金属基材料电催化CO_(2)还原的研究进展

电催化CO_(2)还原为具有附加价值的燃料和化学品,在缓解全球气候变暖和有效储存可再生能源方面极具潜力,近年来受到了广泛的关注。本文首先简述了水溶液中CO_(2)电化学还原为不同产物反应途径的研究成果,当前简单C1产物的生成路径较为清晰,但生成多碳烃类和醇类的反应途径尚缺乏明确的证据,需要进一步探索。然后综述了用于CO_(2)电化学还原的金属基电催化材料的研究进展,聚焦于产物选择性、催化活性和稳定性,分别对金属纳米类、金属合金类、金属氧化物类、金属基复合物以及最近出现的单原子金属催化材料的研究现状进行了介绍。最后,展望了电催化CO_(2)还原的研究前景,指出不断优化电催化材料的性能是将来研究的主要方向之一,特别是有望取代Au、Ag等贵金属的单原子催化剂以及能高效生成多碳产物的铜基材料;同时,更精确的理论计算结合原位光谱表征,深入探究CO_(2)电化学还原反应的机理,将极大地促进高效电催化材料的开发。

尾翼稳定脱壳穿甲弹含能金属基材料弹芯技术研究

以尾翼稳定脱壳穿甲弹(APFSDS)的弹芯为研究对象,开展了含能金属基材料特性研究和综合毁伤能力的试验研究。试验结果表明:控制含能金属基材料抗拉强度为900~1000MPa,延伸率控制为7.8%~10%,既能保证在炮管内发射强度要求,又具有良好的易碎性能;含能金属基材料弹芯的综合毁伤能力明显优于传统的93W合金弹芯,通过穿甲/侵彻、破片杀伤和含能材料爆炸效应多重毁伤的联合作用方式,可大幅度提升穿甲弹的综合毁伤效能。

浅谈尾翼稳定脱壳穿甲弹含能金属基材料弹芯技术体会

弹芯技术是尾翼稳定脱壳穿甲弹的关键部件,弹芯材料通常为贫铀合金或钨合金,存在“击而不毁”的情况,对其进行展开深入研究尤为重要。本文通过弹芯材料特性试验、穿甲后效以及毁伤威力试验得出,抗拉强度和延伸率是影响含能钨材料适应性的主要参数,抗拉强度应当不小于900MPa,延伸率应当控制在7.8%~10%;与传统93W钨合金弹芯相比,含能金属基材料弹芯的各个性能更具优势,能够极大地提高综合毁伤效能。

增强体表面改性在高导热金属基复合材料中的应用

随着电子技术的高速发展和电子器件的更新换代,电子封装材料的性能需求越来越高。金属基复合材料,尤其是铝基和铜基复合材料具有高导热、低膨胀、高稳定性等特点,是具有广阔应用前景的电子封装材料。然而,金刚石、石墨烯、硅等增强体与基体的润湿性差,或者在高温下与基体发生有害的界面反应,限制了此类高导热金属基复合材料的开发和应用。本文简述了金属基复合材料的界面研究进展,结合影响金属基复合材料界面结合的因素,提出了几种改善界面结合的方法。增强体表面改性是改善金属基复合材料界面的重要途径之一,常用工艺有磁控溅射法、化学气相沉积法、溶胶凝胶法、化学镀法等;最后,对增强体表面改性在高热导金属基复合材料中的应用进行分析和展望。

芯片用金刚石增强金属基复合材料研究进展

随着电子设备集成化程度越来越高,对高导热封装材料的需求也越来越大,金刚石增强金属基复合材料凭借其高导热性能成为研究焦点。然而,由于金刚石颗粒与金属基体之间的不润湿特性,具有高导热性的金刚石增强金属基复合材料难以制备。文中综述了金刚石增强金属基复合材料的研究进展,包括界面改性、工艺参数优化和复合材料制备方法,并指出了金刚石增强金属基复合材料目前存在的问题和今后的研究方向。

自支撑过渡金属基电极材料在电解水制氢领域研究进展

电催化裂解水制氢工艺具有绿色环保、简洁高效、氢气组分纯度高等优势,是最具应用价值的绿氢制造方式之一。但是,由于阴极和阳极电极反应动力学较为缓慢导致当前能源转换效率较低。利用高效、稳定的电催化裂解水制氢催化剂加速反应动力学过程,降低析氢反应电势,是大规模高效电催化裂解水制氢的关键所在。与传统的粉末状催化材料相比较,自支撑材料不仅不需要使用粘结剂,还具有极高的比表面积、较高的稳定性、高效的电荷传输速率及产物生成速率等优势,还可以按需构筑多种维度的新型电极结构,如一维、二维和三维等。基于此,主要介绍了自支撑过渡金属基电极材料的结构设计和可控合成方面的最新进展。

电化学驱动盐离子捕获的金属基复合材料研究进展

为了缓解淡水危机问题,选择一种高效、环保、低耗的海水淡化技术至关重要。电容去离子技术作为一种新兴的水处理技术,电极材料是其中的核心要素之一。金属基材料能够通过法拉第反应结合盐离子,从而提升电吸附性能。介绍了典型的镍基、铁基、锰基电极材料在电容去离子中的应用以及相应提升性能的手段,以期为后续高效电极材料的设计应用提供参考。

