材料与化工专业学位研究生培养研究——以浙江大学为例

“新工科”背景对工程技术人才综合能力的培养提出了更高的要求,文章以浙江大学材料与化工专业学位研究生培养为例,从重构培养课程体系、建立产学研融合的实践基地、加强培养过程管理和质量保障等方面出发,探讨材料与化工专业学位研究生培养路径,并总结存在的问题和对策,以期为专业学位研究生培养提供参考。

关于开放科学和构建材料学科开放创新生态的思考

当前,开放科学运动席卷全球,世界多国及相关组织纷纷制定开放科学相关路线图。我国已出台开放科学相关的法律条文,但是尚未发布开放科学相关的实践路线图。为把握开放科学带来的发展机遇,在概述开放科学概念及发展的基础上,以浙江大学材料学科为例,分析在开放出版、国际合作、仪器设备、开放文化等方面的开放科学实践现状,并对构建材料学科开放创新生态进行了进一步思考。

“双一流”背景下研究生国际学术交流能力的培养:浙江大学UPP课程的设计与启示

在推动“双一流”建设和高等教育内涵式发展的背景下,研究生亟须具备更高水平的科研创新和学术交流能力。浙江大学于2018年冬季学期开设了“英文期刊论文写作与学术报告:Understanding Publication&Presentation”跨学科课程,作为对传统学术英语课程的全方位改革尝试。课程由多个学科的资深专家学者合作讲授,面向全校研究生开放,以学术研究创新、论文写作与学术报告、学术论文发表、科学研究的可持续发展为主线,为研究生的学术研究生涯提供全过程指导。该课程针对性地解决了学术英语课程普遍存在的形式化严重,互动性、融合性和学生学习主体性不足等问题,取得了良好的实践成效,为推动科教融合、师生协同以及“金课”建设提供了可借鉴的经验。

储氢材料虚拟仿真实验的设计与教学实践

针对固态储氢材料制备及性能测试线下实验教学中存在的时间、空间和深度限制,设计建设了虚拟仿真实验。实验内容包含一类材料、两个体系、两类制备技术、三种性能测试方法,并且结合动画展示材料内部原子级别的反应机理,既让学生亲自体验、直接观察每一步实验过程,又能深入理解实验机理,实现了多个维度的以虚补实和探究型的实验教学,有利于培养学生的自主学习能力和实践创新能力,提升材料科学与工程专业实验教学的质量和水平。

面向光电材料专业创新需求的课程教学模式探索——以“薄膜材料技术与物理”课程为例

为给半导体行业国产装备的替代研发、攸关国家战略安全的关键“卡脖子”技术突破提供人才储备,按照卓越创新人才培养目标,根据学科特色,通过与专业知识有机结合,调整教学内容,改进教学方法,培养学生的思维能力和应用能力,培养满足光电功能与信息材料类学科创新需求的卓越人才。通过教学改革,建立完整的,符合高端化、国际化、工程化培养要求的,适合光电功能与信息材料类学科创新需求的课程教学模式。改革成果将对光电功能与信息材料类专业的其他专业基础课程以及其他高校光电功能与信息材料类专业的教学改革具有重要的参考价值。

从高校学科建设角度浅谈培育新材料领域新质生产力

发展新质生产力是把握科技革命机遇的战略抉择,是立足新发展阶段的重大部署,是推动经济高质量发展的内在要求,也是塑造经济发展新动能的根本途径。高校是人才培养、科学研究和社会服务的重要基地,是促进新质生产力发展的关键力量。新材料是培育新质生产力的重要引擎和物质基础,也是新形势下构筑新优势的重要途径。从高校学科建设角度浅谈培育新材料领域新质生产力,主要从学科方向设置、科学研究范式、人才培养模式、师资队伍建设、加速成果转化、国际交流合作方面等六方面开展讨论。

