA as dispersants on the properties of alumina monoliths produced by tert-butyl alcohol-based freeze-casting
Giovana Magalhães dos Santos, Anna Carolina Britto de Faria, Saulo Lucas Pereira da Silva, Camila de Lima Ribeiro, Tomé Seichi da Nóbrega Guenka, Rodrigo Nunes de Souza, João Paulo Santiago de Assis Silva, Carlos Martins Aiube, Daniel Dornellas Athayde, Luiz Fernando de Sousa Lima, Adriano Possebon Rosa, Nelcy Della Santina Mohallem & Alysson Martins Almeida Silva
在这篇论文中，首次在氧化铝浆料叔丁醇基冻结铸造中使用EFKA FA 4663（EFKA）分散剂，并与常用的阴离子分散剂柠檬酸（CA）进行比较。在过程开始时，对两种分散剂在不同的超低冻结温度（-170至-130°C）下进行了比较分析。使用EFKA得到的单体表现出有希望的性质，这是因为它通过电静力相互作用和空间阻碍稳定了氧化铝颗粒，与只通过电静力相互作用促进氧化铝颗粒稳定的CA相比，这是一个显著的改进。使用不同的分散剂以及控制冻结温度，显著影响了单体的微观结构性质。单体呈现出具有高连通性的棱柱形孔隙几何形状，形成了复杂的孔道，总孔隙度高达64.7%，开放孔隙度高达48.5%。结果证实，改变分散剂类型导致了材料中获得的晶粒尺寸（最高23.1%）和孔径尺寸（最高30.5%）的差异。使用EFKA分散剂生产的单体由于其分散机制提供了墙体的增厚，表现出了相当的抗压强度，高达11.7 MPa，证实了分散类型对材料最终性质有强烈影响。因此，分散剂类型被证明是另一个可以精细化氧化铝单体性质的参数，突出了在所研究的系统中使用EFKA作为有希望的替代品。图形摘要
两步制备钢渣-木质素混合材料以有效去除甲基蓝 (this opens in a new tab)
Two-step preparation of steel slag–lignin hybrid materials for effective removal of methylene blue
Zhaohui Zhang & Jiaxiang Liu
在这项工作中，通过复合钢渣（SS）和碱木质素（AL）得到了一种钢渣-木质素混合材料（SS-AL），用于处理染料废水。通过引入更多的活性官能团（-COOH，-OH等）对AL进行了改性。然后，它与SS复合，得到具有更多活性官能团的混合材料。对SS-AL的化学结构、物理性质和吸附性能进行了表征。吸附实验的结果显示，SS-AL对甲基蓝（MB）的吸附遵循Langmuir和Freundlich模型，表明吸附过程涉及单层和多层吸附。在338K时的最大吸附容量为78.13mg/g。去除效率可以在30分钟内达到92.98%。SS-AL的吸附过程也符合假二阶动力学模型，证明了化学吸附在吸附过程中的参与。SS-AL也具有良好的可回收性，经过五个周期后，其对MB的去除效率仍然可以保持在80%以上。这项工作证明了复合钢渣和木质素生物质材料的可行性，也为SS-AL在染料废水净化中提供了新的思路，实现了钢渣和木质素的资源化利用。
利用离子刻蚀策略构建超轻量CoNi合金改性电纺碳纤维复合材料，以实现高效电磁波吸收 (this opens in a new tab)
Utilizing ion-etching strategy to construct ultra-lightweight CoNi alloy-modified electrospun carbon fiber composites for efficient electromagnetic wave absorption
Yijing Zhang, Jiawei Ding, Chuangchuang Gong, Jin Cui, Yuanyuan Fu, Hongwei Cong, Chunnian He, Chunsheng Shi & Fang He
