高校分析测试中心设备共享创新机制探索

为进一步提高高校科研设备共享的效益,突破现有模式的束缚,该文首先剖析了设备共享工作中面临的利益分配不合理、设备维护经费不足和缺乏持续动力保障等问题,然后从设备管理、人才队伍建设、测试资源等方面讨论了分析测试中心统筹设备共享工作的优势,最后以某高校分析测试中心为例,介绍其在宏观布局、运行流程、管理制度三个层面的创新共享工作机制实践,实现惠及学校整体、科研团队、用户及分析测试中心的“四赢”目标。

XPS表面分析技术在生物医用金属材料研究中的应用

利用先进表征技术对生物医用金属材料的表面性质进行分析,并揭示其表界面与机体的相互作用机理至关重要。X射线光电子能谱(X-ray photoelectron spectroscopy,XPS)作为一种强有力的表面分析技术,可以高灵敏度、高分辨率地对材料表面元素种类和价态进行定性、半定量分析,并能结合离子束溅射、角分辨深度剖析获得材料表面层的纵深分布信息,已被广泛应用于生物医用金属材料研究。基于此,首先介绍了XPS的原理和特点;其次,根据生物医用金属材料的分类和研究领域,重点探讨了XPS表面分析技术在医用不锈钢、医用钴基合金、医用钛及其合金、医用镁合金的设计制造、表面改性及表界面表征等方面的应用;再次,通过总结上述工作的优势与不足,进一步阐明了XPS表面分析技术在小面积、化学成像、角分辨、原位测试、价带谱、同步辐射激发源等多种功能方面的应用潜力;最后,对XPS技术助力新型生物医用金属材料的开发和应用提出了展望和建议。

双辊薄带连铸凝固过程中柱状晶向等轴晶转变的广义稳定性判据

为促进柱状晶向等轴晶转变(CET)获得均匀的等轴晶,大多数有效的理论聚焦于生长而忽略了形核的影响。为此,构建耦合细化剂异质形核和枝晶生长的理论框架,采用考虑双辊薄带连铸(VTC)凝固过程中热力学驱动力(?G)和动力学能垒(Q)的广义稳定性(GS)新概念,研究CET位置、晶粒半径和力学性能。细化剂的加入,尤其是Al-5Ti-1B细化剂,通过增加形核的?G和生长的GS使晶粒半径细化到19μm,柱状枝晶的厚度增大到5~6 mm,同时提高强度和塑性。遵循高?G-高GS准则,细化剂直径优化为0.3μm。

相变与变形中的约束

材料加工与成形涉及的相变和变形中,由于热力学或热-动力学变化而产生的使相变/变形发生与发展的物理作用可定义为约束。本文面向微观组织的形成与变形过程,立足于笔者近年来提出的关于热力学稳定性和广义稳定性、热-动力学相关性和热-动力学配分的材料设计理论框架,明确了热力学约束和热-动力学约束的表现形式和作用机制。热力学约束代表相变/变形启动的难易程度,而热-动力学约束从能量变化而言,体现为形核约束长大和长大约束形核,从过程快慢而言,则体现为热力学约束动力学和动力学约束热力学。本文选择代表性相变或变形过程,定量描述了上述约束,基于此,提出主动设计约束的学术理念,旨在通过定量设计材料加工过程而获取力学性能优异的金属结构材料。

基于聚焦离子双束电镜的透射电镜微柱试样制备

利用聚焦离子双束电镜在传统透射电镜试样制备的方法上进行改进,通过改变离子束辅助沉积的区域及作用,以及将U形切改良为L形切,成功提取压缩后的小鼠骨骼微柱试样至专用铜网上。提取出的试样通过离子束精确减薄后,可在透射电镜下观察到胶原纤维走向。

一种基于聚焦离子束的石英玻璃平面透射电镜试样制备方法

使用聚焦离子束制备含有贯通纳米孔的石英玻璃平面TEM试样时,会出现试样硬度高、导电性差、试样片厚度过大等问题。改变试样U型切割时的倾转角,可在低加工束流下将试样薄片快速截断、分离并转移,避免加工时试样发生漂移损坏,或因长时间加工而出现反沉积现象,制备出的贯通纳米孔石英玻璃平面TEM试样衬度均匀、损伤少。该方法为深入研究激光刻蚀对石英玻璃结构的影响奠定了基础,同时也为使用聚焦离子束制备相近材料的平面TEM试样提供了技术参考。

