董闯 材料设计及载能束材料改性专家

作为三束材料改性教育部重点实验室的学术带头人，请您介绍一下“三束”技术及其在航空制造领域的发展前景．．

基于第一性原理计算的固溶体合金集成学习设计方法

基于密度泛函理论的第一性原理方法在考虑了固溶体化学短程序特征后计算得到的合金的基本性质更为可靠。本工作将描述固溶体短程序的团簇加连接原子结构模型嵌入到第一性原理计算中,获得了一系列合金的基本物性数据;构建了数据管理系统,形成成分与性能数据库;进而采用多种机器学习算法构建合金成分与性能的预测模型,并对其进行对比分析;在此基础上,筛选最优算法,以精确预测合金的性能,并实现以性能为目标导向的成分设计;最终形成了一种基于第一性原理计算的固溶体合金集成学习设计方法,并开发出可视化程序软件。该方法有望大幅提升高性能先进合金材料研发的效率。

高熵陶瓷材料研究进展及挑战

高熵作为全新的材料体系,得益于巨大的组分空间、独特的微观结构以及较大的构型熵所赋予其独特且可调的优异性能,已成为材料领域的研究热点。高熵陶瓷的研究目前还处于探索阶段,尤其在精准的成分设计理论、高纯高产率粉体制备、新型烧结工艺等方面,亟待深入研究。因此,本文针对高熵陶瓷的五大高熵效应、新的设计理论、粉体制备方法、新型烧结工艺以及综合性能与实际应用进行了梳理归纳,并通过团簇加连接原子模型(CPGA)对高熵陶瓷(HEC)成分设计进行解析,深入挖掘了HEC的组元和微结构以及性能之间的关系。未来HEC的重点发展方向仍然为基础理论设计,尤其是针对非氧化物HEC成分结构。同时,在样品制备上要在学科交叉领域寻找突破,如采用人工智能机器学习与3D打印进行制备。最后,要寻找结构、热障耐腐涂层、机械、工程光学和磁性等方面实际应用并对探究工况环境下的强化、失效机制深入探究分析。

阻尼合金研究进展

阻尼合金作为一种能通过组织内部的缺陷运动使振动能转化为热能耗散的材料,兼具较高力学性能和一定功能特性,在航空航天、武器装备等领域的开发和研究具有重要意义。不同合金体系之间存在微观组织上的差异,即对阻尼起主导作用的缺陷种类不同,而组织缺陷的性质(种类、密度及可动性)是影响合金阻尼性能的关键因素。本文从组织缺陷(面缺陷、线缺陷和点缺陷)的角度出发,阐述了不同合金体系的阻尼源种类和性能特点,针对合金阻尼性能、力学性能以及功能特性(耐蚀性、铸造性能等)之间的关系综述了各类阻尼合金的发展现状,进而归纳出不同阻尼合金的发展规律和差异。最后,本文对阻尼合金的研究方向做出展望,由于合金阻尼源种类过于单一会严重限制减振性能的提升,而通过材料复合化及高熵合金化可实现合金中多种阻尼源的共存,产生多阻尼机制耦合效应,实现合金阻尼性能的二维扩展,改善合金力学性能及功能特性,为提升合金综合性能起到重要指导。

高Al含量的亚稳β型Ti-Al-Mo-Nb-V系列钛合金的组织与力学性能

目前,亚稳β钛合金的成分朝着更高Al含量和更高β稳定元素含量的方向发展,本工作基于典型亚稳β钛合金β-21S和TB18的成分设计思路,添加了更高含量的Al元素,同时添加了Mo、Nb、V三种β稳定元素,设计并利用铜模吸铸法制备了高Al含量的亚稳β型Ti-Al-(Mo,Nb,V)系列钛合金。结果表明,Ti-6.5Al-1.5V-11.5Mo-2.8Nb合金在吸铸态下的β相结构达到临界稳定状态。此时,该合金的拉伸屈服强度为623 MPa,延伸率为16.6%,其屈服强度略低于对标合金TB18,但延伸率明显高于同系列合金和TB18合金,具有最佳的综合力学性能。此外,该合金液固温区为31℃,在同系列合金中最低,且明显低于对标合金TB18的液固温区238℃。