在电磁波（EMW）吸收器的实际应用中，同时满足轻量化特性和高效吸收性能的两个重要因素仍面临相当大的挑战。在这项工作中，通过离子刻蚀策略制备了超轻量的CoNi合金纳米颗粒均匀分布改性碳纳米纤维复合材料（CoNi@CNFs）。碳纤维构建了一个三维导电网络，增强了吸收器的导电损耗能力。极化损耗由碳骨架的缺陷和碳纤维与CoNi金属颗粒表面之间形成的众多异质界面增强。CoNi@CNFs的阻抗匹配性能通过Ni2+刻蚀过程产生的磁电协同效应进行优化。在17.58 GHz的频率下，最小反射损耗（RLmin）可以达到-52.34 dB，有效吸收带宽覆盖完整的Ku带在7.0 GHz（11.0-18.0 GHz）。在-60°到60°的范围内，使用CST模拟计算的样品的雷达截面值小于-10 dBm2。这对于在高频环境中实现EMWs的隐身能力至关重要。这项研究为开发具有实际潜在应用的高吸收、轻量化EMW吸收器提供了有效策略。图形摘要利用离子刻蚀策略构建超轻量CoNi合金改性电纺碳纤维复合材料，以实现高效电磁波吸收。
通过磁性颗粒诱导的原位加热技术对环氧树脂进行烘炉外固化 (this opens in a new tab)
An out-of-oven curing technique for epoxy resin via magnetic particle-induced in situ heating
Yichao Li, Ao Sun, Xiafen Hu, Dan Wu, Lei Hao, Youwei Yan & Zhaojun Xi
环氧树脂的烘炉外固化对于制造先进的复合结构至关重要，而且需要经济和能源效率的技术。在这项研究中，我们调查了磁性颗粒（MP）诱导的原位加热技术对环氧树脂的加热温度和机械性能的影响。结果显示，该技术迅速提高了环氧树脂的温度，并稳定地加热聚合物，直到其完全固化。随着MP浓度从6 wt%增加到22 wt%，加热比率从3.27 °C/min显著增加到8.96 °C/min，加热温度从92.61 °C稳定增加到115.03 °C。MP的表面改性提高了加热场的均匀性和交联性，也增加了加热比率和稳定加热温度。仅通过2.5小时的感应加热，负载为6 wt%、13 wt%和22 wt%的功能化MP/环氧样品的弯曲模量和强度分别比烘炉固化的对照样品高出45.1%、42.8%、40.5%和6.3%、33.5%、39.4%。这些发现为无需烘炉制造先进的聚合物复合结构提供了必要的知识。
源自填充凝胶乳液的高绝热聚合物气凝胶 (this opens in a new tab)
Highly insulating polymeric aerogels derived from hollow material-filled gel emulsion
Jianfei Liu, Xiaolong An, Yang Yang, Hui Yang, Wan Rong & Kaiqiang Liu
开发具有高热绝缘性能和优异机械韧性的气凝胶材料，对于在各种条件下的实际应用，包括多种温度和湿度范围，具有重大的兴趣。然而，目前可用的许多气凝胶材料的热绝缘能力有限，从而阻碍了具有特定功能材料的开发。因此，构建在广泛温度范围内具有出色热绝缘性能的大块材料至关重要。在这项工作中，我们通过使用水调控的添加剂加载软模板策略，设计并合成了中空玻璃微球交联聚合物气凝胶。由此产生的复合气凝胶具有三维分层互连网络，具有高孔隙率（95.0%）和低密度（40 mg cm−3）。这些气凝胶展示出优异的机械性能，压缩强度为0.40 MPa，以及异常的热导率23.0 mW m−1K−1，低于通常接受的超绝热标准。值得注意的是，即使在高达210°C的温度下，这些气凝胶的热导率也保持在32.0 mW m−1K−1以下。因此，通过低成本、环保和可扩展的技术合成的机械强度强和超绝热的聚合物气凝胶，作为实用的热绝缘材料，对于广泛的应用具有重大的前景。
基于钴的金属有机框架（Co-MOF）薄膜具有高电容，适用于超级电容器电极 (this opens in a new tab)