不同硫化温度下铜锌锡硫薄膜的微观组织结构表征

在覆盖Mo层的钠钙玻璃上采用磁控溅射沉积后续硫化处理方式制备铜锌锡硫(CZTS)薄膜.利用X射线衍射仪、扫描电子显微镜、透射电子显微镜、高角环形暗场像和X射线能谱仪等表征技术,研究不同硫化温度下CZTS薄膜形成过程中微观组织结构的变化.结果表明:硫化温度升高到400℃以上形成CZTS四元结晶相组成的薄膜,在400~550℃之间,随硫化温度的升高CZTS相增多且尺寸增大,600℃硫化时,CZTS相出现分解现象.硫化温度对薄膜影响显著,近钼层颗粒尺寸较小,表层颗粒尺寸较大.温度较低时薄膜的表层中Cu和S富集形成CuS,近钼层中Zn和Sn含量较多.随着温度升高,Cu、Zn、Sn和S不断扩散,分布更加均匀,形成的CZTS相结晶性愈好,晶粒不断长大成等轴晶,且CZTS晶粒出现孪晶.

热力学与动力学相关性,科学与人文的统一

金属热加工通过相变决定材料最终组织和性能。随着非平衡技术的快速发展,热加工工艺趋于极端化和多样化,控制相变的热力学与动力学机制从简单近平衡条件下的相对独立转变为复杂远平衡条件下的高度关联。基于热-动力学独立处理的传统理论已无法应对上述相变涉及的机理描述、组织预测和过程控制。随着催化剂研究体系的扩展,传统的基于独立的反应动力学或吸附热力学的设计已无法满足催化剂的高性能需求与高效筛选。本文从人文领域中的激情与困难的逻辑关系中,引申出科学领域中的热力学驱动力与动力学能垒的相关性,针对非平衡凝固过程、晶界迁移及晶粒长大热稳定性、纯Fe沿Bain路径的马氏体切变,整理出热力学驱动力与动力学能垒的定量关联,建立了组织预测模型,提出了热-动力学协同作用的新理念,并据此设计出高性能DD3高温合金、Fe基纳米晶材料、A356铝合金和应变态电催化材料。

聚焦离子束快速精准制备玻璃透射电镜样品

为了解决受荷电效应影响导致玻璃类绝缘样品加工难的问题,提出了改进聚焦离子束常规制备透射电镜样品的方法。改进的方法主要是在制备过程中引入电子束辅助沉积和机械手辅助切割,并搭配合理的离子束加工束流。其中,电子束辅助沉积可以帮助操作人员在因荷电效应而模糊不清的图像中迅速且精准地找到关键区;机械手辅助切割可通过建立更好的电荷接地通道来减弱切割过程中材料表面的荷电现象;合理的离子束加工束流则是为了平衡荷电效应和加工速率之间的矛盾。结果表明,改进后的方法能够在保证加工速率的前提下,有效改善材料表面的荷电现象,实现离子束对玻璃材料的快速精准加工,获得良好的透射电镜样品。

新工科背景下高校专业结构调整的发展路径

随着科技产业的变革,新兴行业和领域的人才竞争日趋激烈,新工科建设对工科高校的学科布局和专业结构调整提出了新的要求。对于高校而言,专业结构不仅关乎着高校人才的培养质量,更决定了人才培养的方向。通过重点分析目前我国工科高校专业结构调整现状和X大学在新工科建设背景下的探索经验,提出高校在专业结构调整时应注重提高专业结构设置的科学性、健全产业和专业的对称发展、促进传统专业的升级和改造、推进学科专业的可持续发展等建议。

DD6镍基单晶高温合金激光重熔区杂晶的形成机制研究

研究了DD6镍基单晶高温合金在不同功率下重熔区内部杂晶的形成机制。碳化物的形成导致固液界面塌陷,进而诱导杂晶的形成;熔池顶部杂晶的产生主要与温度梯度、固液界面的迁移速率有关。激光功率升高导致温度梯度降低,进而诱导柱状晶向等轴晶转变(CET);转向枝晶交汇处杂晶的产生是由枝晶交汇处的温度梯度比其他地方小以及温度梯度方向改变引起的。热应力数值模拟结果表明:低激光功率下的热输入可以有效提高温度梯度并有效降低残余应力水平,有利于抑制单晶修复过程中杂晶的形成。该研究可为单晶修复过程中杂晶的抑制提供理论和实验支撑。

基于稳定性的第三代先进高强钢设计

第三代先进高强钢(TG-AHSS)是近年来材料科学与汽车工业领域的研究热点。本文针对TG-AHSS的成分设计、热处理工艺及强韧化机制,基于热力学稳定性阐明了第三代先进高强钢成分设计的宗旨,基于广义稳定性对几类代表性热处理工艺进行了诠释。在此基础上,从广义稳定性与热-动力学相关性形成的热-动力学贯通性入手,对第三代先进高强钢的强韧化机制进行了总结和归纳。从热-动力学角度,对第三代先进高强钢的设计策略进行了展望。