基于团簇加连接原子模型对TC21钛合金的成分优化

运用源自最成熟Ti-6Al-4V合金的双团簇成分式,解析了高损伤容限的双相TC21(Ti-6Al-2Zr-2Sn-2Mo-2Nb-1.5Cr)钛合金成分,指出其成分式由13个α-Ti和4个β-Ti结构单元构成。与Ti-6Al-4V相比,β-Ti结构单元从5减少到4,但是引入了更多的β稳定元素,使得该合金具有更好的强塑性。在此基础上,本工作将TC21的β-Ti团簇式内各β稳定元素原子等比例配比以增加混合熵,大量增加Zr含量以进一步提升β相稳定性,设计了团簇式为α-{[Al-Ti_(12)](AlTi_(2))}_(13)+β-{[(Al-(Ti_(12)Zr_(2))]Sn_(0.75)Mo_(0.75)Nb_(0.75)Cr_(0.75)}_(4)(原子分数)的新合金TC21Z2,相应质量分数为Ti-5.9Al-5.4Zr-2.6Sn-2.1Mo-2.0Nb-1.1Cr。采用真空铜模倾铸工艺进行样品制备,进而研究了合金的铸态组织和拉伸力学性能。研究发现,TC21Z2铸态组织为α+少量细针状α'马氏体+少量β相,其抗拉强度约为1289 MPa,屈服强度约为1181 MPa,伸长率约为1.4%,强度和塑性均高于同样状态下TC21合金。

基于时序运行模拟的水火风光储互补系统电源优化配置

系统时序运行模拟是水火风光储互补系统电源规模优化配置的关键环节。对于水火风光储多能互补系统8760逐小时运行模拟,按照小时尺度构建的模型规模很大,直接求解困难。本文提出按时间尺度逐层分解、递进优化的高效求解算法,精确模拟系统全年逐小时调度运行过程。在此基础上,构建双层规划模型对由风电、光伏、水电、火电、抽水蓄能、梯级水电站混合式抽水蓄能和电化学储能等电源组成的并网多能互补系统的电源容量进行优化配置。将模型应用在青海省电网系统中,对风电、光伏、抽水蓄能电站和基于水电站的可逆机组容量进行优化,得到电源最佳配置方案。

基于团簇加连接原子模型的一种工业微晶玻璃成分优化初探

本团队提出的团簇加连接原子模型从结构根源上揭示了硅酸盐玻璃的成分载体,即硅酸盐玻璃的成分式由总数为16个的三价单元{M_(2)O_(3)}和四价单元{Si_(2)O_(4)}构成。本工作引入该模型,对一种工业微晶玻璃MT3A进行了成分优化,并进行玻璃制备和晶化,最后对样品进行结构和性能表征。在获得的新的透明微晶玻璃中,MT3C的透过率为89%,抗弯强度和硬度分别为155 MPa和652 HV;MT3D的透过率为92%,抗弯强度和硬度分别为134 MPa和655 HV。

饲料中霉菌对生猪养殖的危害及防治方法

饲料中的霉菌会对生猪健康造成危害,其霉菌产生的有害化合物霉菌毒素,可存在于饲料中,并通过食物链进入生猪体内。这些毒素会对生猪的生长性能、免疫功能和肠道健康造成不良影响,严重影响养殖业的可持续发展。因此,有必要全面探讨生猪养殖中霉菌毒素的危害及预防,而采取加强原料管理、强化前中端工作以及适当添加防腐剂和抗氧化剂的防治方案,可以促进生猪养殖业的健康发展和食品安全的保障。