Cobalt-based metal–organic framework (Co-MOF) thin films with high capacitance for supercapacitor electrode
A. A. Bhoite, V. B. Hubale, V. A. Sawant & N. L. Tarwal
超级电容器是能源存储的先进形式之一，它具有许多优点，包括高功率密度和快速充放电速率。金属有机框架（MOFs）是潜在的超级电容器电极材料，已经得到了深入的研究。在这项研究中，我们使用了一种简单且经济的溶热法在不锈钢基底上制备了基于钴的MOF薄膜。不同的物理化学技术，如XRD，FT-IR，FESEM，EDAX和元素映射被用于Co-MOF薄膜的表征。XRD研究表明Co-MOF薄膜是晶体的。FESEM分析显示在不锈钢基底上呈纳米片状形态。EDAX分析确认了Co-MOF结构的组成。此外，Co-MOF是一种伪电容型材料，其在电流密度为1 mA cm−2时提供了良好的比电容，为980 F g−1。这项工作的结果为优秀的超级电容器性能提供了一种可持续的电极材料，并可能为生产具有优秀电荷存储能力的MOF材料开辟新的途径，同时具有成本效益。
通过煅烧温度调控Ni粒子/碳复合物的微波吸收性能 (this opens in a new tab)
Tunable microwave absorption properties of Ni particles/carbon composites by calcination temperature
Yupeng Wei, Meng Zhang, Changze Li, Xudong Wang, Jiankang Zhang, Shan Chen, Jingpeng Lin & Rongzhen Xiao
随着5G时代的到来，电磁污染问题变得越来越严重。开发高性能的电磁吸收材料是解决该问题的有效途径。在这项研究中，我们使用一次性纱布口罩作为原材料，通过浸渍过程和后续煅烧来制备用于微波吸收应用的Ni粒子/碳复合物。Ni粒子/碳复合物主要由层状碳和Ni粒子组成。Ni粒子/碳复合物中的Ni粒子被石墨相包围，形成Ni/C核壳结构。从在850°C下煅烧的Ni粒子/碳复合物中获得了强RL为-42.8 dB，厚度为1.5 mm，以及有效吸收带宽为3.63 GHz。这项工作为一次性纱布口罩的应用提供了新的思路。
利用高种子密度和热丝化学气相沉积法研究CH4浓度对图案化钻石早期生长阶段的影响 (this opens in a new tab)
Effect of CH4 concentration on the early growth stage of patterned diamond using high seeding density and hot filament chemical vapor deposition
Florence A. Nugera, Dipa Devkota, K. C. Anupam, Anival Ayala, Ganesh Aryal, Chris Engdahl, Edwin L. Piner & Mark W. Holtz
本文描述了一种自下而上的方法，利用聚合物辅助种子和光刻技术在硅基板上生长图案化的多晶钻石。钻石种子密度大于1011cm−2。图案由微米到毫米大小的明确定义特征组成。进行了系统的研究，以探讨CH4浓度（在H2中为1.5、2.0、2.5和3.0%）对使用热丝化学气相沉积法生长的钻石的影响。该研究关注的是30分钟、45分钟和2小时处理时间后的早期生长阶段。使用扫描电子显微镜和原子力显微镜测量多晶钻石的厚度、生长速率、晶粒大小、晶粒形态和表面粗糙度。SEM横截面图像证实了在基板界面处无空隙的高种子钻石膜的生长。观察到随着CH4浓度的增加，横向粒子大小呈增加趋势，最高CH4浓度时达到约365 nm。使用UV微拉曼光谱检查材料质量，包括线扫描以研究图案特征的均匀性。结果显示，较高的CH4浓度导致线宽变窄和钻石的相对积分强度增高。这些特性与早期生长阶段钻石质量的改善一致。
多阶段稳定化和高强度纳米多孔Si@C用于锂离子电池的简单制造 (this opens in a new tab)
Multi-stage stabilization and high-strength nano-porous Si@C for simple fabrication of lithium-ion batteries