Cu含量对Ag/LSCO电接触材料物理性能的影响

采用溶胶凝胶法辅以高能球磨工艺合成Cu粉体改性La_(0.5)Sr_(0.5)CoO_(3-δ)(LSCO)粉体,用粉末冶金工艺结合热挤压技术制备了系列Cu改性Ag/LSCO电接触材料与成品丝,研究了Cu粉体对改性Ag/LSCO材料界面润湿性、物理力学性能等影响规律。结果表明,随着Cu含量的增加,改性Ag/LSCO-xCu(x=0、1、2、4、6、8)电接触材料的电阻率呈先增加后减小的趋势,与Ag和LSCO基底的润湿角变化趋势相一致,但其密度和硬度性能变化趋势相反;当Cu含量为4%时,Ag和LSCO-4Cu基底的润湿角达最小值55.0°,相应的成品丝(φ2.35mm)性能最佳:电阻率2.29μΩ·cm,硬度(HV^(0.3))946.7MPa,密度9.73g/cm^(3),断后延伸率3.9%,为纯Ag/LSCO的3.9倍。

有机电极材料在水系电池中的应用研究进展

与商业化电池相比,水系有机电池(AOBs)具有低成本、高安全性、环保等特点,使其更适用于便携电子设备和电网储能应用。电极材料作为水系有机电池重要组成部分,在实现电池的高容量和长循环寿命方面起到至关重要的作用。基于绿色发展的需求,有机电极材料应具备理论比容量高、资源丰富、设计灵活性强等优点。本文综述了不同储能机理的有机电极材料的最新研究进展,包括羰基化合物、亚胺化合物、导电聚合物、COFs材料、MOFs材料以及复合材料等。同时总结了有机电极材料在水系电池中的导电性和溶解性问题,并提出了不同的解决策略。最后,讨论了水系有机电池的关键挑战以及未来努力方向,未来仍需要更多具有更好电子导电性和快速动力学的电极材料应用于水系有机电池。

电子辐照对4H-SiC MOS材料缺陷的影响

4H-SiC金属氧化物半导体(MOS)基器件在电子辐照环境下应用时可能产生新的材料缺陷,导致其电学性能发生退化。本文选取结构最简单的MOS基器件(4H-SiC MOS电容器)为对象,研究了一系列电子辐照剂量下材料缺陷的演变情况。在10 MeV电子束下对MOS样品进行30、50、100、500、1 000 kGy剂量的辐照,对辐照前、后样品进行深能级瞬态谱测试(DLTS)和电容-电压(C-V)曲线表征。DLTS实验结果表明,低剂量电子辐照前、后4H-SiC/SiO_(2)界面及近界面处的缺陷没有发生明显变化,而高剂量辐照导致双碳间隙原子缺陷的构型发生了改变,演变后的构型能级位置更深,化学结构更加稳定。C-V曲线测试结果发现,不同电子辐照剂量导致MOS电容器平带电压发生不同程度的负向漂移,这很可能是SiO_(2)氧化层中氧空位数量和4H-SiC/SiO_(2)界面及近界面处缺陷数量共同影响的结果。本文研究结果对研发和优化抗电子辐照的4H-SiC MOS制备工艺具有一定的参考价值。

基于硅/二维层状材料异质结的红外光电探测器研究进展

红外光是一种频率介于微波和可见光范围之间的电磁波,在光通信、人工智能、医用治疗、军事探测和航空航天等领域具有广泛的应用。硅的带隙为1.12 eV,导致硅基光电探测器的截止波长短(约1.1 mm)。近年来,研究发现了新型二维层状材料,它们具有带隙可调、载流子迁移率高、光谱响应宽、暗电流低、稳定性高以及制备工艺与互补金属氧化物半导体(Complementary metal oxide semiconductor, CMOS)工艺兼容等诸多优点,引起了研究人员的广泛关注。通过将硅与二维层状材料结合,能够有效地将硅基光电探测器的探测波段向波长超过1.1 mm的红外光波段拓展。本文着重介绍了近年来可探测波长超过传统硅光电探测器的基于硅/二维层状材料异质结的光电探测器在近红外和中红外光波段的研究进展并展望了其发展前景。