HPV感染相关CIN患者血清HLA-E和HLA-G表达与疾病进展及治疗后复发的相关性

目的探讨人乳头瘤病毒(HPV)感染相关宫颈上皮内瘤变(CIN)患者血清人类白细胞抗原E(HLA-E)、人类白细胞抗原G(HLA-G)表达及临床意义。方法选取2021年6~12月在河北中石油中心医院治疗的HPV感染相关CIN患者120例作为观察组,选取同期无HPV感染的CIN患者60例作为对照组,检测两组血清HLA-E和HLA-G表达水平,分析血清HLA-E和HLA-G表达与患者临床资料、治疗后复发的关系。结果观察组血清HLA-E和HLA-G水平分别为(75.59±18.28)pg/mL和(30.20±9.92)ng/mL,高于对照组,差异有统计学意义(P<0.05)。观察组CIN分级Ⅱ/Ⅲ级患者血清HLA-E和HLA-G分别为(83.33±13.90)pg/mL和(34.54±7.18)ng/mL,高于CIN分级Ⅰ级(P<0.05);观察组高危型HPV感染者血清HLA-E和HLA-G分别为(78.82±17.70)pg/mL和(32.23±9.43)ng/mL,高于低危型HPV感染者(P<0.05)。观察组血清HLA-E和HLA-G表达与CIN分级呈正相关(P<0.05)。复发患者治疗后1周血清HLA-E和HLA-G分别为(68.32±8.73)pg/mL和(24.43±5.58)ng/mL,高于未复发患者(P<0.05)。结论HPV感染相关CIN患者血清HLA-E和HLA-G表达与CIN分级呈正相关,同时与患者治疗后复发有一定关系。

超分子结构单元研究黑索金的弹性各向异性

含能材料的弹性性质微观上体现了分子间的结合力,且与含能材料的化学分解和爆炸相关.因此,弹性性质-晶体结构的关联为设计具有特定性质的新材料和理解含能材料点火起爆提供了理论基础.本文提出超分子结构单元作为最小化学单元来定量表征黑索金(RDX)不同晶面的弹性模量.基于超分子结构单元的弹性模量模型表明,与弹性模量相关的微观因素有:超分子结构单元的分子对数量、分子对的平衡距离、分子间力常数以及分子间非键能与晶面法线的夹角;而弹性模量的各向异性来源于分子间非键能与晶面法线的夹角不同.研究结果表明, RDX的超分子结构单元包含15个RDX分子,以该超分子结构单元计算得到RDX(100),(010),(001),(210)和(021)晶面的弹性模量分别为21.7, 17.1, 20.1, 19.1和15.3 GPa.除RDX(001)晶面外,以上晶面的理论计算值与超声共振谱、脉冲激热散射、布里渊散射和纳米压痕实验值基本吻合. RDX(001)晶面的计算值(20.1 GPa)远高于实验值(15.9—16.6 GPa),原因可能是计算过程中将RDX分子看作刚性体,忽略了RDX(001)晶面在外界载荷作用下发生的分子内六元环和NO2基团的移动和变形.

热处理工艺对超音速火焰喷涂Al-Cu-Fe准晶涂层性能影响

目的使用超音速火焰喷涂(HVOF)方法制备Al-Cu-Fe准晶涂层,研究热处理温度对涂层中准晶相含量和性能的影响以及封孔处理对涂层耐蚀性的改善。方法以304不锈钢为基体和真空雾化Al-Cu-Fe准晶粉末为热喷涂材料,采用超音速火焰喷涂方法制备准晶涂层,并进行550~700℃热处理。利用透射电镜、扫描电镜、光学显微镜、能谱分析仪和X射线衍射仪分析准晶粉末和涂层的衍射花样、微观形貌、成分和相结构。分别使用显微硬度仪和电化学工作站对比测量304不锈钢和准晶涂层的硬度和耐蚀性能。结果粉末中二十面体准晶相(I相)为主相,并伴生准晶类似相(β相)。经过超音速火焰喷涂后,涂层中I相和β相的含量分别为78.7%和21.3%,相组成与原始粉末接近。550℃和600℃热处理1h后,涂层中β相消失,I相占比进一步上升,并伴随Al2Cu(θ相)产生。随着热处理温度继续升高至650℃,β相开始重新析出;当热处理温度升至700℃,β相占比增至13.5%。热处理后准晶涂层的最高硬度为674HV,为304不锈钢硬度(182HV)的3.7倍。准晶涂层经过热处理和表面封孔后,其在3.5%NaCl溶液中腐蚀的速率低于304不锈钢。结论合适的热处理温度是制备高纯准晶涂层的关键因素,准晶含量的提升有利于提高准晶涂层的硬度和耐蚀性。