Xue Li, Chenxi Liu, Anding Xu, Songping Wu & Liming Wang
硅作为锂离子电池（LIBs）中广泛使用的阳极材料。然而，由于在锂化过程中体积膨胀显著以及电导率不足，其实际应用面临重大挑战，限制了其在高能量密度LIBs中的使用。为了解决这些挑战，本研究强调开发一种用于制造高强度纳米多孔Si@C复合材料的大规模可生产的方法。这种材料作为锂离子电池的阳极材料显示出巨大的潜力，提供了多阶段稳定性。研究重点是修改商业硅粉，然后进行直接且大规模的多阶段稳定化合成过程，最终成功合成了坚固的纳米多孔Si@C复合材料。值得注意的是，这些纳米多孔Si@C复合材料展示出出色的电化学性能，具有高放电容量，为3001.5 mAh g–1在0.2 A g–1和1407.9 mAh g–1在1000个周期后在2 A g–1。它们展示了令人印象深刻的速率能力，为856.4 mAh g–1在10 A g–1，展示了82.5%的初始库仑效率。总的来说，这种系统方法为开发高性能基于硅的阳极材料提供了有希望的进步，用于下一代LIBs，具有改进的能量密度和循环稳定性。
用于肌电图（EMG）感测、压力感测和热加热应用的多功能Cu/杨树-PLA导电无纺布 (this opens in a new tab)
Multifunctional Cu/poplar-PLA conductive nonwoven fabric for electromyography (EMG) sensing, pressure sensing, and thermal heating applications
Mohammad Shak Sadi, Nazmun Nahar & Eglė Kumpikaitė
一种可持续的无纺布由天然可生物降解的废弃杨树种子纤维和PLA纤维开发而成，使用针刺技术，然后通过无电镀沉积铜金属粒子。通过扫描电子显微镜和能量散射X射线光谱分析获得的表面特性证实了铜粒子与杨树-PLA无纺布的成功整合。铜粒子的存在显著提高了基材的机械性能，并赋予其优越的电导率（∼0.6 Ω/cm）。Cu/杨树-PLA织物展示出了用于高效可穿戴感测应用的巨大潜力，例如检测由手部肌肉的收缩-松弛引起的EMG信号，并实时捕获变化的压力（例如，手指敲击和配重压力）。此外，快速的热量产生（在3.5 V下45秒内温度达到78.9°C）和均匀的分布确保了基材对可穿戴热加热设备的可行性。通过加热附着在手指上的Cu/杨树-PLA基材进一步证实了这一点，这导致手指选择区域的温度剖面保持一致，表明其适用于个性化舒适或治疗的区域特定温度管理。这项工作提供了一种新颖且简便的方法，用于开发下一代可穿戴感测和加热的可持续电子纺织品。
溶热合成的碲化铋六角片作为锂离子和钠离子电池的高效阳极材料 (this opens in a new tab)
Solvothermally synthesized bismuth telluride hexagonal platelets as an efficient anode material for lithium- and sodium-ion batteries
Shaik M. Abzal, Sai Lakshmi Janga, Y. Bhaskara Rao, Sumit Khatua, Kurapati Kalyan, Paramita Maiti, Rajkumar Patel, Laxmi Narayana Patro & Jatis Kumar Dash
本研究探索了溶热合成的碲化铋(Bi2Te3)六角片作为锂离子和钠离子电池的有前景的阳极材料的能力。Bi2Te3阳极材料在电流密度为100 mA g−1的锂金属对比下表现出高达837 mA h g−1的初始放电容量，而在电流密度为20 mA g−1的钠金属对比下，同样的材料表现出678 mA h g−1的初始放电容量。通过使用恒电流充放电和循环伏安法测量，研究了Bi2Te3片中的锂和钠储存机制。利用X射线衍射、扫描电子显微镜、透射电子显微镜和拉曼光谱技术，检查了Bi2Te3六角片的结构特性、表面形貌和晶格振动模式。此外，还使用了傅立叶变换红外光谱法来确定功能团的存在，以及X射线光电子能谱法来进行Bi2Te3样品的元素分析。图形摘要