Ag/LaNi_(x)Co_(1-x)O_(3)触点材料的制备及电接触性能研究

本文运用溶胶-凝胶燃烧法合成了双钙钛矿型LaNi_(x)Co_(1-x)O_(3)(LNCO)纳米材料,利用粉末冶金和热挤压技术制备了相应的Ag/LNCO触点材料及元件样品。重点考察了不同Ni、Co含量对Ag/LNCO触点材料微观结构、物相组成、物理性能、力学性能及电寿命服役能力的影响,对其电弧侵蚀失效行为进行了研究,并与SnO2粉体增强Ag基触点材料进行对比。结果表明:溶胶凝胶法合成的LNCO纳米颗粒粒径为20-30 nm,经粉末冶金工艺制备的Ag/LaNi_(0.5)Co_(0.5)O_(3)触点材料电学性能和电寿命都优于Ag/SnO_(2)触点材料,其电阻率低至2.10μΩ∙cm,电寿命性能达到51287次。表明Ag/LaNi_(0.5)Co_(0.5)O_(3)触点材料性能较佳,是一种可以取代Ag/CdO的新型触点材料。

长径比对TiB/Ti6Al4V网状复合材料力学行为的影响

目的针对高性能钛基复合材料开发过程中所面临的强韧性倒置问题,对网状构型钛基复合材料拉伸行为进行仿真,以揭示增强体长径比对材料强度与韧性的影响机理。方法针对TiB/Ti6Al4V网状构型复合材料体系,构建增强相长径比不同的复合材料有限元模型,分别进行拉伸行为仿真,并对其应力-应变曲线、应力集中系数、应力云图和应变云图等进行预测与分析。结果随着增强相TiB长径比的增大,复合材料的断裂伸长率单调递增,弹性模量与抗拉强度则呈先下降后上升的趋势。结论增强相长径比是影响复合材料力学性能的重要参数。增强相的长径比和局部体积分数的共同作用导致复合材料模量和强度随长径比的增大先降低后升高。此外,随着TiB长径比的增大,断口更加曲折,主裂纹多次偏转扩展方向,并沿着TiBw/Ti6Al4V-Ti6Al4V“限域”界面扩展,进而消耗了大量的体系能量,这对材料韧化有积极影响。

单向CF/PA6复合材料性能劣化及老化寿命预测

利用热压成型工艺制备出碳纤维(CF)/尼龙6(PA6)复合材料单向板,并将复合材料试样置于蒸馏水热水浴中,分别在25,60,80℃下进行不同时间的湿热老化,再对湿热老化后复合材料试样进行吸湿测试、三点弯曲测试、微观形貌表征,探究复合材料的吸湿规律、力学性能劣化规律和微观形貌变化,并对复合材料的长期寿命进行预测。结果发现,复合材料在25,60℃下的吸湿行为基本符合Fick扩散定律,而80℃下在老化最后阶段出现了背离Fick扩散定律现象。复合材料的弯曲强度随老化温度、老化时间的增加呈下降趋势,分别在25,60,80℃下老化120 d后,试样弯曲强度分别下降了22.78%,25.0%,26.25%。但是老化温度、老化时间对弯曲弹性模量无显著影响,且CF与PA6树脂之间的界面黏合性能随着温度、时间的增加逐渐变差。以绍兴2021年平均温度作为服役温度,基于加速老化测试模型和阿伦尼乌斯理论建立了CF/PA6复合材料在服役环境下剩余弯曲强度的预测模型,可预测到1 400 d后,CF/PA6复合材料的弯曲强度保留率在64.8%左右。

高能束增材制造铝合金及其复合材料缺陷形成与控制机理

增材制造技术的快速发展为高性能铝合金及其复合材料的设计制备与应用带来了机遇。本文介绍了增材制造技术在铝合金及其复合材料中的应用现状与未来趋势,并分析了增材制造工艺参数对铝合金及其复合材料显微组织及力学性能的影响。在此基础上,以激光增材制造技术为主,综述了铝合金及其复合材料在增材制造过程中的缺陷形成机理与缺陷控制策略。其中,铝合金的宽半固态区间、高热导率、对激光的高反射率、激光增材制造本身特有的大升降温速率,以及高温度梯度等特性共同导致了打印复合材料组织粗大、孔洞、微裂纹缺陷的产生。通过引入纳米颗粒以提高形核率、稳定熔池或提高铝合金对激光的吸收率,可显著减少增材制造铝合金及其复合材料缺陷数量。未来,应对新型增材制造技术的缺陷形成与控制机理、增材制造专用铝合金粉体研发及增强体分布调控方法等开展相关研究。本文将为高性能铝合金及其复合材料的增材制造开发与应用提供参考。