Ti-Al-V-Zr合金的团簇式设计及铸态组织和力学性能

Ti-6Al-4V是目前应用最广泛的钛合金,但其铸态强塑性不足。本研究设计思想基于Ti-6Al-4V合金双团簇成分式α-{[Al-Ti_(12)](AlTi_(2))}_(12)+β-{[Al-Ti_(14)](V_(2)Ti)}_(5):首先通过改变β相团簇式个数为2,使合金成分偏向α-Ti,其次增加β相团簇式中V原子个数至3,提高了β-Ti结构单元稳定性,然后用不同个数Zr(x=1、2、3、5)替代β相团簇式中Ti,最后得到了团簇式α-{[Al-Ti_(12)](AlTi_(2))}_(15)-β-{[AlTi_(14-x)Zr_(x)]V_(3)}_(2),设计了Ti-(6.64~6.82)Al-(2.42~2.35)V-(1.44~7.02)Zr(质量分数/%)合金,采用非自耗真空电弧炉熔炼制备合金铸锭,并用真空铜模吸铸成合金棒材,进而对不同合金样品进行显微组织表征和拉伸测试。结果表明:合金均由α'相马氏体组成,其形貌由针状魏氏逐渐转为网篮组织,其中Ti-6.64Al-2.35V-7.02Zr(Zr含量最高)合金为网篮组织,具有最佳的力学性能,屈服强度σ_(YS)为806 MPa,抗拉强度σ_(UTS)为963 MPa,伸长率δ为5.9%,相比于相同状态下Ti-6Al-4V合金,分别提高了23%、19%、51%;比强度和比硬度分别为217 kN·m/kg和0.71 GPa·cm^(3)/g,相比于Ti-6Al-4V合金分别提高了18%和10%。

慢性阻塞性肺疾病病人运动干预方案的应用效果

目的:构建慢性阻塞性肺疾病(COPD)病人的运动干预方案并验证其应用效果。方法:选取2020年2月—2022年4月我院收治的126例COPD病人为研究对象,采用随机数字表法分为对照组和观察组各63例。对照组采取常规护理干预,观察组在常规护理干预基础上按照制定的COPD病人运动干预方案开展运动锻炼,两组均连续干预12周。比较两组病人干预前后下肢肌肉力量、COPD病人生活质量量表(COPD-QOL)评分、6 min步行距离(6MWD)、5次坐立试验、劳累评估量表(Borg)评分。结果:干预后观察组病人肌肉力量6MWD优于对照组(P<0.05),COPD-QOL评分、5次坐立试验、Borg评分低于对照组(P<0.05)。结论:构建合理的运动干预方案有利于提高COPD病人肌肉力量,缓解呼吸困难,降低劳累程度,提高COPD病人生活质量。

团簇式方法设计具有高比强度的Ti-7Al-2V合金

基于团簇式设计方法,采用激光增材制造工艺制备一种近α型Ti-7Al-2V合金,其比强度优于Ti-6Al-4V合金的比强度。该合金的成分式为α-{[Al-Ti_(12)](AlTi_(2))}_(15)+β-{[Al-Ti_(14)](V_(3))}_(2):其特征在于α结构单元比例提高为15/17(相对于Ti-6Al-4V的12/17),使合金成分偏向α-Ti;通过V元素合金化,提高了β-Ti结构单元稳定性。该合金具有良好的激光增材制造成形性。沉积态下,该合金的显微组织由细网篮组织区、粗网篮组织区和超细α魏氏组织区构成。其中,粗网篮组织区的表面粗糙度明显低于细网篮组织区和超细α魏氏组织区的表面粗糙度。细网篮组织区的α相分布相比于粗网篮组织区更加均匀。该合金的抗拉强度为971~1005 MPa,屈服强度为891~921 MPa,伸长率为4.5%~6.6%,均与Ti-6Al-4V的相近,尤其是该合金的比强度为224~232 kN·m/kg,优于Ti-6Al-4V合金的比强度。