TiO2覆盖率对直接甲酸燃料电池中使用的Pd-TiO2/MWCNT负载催化剂活性和稳定性的影响 (this opens in a new tab)
Influence of TiO2 coverage on activity and stability of Pd-TiO2/MWCNT-supported catalysts used in direct formic acid fuel cells
A. Malolepszy, M. Mazurkiewicz-Pawlicka, L. Stobinski, B. Lesiak-Orłowska, B. Mierzwa, L. Kövér, J. Tóth & Yuan Chih Chang
在直接甲酸燃料电池中，研究了负载在功能化多壁碳纳米管（f-MWCNTs）上的Pd和TiO2催化剂在甲酸电氧化反应中的表现。通过微波辅助水热法在f-MWCNTs上沉积了TiO2（5-60 wt.%负载）。通过用硼氢化钠还原钯（II）氯化物盐，在TiO2/f-MWCNTs上沉积了20 wt.%的Pd。通过XRD、STEM、HR-TEM、TGA、XPS/XAES（Pd、Ti、O谱线特征、价带态密度、俄歇参数）对催化剂的结构和组成进行了表征。Pd和TiO2的平均晶粒尺寸从XRD（3-4 nm）与HR-TEM（3-5 nm）的结果一致。低TiO2覆盖率（低于32wt.%）显示出较小的晶粒，这是由于表面亲水性增强，TiO2氧空位数量增多并附着有Pd纳米颗粒，以及Pd-TiO2界面的价带态密度增加。相反，较高的覆盖率表明Pd-O-Ti、Ti-O-C、Pd-O-C界面的数量较少，电子电荷从TiO2转移到f-MWCNTs和Pd。催化剂活性（40-106 mWmgPd-1）和稳定性（5-240 h）在低TiO2覆盖率（4-8 wt.%）下得到提高，这是由于氧空位上强Pd-TiO2界面，改善的电子传输和高活性表面积。Pd的振荡自清洁机制是由于-OH基团（TiO2，f-MWCNTs）的氧化，以及氢和CO溢出。
超高强度和韧性的PVA/硅酸盐混合水凝胶 (this opens in a new tab)
PVA/silica hybrid hydrogel with ultra-high strength and toughness
Xiansheng Tan, Caiying Liang, Shihang Bai, Pei Lan, Yan Ren, Jianhao Zhao & Jianhua Rong
由于具有良好的生物相容性，聚乙烯醇（PVA）水凝胶吸引了许多生物材料研究者的注意。然而，通过冻融法制备的纯PVA水凝胶的强度低和韧性差限制了其应用。在这项研究中，硅酸盐被用来增强PVA水凝胶的性能。与以前的PVA/SiO2水凝胶不同，尿素被用来调节硅酸盐在PVA中的形成和分布，这大大提高了水凝胶的机械性能。得到的PVA(尿素)/SiO2水凝胶的拉伸应力和韧性分别达到8.10 MPa和44.45 MJ/m3，分别是纯PVA水凝胶的39倍和212倍。在PVA(尿素)/SiO2水凝胶中，SiO2对水凝胶既有增强效果也有增韧效果，这与普通的复合水凝胶非常不同。此外，PVA(尿素)/SiO2水凝胶在循环拉伸和恢复测试中，随着拉伸恢复次数的增加，显示出独特的自增强特性。因此，通过简单策略构建的具有高强度和韧性的PVA(尿素)/SiO2水凝胶是软骨修复的潜在候选者。
硅量子点-蛋白质复合物的制备及其在抗菌、抗生物膜和细菌细胞成像中的应用 (this opens in a new tab)
Preparation of silicon quantum dot–protein complex and application in antibacterial, antibiofilm, and bacterial cell imaging
Dan Zhao, Yan Jiao, Huan Liu, Xiaoyun Li, Mengyu Xu, Xincai Xiao & Haiyan Zhao