碳化硅复合陶瓷密封材料的烧结性能、显微结构与力学性能

以纳米TiN、SiC晶须为增强相,采用液相烧结法制备了碳化硅复合陶瓷密封材料,研究了不同烧结温度(1800,1850,1900,1950℃),不同增强相添加质量分数(0,2.5%,5.0%,10.0%,纳米TiN与SiC晶须质量比为1∶1)下复合陶瓷的烧结性能、显微组织和力学性能。结果表明:随烧结温度升高,陶瓷硬度和抗弯强度均先增大后减小,断裂韧度先减小后增大,当烧结温度为1900℃时,碳化硅复合陶瓷烧结完全,相对密度较高,晶粒平均尺寸较小;在1900℃下烧结,与未添加增强相相比,添加增强相碳化硅复合陶瓷的晶粒尺寸减小,晶粒结构排列紧密;随着增强相添加量增加,陶瓷硬度下降,抗弯强度先增大后减小,断裂韧度明显增大;当烧结温度为1900℃,增强相质量分数为5.0%时,碳化硅复合陶瓷具有最佳综合性能,相对密度为94.68%,抗弯强度为429.51 MPa,硬度为17.14 GPa,断裂韧度为4.32 MPa·m^(1/2)。

储氢容器用金属材料的氢脆敏感性

由于对化石燃料的过度依赖,导致全球能源短缺和环境污染日益严重,迫切需要开发高效、清洁新能源。氢能被认为是未来重要的清洁二次能源,近年来受到广泛关注与研究。氢的高效和安全储运是氢能大规模应用的关键技术。储氢容器临氢材料的氢脆敏感性是氢能的制造、运输、储存过程中需要解决的关键性问题。本文介绍了氢脆的形成机理、影响因素及研究方法,综述了目前国内外对于304不锈钢、316不锈钢、Cr-Mo钢、6016铝合金等主流储氢容器用金属材料的研究现状。最后,针对储氢容器未来的发展趋势进行了展望。

蜂巢结构对材料设计与研发的启示

蜂巢结构是一种具有复杂、高效和多功能性的结构,这种结构赋予了蜂巢稳定性、坚固性、空间高效利用性等诸多优点。文章通过对蜂巢复杂结构的特点和优势的分析,总结其对材料设计与研发的启示,包括材料结构优化、材料制备工艺改进以及功能化材料的设计。这些启示可以帮助工程师更好地设计出具有众多优异性能的新型材料和结构。

聚四氟乙烯网格状人工缺陷对复合材料胶结结构力学性能的影响

通过在胶接接头界面处插入网格状的聚四氟乙烯(PTFE)薄膜作为人工缺陷,设计了5种不同PTFE缺陷网格含量(P)的复合材料胶接结构,采用工业CT和超声C扫的无损检测(NDT)手段对置入的PTFE网格进行检测,利用单搭接测试(SLJ)和Ⅰ型断裂韧性测试(DCB)进行力学性能表征。相比于超声C扫,工业CT可以清晰检测出置入的PTFE网格。SLJ结果表明,当P值低于10%时,胶接接头的剪切强度从13.85 MPa增加到15.15 MPa;当P值超过10%时,剪切强度随缺陷值增加而下降。SLJ胶接接头破坏形貌表明,随缺陷值的增加,失效模式从内聚失效转向混合失效,最后变成界面失效。DCB结果表明,G_(IC)随缺陷值增加呈现先升后降趋势,裂纹扩展状态从近稳定连续转向“粘-滑”的不稳定扩展。

关于专业学位研究生培养的实践与思考——以浙江大学材料工程专业为例

专业学位研究生教育是我国研究生教育的一个重要分支,本文分析了目前专业学位研究生培养的现状和存在的问题,结合浙江大学材料工程专业的培养实践,探讨优化专业学位研究生培养模式的对策和建议。

蜂窝复合材料的研究与应用

从20世纪40年代起,鉴于航空工业的需要,复合材料逐渐发展起来并以其优越的性能占据了极大分量。蜂窝复合材料作为新型仿生学新复合材料,借鉴了蜂巢正六边形的完美拓扑结构,具备十分优异的消音、高强度、高抗性、隔热等性能,被广泛应用在航空航天等多个领域。文章主要以蜂窝复合材料为研究对象,探究其在与不同新型热门材料结合后相比于传统材料的优势及未来发展应用方向。