二维点阵超结构材料的弯曲变形及其连续统模型

由梁或杆等结构单元组成的二维点阵超结构材料广泛应用于不同的技术领域,其重要的特点是通过单胞结构的设计可以显示许多传统材料不具备的独特力学行为.本文简要综述此类材料弯曲变形研究的近期进展,着重聚焦于非常规的弯曲模式和主导机制以及相应的连续统理论模型,并对所面临的主要问题和挑战作了展望.

轻质点阵超结构设计及多功能力学性能调控方法

随着先进制造技术、多学科交叉和人工智能科技的飞速发展,高端装备呈现出轻量化、集成化、复合化、功能化、智能化、柔性化和仿生化等发展趋势.传统结构研究存在结构设计和制造相互分离,复杂结构制造效率低、实际制造结构的性能指标和使用可靠性大幅低于设计理论预测、结构多功能一体化程度不足、经济成本过高等问题.此外,先进工业装备对材料、结构的使用性能、使用环境要求越来越高,亟需开展结构的设计、制造、功能、应用一体化研究,为解决我国先进制造“卡脖子”技术难题提供理论依据和技术支持.轻量化多功能点阵超结构具有轻质高强、抗冲击吸能、减振降噪等性能优势,在航空航天、交通运输、国防、生物医疗、能源、机械等工业领域具有巨大的应用潜力.有鉴于此,受多晶体微结构的多尺度力学设计启发,以“点阵超结构力学设计”为主题,开展点阵超结构的节点、杆件组元,胞元类型、双相结构、梯度结构、多层级结构等典型点阵超结构的几何构筑和力学设计,并阐明多晶体多尺度微观结构启发的点阵超结构力学设计基本原理、多功能力学性能调控方法,以及点阵超结构在不同类型载荷下的结构变形和失效物理机理.

超点阵结构储氢合金研究进展

超点阵结构储氢合金是近20年来储氢材料领域的研究热点。本文详细综述了常见超点阵晶体结构的演变规律,超点阵结构由Laves结构单元和CaCu5结构单元在c轴堆垛而成,该结构均可由CaCu5结构经过元素替代和平移而获得,有六方2H和菱方3R两种晶体结构类型。文章综述了典型超点阵结构储氢合金的研究进展、超点阵结构合金关键元素占位和亚结构单元体积调控机制。合金电极电化学循环稳定性与电化学循环过程中合金结构演变和相应的表面腐蚀行为等方面有关,文章同时综述了改善超点阵结构合金储氢行为和电化学性能的途径,并对未来超点阵结构储氢合金的发展进行了展望。对超点阵结构储氢合金成分-结构-性能-服役性能的深层次理解有助于开发高性能超点阵结构合金电极材料。

退火温度对FeSiAl合金微结构及电磁特性的影响

对球磨后的FeSiAl合金粉末进行不同温度真空退火,并制备成软磁合金复合材料(SCM)。采用SEM、XRD和网络分析仪等分析手段,研究了退火后合金的相组成、超点阵结构有序度、平均晶粒尺寸和1MHz～1.5GHz的SCM的复磁导率,随退火温度变化的规律。结果表明:随着退火温度逐渐提高,DO3超点阵结构有序度由0.38增大到0.66、平均晶粒尺寸由36.93nm增大到71.41nm、SCM在同频率下的μ′和μ″均逐渐减小。

新型无镁YNi3.5-xAlx(x=0~0.3)储氢合金的结构和电化学性能

采用真空电弧熔炼和真空退火热处理制备了YNi 3.5-x Al x(x=0,0.05,0.1,0.15,0.2,0.3)合金。对其结构进行分析,结果表明,合金主相为A 2B 7超点阵结构相。当x=0时,合金主相为Gd 2Co 7,加入Al后,合金主相变为Ce 2Ni 7,Al在Ce 2Ni 7相中主要占据CaCu 5结构的6h位置。Al在Ce 2Ni 7相中的固溶度有限,当x>0.1时,合金中出现CaCu 5第二相,且Al更多的是固溶到CaCu 5相中。Al在Ce 2Ni 7相中固溶越多,超点阵Laves和CaCu 5两个结构单元体积失配越小。加入Al后,合金电极吸/放氢平台降低,当x>0.1后,由于出现CaCu 5第二相,平台压稍有升高。合金电极最大放电容量随Al含量增加整体升高,从x=0时的105.52 mAh·g^-1上升到x=0.3时的282.7 mAh·g^-1。随Al含量增加,尤其当x≥0.1后,Al更多的是固溶到CaCu 5第二相,在Ce 2Ni 7主相中固溶逐步减少,合金Laves和CaCu 5两个结构单元体积失配加大,合金电极循环稳定性整体呈下降趋势,从x=0时的52.89%到x=0.3时的6.5%。Y 2Ni 7合金电极动力学较差,HRD 900只有5.83%。随着Al含量的增加,合金动力学性能先增强后减弱,在x=0.15时HRD 900达到79.04%。在Al含量较低(x≤0.15)时,合金电极高倍率性能主要取决于氢在合金体相内的扩散速率,在Al含量较高(x>0.15)时,合金电极高倍率性能主要取决于合金电极表面电荷的转移速率。