细菌和生物膜感染对临床治疗提出了巨大挑战。本研究报告了长波长发射硅量子点（SiQDs）作为抗菌和抗生物膜剂，以及用于多色细菌成像的应用。准备并筛选了几种SiQDs-蛋白质复合物，以获得高效抗菌纳米复合物，而SiQDs-聚赖氨酸（SiQDs-PLL）展示出最佳的抗菌行为，其对金黄色葡萄球菌（S. aureus）和大肠杆菌（E. coli）的最小抑菌浓度分别为10和15.62 μg mL−1，优于纯SiQDs的能力。与Cu2+和Mn2+相比，Zn2+与SiQDs-PLL结合也显示出增强的抗菌活性，这是由于协同效应。此外，与SiQDs相比，SiQDs-PLL对S. aureus生物膜显示出优秀的抑制效果，通过完全抑制其生长，并在60和200 μg mL−1的浓度下实现62.13%的生物膜去除率。探索了SiQDs和SiQDs-PLL的抗菌机制：SiQDs和SiQDs-PLL通过破坏细菌细胞膜并促进细胞内容物（DNA和RNA）的泄漏，从而发挥抗菌效果，因此显示出作为临床环境中抗微生物剂的理想候选物的潜力。由于其优秀的光学性能和低细胞毒性，SiQDs和SiQDs-PLL也展示出在细菌成像中的潜力。图形摘要
使用元素粉末进行Cu-Cr-Nb合金的激光增材制造 (this opens in a new tab)
Laser additive manufacturing of Cu–Cr–Nb alloys by using elemental powder
Zixiang Dai, Xiao Liu, Hongbin Xie, Weimian Guan, Mingyu Gao, Shunchao Li, Youliang Wu, Xuezhang Xiao, Guoping Ling, Guohuan Bao, Jiabin Liu & Youtong Fang
在最近的发展中，Cu-Cr-Nb合金已经成为一种有前景的材料，它在机械性能和电导率之间提供了理想的平衡，使其适合复杂的高热通量应用。然而，Cu-Cr-Nb合金的激光增材制造遇到了显著的挑战，主要源于与Cu-Cr-Nb合金粉末相关的限制。认识到粉末原料在增材制造中的关键作用，本研究采用球磨技术来解决相关的挑战。具体来说，通过机械球磨Cu、Cr和Nb的元素粉末得到一种粉末，用于制造Cu-Cr-Nb原材料，该粉末呈现出独特的芝麻球结构，并有效地减轻了Cu粉末的固有高反射性。得到的磨粉代表了从依赖氩气雾化生产Cu-Cr-Nb合金粉末的传统方式的显著转变。然后，该研究包括使用激光定向能量沉积制造五种不同的Cu-Cr-Nb块体合金，范围从Cu-1Cr-0.5Nb到Cu-12Cr-6Nb。打印出的Cu-Cr-Nb合金展示了令人赞赏的密度，基于视觉分析超过99%，并展示了类似于通过传统熔融和粉末冶金方法实现的铸件的机械性能。值得注意的是，在所有的块体合金中都观察到了Cr2Nb粒子，其大小与Cr + Nb含量成正比增加。抗拉强度与Cr + Nb含量呈正相关，而延伸和导电性呈反相关。这些发现对于推进Cu-Cr-Nb合金在需要定制性能特性的各种应用中的利用具有重要的前景。
变形和热处理参数对锻造TB18钛合金微观结构和性能的影响 (this opens in a new tab)
Effect of deformation and heat treatment parameters on the microstructure and properties of forged TB18 titanium alloy
Qiang Fu, Wei Xiang & Wuhua Yuan
TB18钛合金是一种具有高强度和良好塑性的近β-钛合金。然而，其微观结构和机械性能受其变形和热处理参数的影响。通过自由锻造实验，研究了变形道次、变形温度和热处理温度对TB18钛合金微观结构和机械性能的影响。结果表明，变形道次对热处理后样品的机械性能影响有限。热处理后获得了三种类型的微观结构：等轴或针状初生α(αp) + 透镜状次生α(αs)、长或短棒状αp+ 透镜状αs、和Widmannstattenα(αWGB) + 晶界α(αGB) + 透镜状αs。等轴或针状αp+ 透镜状αs微观结构具有最佳的延伸率和断面收缩率，这归因于αp相中裂纹的形核和扩展引起的穿晶断裂。长或短棒状αp+ 透镜状αs微观结构具有最佳的抗拉强度和屈服强度，这归因于分散的αs相引起的界面强化。αWGB+αGB+ 透镜状αs微观结构具有最佳的断裂和冲击韧性值，这归因于裂纹在交叉晶界处的偏转，增加了裂纹路径长度，消耗了更多的能量。当在(α+β)两相或β单相区域变形加上在β单相区域热处理时，获得了最佳的综合机械性能。