合金相的“团簇+连接原子”模型与成分设计

以最近邻配位多面体为基元描述复杂合金相的结构特征,总结出合金相的常见团簇类型,并建立了合金相的"团簇+连接原子"模型。以此为基础解析准晶和非晶合金为代表的团簇合金的结构与团簇成分式特征,提出复杂合金相成分设计的团簇式方法,并以块体非晶合金和稳定固溶体合金为例说明多组元合金相团簇成分式的建立与运用过程以及团簇基元及连接原子种类与数目的确定原则。前期研究工作表明,基于"团簇+连接原子"模型的团簇成分式方法为多元复杂合金相定量设计提供了新的有效途径。

准晶:奇特而又平凡的晶体——2011年诺贝尔化学奖简介

准晶是具有长程准周期性平移序和非晶体学旋转对称的固态有序相。它的出现导致了晶体学与凝聚态物质结构理论的一次革命,极大推动了相关学科的完善和发展。其发现者Daniel Shechtman因此获得2011年度诺贝尔化学奖。本文简介了准晶的发现、结构特征和发展现状,同时介绍了中国科学家在这一领域的独特贡献。

三元合金相图中的团簇线规律

准晶、非晶等多组元合金具有很窄的成分区间,从原子团簇结构角度分析了这些相的结构特征,确定其成分规律.分析表明:无论是准晶、块体非晶,还是部分晶体合金相在内的金属间化合物都满足共同的团簇线规律,在三元相图中的三元相成分位于两条团簇线交点处,并且其中一条团簇线采用的团簇通常为密堆结构,因此,与传统晶体学完全不同.根据团簇线规则,三元相可以用"团簇+胶粘原子"的全新结构模型加以描述,该团簇线方法可以把微观结构的原子团簇与宏观相图有机地结合起来,构成合金相图的新特征.

基于信息熵的石羊河流域降雨时空变异性研究

【目的】应用信息熵研究石羊河流域的降雨时空变化,为合理开发该流域的水资源提供依据。【方法】用边际熵研究月、季和年时间序列的变化,用分配熵和强度熵分别研究降雨量和降雨日数的年内和年代(10年)分布,依据石羊河流域8个气象站1959-2008年的逐日降雨观测资料,对不同降雨时间序列的时空变异性进行分析。【结果】石羊河流域降雨在时间和空间上均存在变异性,降雨在时间上的变异性表现为年低于各季,季又低于相应各月;各季对年变异性的贡献以冬季最大,夏季最小;各月对季变异性贡献大的分别是春季3月、夏季6月、秋季11月、冬季12月;年际间降雨量变异性大的年份为1966,1979,1984,1987与1993年,降雨日数变异性大的年份为1973,1976,1984,1987,2001与2007年。在空间上,石羊河流域降雨量与降雨日数的变异性基本一致,均表现为流域东南部的变异性小于西北部。【结论】信息熵全面考虑了时空变化,可有效地解决降雨的时空变异问题。

群智能优化算法在水文频率曲线适线中的应用

根据不同适线准则,研究群智能优化算法在水文频率曲线适线中的计算问题,为水利工程规划、水资源优化配置等提供依据。以陕北地区12个主要测站的年径流系列为例,选取五大分布类共12种分布线型,根据我国现行水利水电工程设计洪水计算规范,按照离(残)差平方和最小准则(OLS)、离(残)差绝对值和最小准则(ABS)、相对离差平方和最小准则(WLS),以MATLAB7.6为计算平台,研究模拟退火算法、遗传算法、粒子群算法和蚁群算法进行水文频率参数的估计。在不同适线准则下,陕北地区年径流最优频率分布模型为广义Logistic分布(Generalized Logistic Distribution,GLO),粒子群算法进行参数估算偏差最小。与传统优化方法相比,群智能优化算法对优化目标函数要求低,是一种推求年径流频率曲线统计参数的新途径。