通过刷镀法制备Ni/nano-Al2O3复合涂层的耐磨性 (this opens in a new tab)
Wear resistance of Ni/nano-Al2O3 composite coatings by brush electroplating
Meiyu Gao, Zhiliang Pei, Guihong Song, Zhiyang Liu, Honglei Li & Jun Gong
在这项研究中，通过在Ni镀液中添加nano-Al2O3颗粒，以及通过交替刷镀，分别在304不锈钢基材上制备了Ni/nano-Al2O3复合涂层和Ni/Ni-Al2O3多层涂层。研究了复合涂层和多层涂层的微观结构、硬度和耐磨性。结果显示，涂层中添加Al2O3纳米颗粒显著影响了晶粒的大小和生长方向。涂层的Al2O3含量和硬度首先增加，达到最大值603 HV，然后随着Ni镀液中Al2O3纳米颗粒添加量的增加而减少。摩擦系数、磨损损失和磨损速率显示出相反的趋势。就质量损失和磨损速率而言，涂层的耐磨性随着涂层中Al2O3含量的增加而增加。适当添加（20-25 g L−1）的Al2O3纳米颗粒可以有效提高刷镀Ni涂层的耐磨性。最小磨损速率为2.2-2.3 10−5mm3N−1m−1。多层结构涂层可以通过层界面和晶界防止或延迟微裂纹的产生和生长，并增加无裂纹的涂层厚度。多层涂层具有与单层涂层相当的硬度（595 HV）和摩擦学性能。图形摘要
碳酸钙晶须对水泥浆体的凝结行为、自生收缩、干燥收缩和微观结构的影响 (this opens in a new tab)
Effect of calcium carbonate whiskers on the setting behavior, autogenous shrinkage, drying shrinkage, and micro-structure of cement paste
Shaoyong Wen, Yuxiang Li, Guisheng Yao & Mingli Cao
提高水泥浆体的体积稳定性对于设计高强度和高耐久性的水泥基材料至关重要。因此，本研究提出了一种新颖的方法，使用具有高长径比和高模量的碳酸钙晶须（CW）来控制水泥浆体的自生收缩和干燥收缩，并通过显微实验揭示了其调控机制。结果显示，水泥浆体中添加3体积%的CW对减少自生收缩和干燥收缩的影响最为显著，分别减少了33.2%和19.8%。一方面，CW具有延缓效应，减少了由于快速水化引起的收缩裂缝。其次，CW的锁水效应减缓了水的快速蒸发，从而减少了由于水分损失在毛细孔中产生的机械应力，同时也减少了低质量损失。此外，CW通过穿越毛细孔限制了由于水分损失引起的毛细孔的收缩和变形，CW还在微观结构中形成了三维网络结构，增加了浆体的整体体积稳定性。值得一提的是，作为微米级纤维的CW还桥接了由于收缩产生的微裂纹，展现了CW的增强效应。
声学冲击波诱导的可逆相变（菱形到六方）的碲化铋 (this opens in a new tab)
Acoustic shock wave-induced reversible phase transition (rhombohedral to hexagonal) of bismuth telluride
F. Irine Maria Bincy, S. Oviya, Raju Suresh Kumar, P. Kanappan, Ikhyun kim & S. A. Martin Britto Dhas
碲化铋(Bi2Te3)由于其热电性能，是光电子和能量转换设备中的有趣半导体材料；然而，它的稳定性和耐久性有限。在高压下，我们可以微调其性能，可能增强其能力。本文使用半自动的Reddy管来探索碲化铋在动态压力下的行为。购买了商业上可获得的碲化铋，并将其暴露于100、200、300和400的不同数量的冲击脉冲下，瞬态压力为2 MPa，瞬态温度为864 K。使用XRD、Raman、UV-DRS、PL和SEM来表征Bi2Te3和冲击载荷的Bi2Te3。XRD和Raman研究证实，Bi2Te3在300次冲击脉冲下从Bi2Te3到Bi4Te5（菱形到六方）发生了相变。使用UV-DRS和PL确定了Bi2Te3的光学性质；带隙和PL强度随冲击脉冲的数量而变化。扫描电子显微镜用于分析样品形态。我们的发现揭示了碲化铋在动态冲击波下从Bi2Te3到Bi4Te5的可逆相变，这是以前未曾报道过的。使用传统的合成方法，Bi4Te5消耗大量时间，导致杂质和样品质量问题。我们的结果揭示，快速和可逆的相变以及对动态冲击波的独特响应将允许出色的技术应用，无需长时间和复杂的合成方法，提供增强的稳定性和能量转换设备的潜在进步。解释了冲击波如何启动相变的过程。
在激光处理后的高Sc含量Al-Sc合金中的转变微观结构和成核晶体学 (this opens in a new tab)
Transformation microstructure and nucleation crystallography in high Sc-contained Al–Sc alloys after laser treatment
He Jinjiang, Jia Qian, Wang Xingquan, Cao Xiaomeng, Ding Zhaochong, Cao Ziqi & Gu Xinfu
高Sc合金化的Al-Sc溅射靶被应用于通过反应磁控溅射生产Sc掺杂的AlN (Al1−xScxN)薄膜。溅射过程要求Al-Sc溅射靶具有细小且稳定的晶粒尺寸，特征为随机取向。在这项工作中，对Al-(10原子%，20原子%) Sc合金应用了不同扫描速度的激光处理，并使用电子背散射衍射(EBSD)方法和透射电子显微镜(TEM)对微观结构进行了表征。结果表明，激光处理增强了Sc在基体中的溶解度；然而，固化过程中的成核晶体学在这些合金中有所不同。在Al-20Sc中观察到外延生长，保持了大的晶粒尺寸，扫描速度不同。相比之下，Al-10Sc展示出细化的晶粒尺寸，减小到大约2微米，相比于铸造合金中的200微米。激光处理产生了超过40%的孪晶边界，导致纹理的随机化和通过孪晶变体细化晶粒尺寸。这项研究展示了通过激光扫描对Al-10Sc溅射靶进行晶界工程的可行性。图形摘要
激光冲击强化对S51740不锈钢旋转弯曲疲劳抗力的影响 (this opens in a new tab)
The effect of laser shock peening on the rotating bending fatigue resistance of S51740 stainless steel
Xiangyu Ding, Junlong Zhang, Shutong Yu, Zonghong Jiang, Jida Zhong, Sijie Ma, Shengchao Wang, Hongliang Li & Cheng Wang
本文主要研究激光冲击强化对S51740不锈钢圆棒试样的旋转弯曲疲劳寿命的影响。通过结合模拟计算和实验，研究了激光冲击强化对材料性能的改善。主要结果如下：有限元模拟得出了三组用于研究的激光处理参数（LPS-1，LSP-2，LSP-3）。疲劳试验结果显示，激光冲击强化可以有效地提高材料的疲劳寿命，与未强化的试样相比，LSP-2试样的疲劳寿命增加了350%。EBSD分析显示，LSP-2试样的表现最好。验证了当激光处理参数为LSP-2时，S51740不锈钢的材料性能大大提高。
粒子取向对AZ31合金板材腐蚀行为的影响 (this opens in a new tab)
Effect of grain orientation on the corrosion behavior of AZ31 alloy sheet
Qingshan Yang, Dan Zhang, Zhuo Chen, Jiawei Zhang, Cheng Zhang & Hongwei Yan
修改粒子取向被认为是提高Mg合金抗腐蚀性的关键方法。本研究旨在通过预拉伸变形，特别是沿挤压方向（ED）的压缩（6.8%）来改善AZ31合金板的腐蚀性能。为了消除孪生结构，预拉伸变形后进行了再结晶退火处理。为了研究Mg合金的腐蚀性能，我们进行了电化学和氢演化试验，这些试验提供了关于微观结构对Mg合金抗腐蚀性影响的见解。结果表明，腐蚀抗性受到预拉伸变形后形成的孪生晶粒边界的改变。此外，具有//ED取向的再结晶纹理表现出最高的腐蚀抗性，这突显了粒子取向所起的重要作用。