石墨烯增强金属基复合材料界面研究进展

金属基复合材料是由高强度增强相与金属基体组成,因具备优良的综合性能,在各领域内展现出广阔的应用潜力。与常规增强相不同,石墨烯是一种由碳原子以sp^(2)杂化轨道组成六角呈蜂巢状晶格的二维碳纳米材料,因其独特的结构而具有优异的电学、力学、热学和光学等特性。石墨烯增强金属基复合材料已经成为先进复合材料领域的研究热点,而对于金属基复合材料,其综合性能与界面的结构和性质关联密切。从近年来石墨烯增强金属基复合材料界面微观组织及理论研究出发,对常见石墨烯增强金属基复合材料体系的界面结构及力学性能进行总结,同时总结计算机模拟手段在分析界面结构、界面结合强度以及界面微观断裂机制等方面的进展,为设计和优化金属基复合材料界面提供理论依据。

MAX相陶瓷增强金属基复合材料:制备、性能与仿生设计

由于原子间存在共价键、金属键与离子键的混合键合状态,MAX相陶瓷兼具金属和陶瓷材料的性能特点,并且常与金属之间表现出良好的润湿性,有助于形成强界面结合,独特的层状原子结构使MAX相陶瓷表现出良好的断裂韧性、阻尼与自润滑性能。因此,作为金属基复合材料的增强相,MAX相陶瓷具有显著优势,本文着重介绍相关研究进展。目前,MAX相陶瓷增强金属基复合材料主要通过搅拌铸造、粉末冶金和熔体浸渗等途径制备,得到的复合材料表现出优于金属基体的强度、硬度与模量,同时还具备良好的耐磨、导电、抗电弧侵蚀等性能。此外,借助真空抽滤、冰模板等工艺可实现超细片状MAX相陶瓷粉体的择优定向排列,然后利用金属熔体浸渗多孔陶瓷骨架,可获得具有类贝壳结构的MAX相陶瓷增强金属基仿生复合材料,进一步提升材料的强韧性能。MAX相陶瓷增强金属基复合材料在承载、电接触等应用领域具有显著优势和广阔前景。

激光增材制造网状结构金属基复合材料的研究进展

相较于传统增强相呈均匀分布的金属基复合材料,网状结构金属基复合材料因其独特的“机械互锁”“位错钉扎”等组织结构特征,具有更优异的室温强度、高温强度、弹性模量和断裂韧性,在航天、航空等领域上具有广泛的应用前景。激光增材制造技术可实现对网状结构的精细化调控,为网状结构金属基复合材料的进一步发展提供了新的途径。本文综述了高能量激光束诱导马兰戈尼对流作用下网状结构金属基复合材料的形成机理、影响网状结构形成的因素、不同类型网状结构的显微组织结构特征,分析了网状结构金属基复合材料的多段弯曲断裂、微孔聚集断裂等断裂机制,阐述了在霍尔−佩奇、奥罗万、泰勒、载荷传递等强化机制共同作用下的强化机理,以及独特的增强相贫、富区协同作用下的韧化机理,并对其未来的研究方向进行了展望。

高性能金属基复合材料研究进展

金属材料因其具备优良的可加工性、导电性、导热性、耐磨耐腐蚀性能,被广泛地应用于医疗、航空、军事等领域,所以研究高性能的金属基复合材料成为复合材料学科的一大热点。目前高性能金属基复合材料的理论制备方法较多,但可用于工业化生产技术方案却相对较少;对单一增强相的研究颇多,多相强化基体的研究较少,这两类矛盾问题突出。文章通过综述金属基复合材料的常用制备方法及其常用增强相的种类与效果,以及对多相强化、稀土调控展开分析,以期为实验探索提供理论依据。

核壳结构金属基复合材料的研究现状与发展趋势

核壳结构金属基复合材料是一类有望突破强韧倒置关系的非连续增强金属基复合材料,其在航空、航天、军工、电力、电子等领域有着广阔的应用前景。本文综述核壳结构金属基复合材料的研究现状,分析核壳结构增强体及其金属基复合材料的制备技术、核壳结构的微观组织调控以及强韧化机理,并对核壳结构金属基复合材料的发展方向及需要解决的问题进行论述。

选区激光熔化石墨烯增强金属基复合材料研究进展

石墨烯拥有不同于传统材料的特殊性能,如优异的结构力学性能以及导热性能,自被发现以来即获得广泛的关注,其中一个重要应用是作为增强相来增强金属基材料,从而获得高性能的结构和功能复合材料。近年来为了满足复合材料性能优化及结构精密复杂的需求,对其制造方法提出了更高的要求。选区激光熔化(Selective Laser Melting,SLM)作为增材制造技术的一种,避免了传统制造技术成本高、周期长、精度低等问题,可更加灵活地实现功能-结构-材料一体化。本文总结了SLM制备石墨烯及其增强金属基(铝、镍、钛、铁、铜)复合材料的应用研究与发展现状,讨论了石墨烯增强金属基复合材料所面临的主要问题,并展望了石墨烯增强金属基复合材料的应用与发展前景。

Ni包WC颗粒增强金属基复合材料激光熔覆应力场模拟

针对Ni包WC颗粒增强金属基复合材料激光熔覆过程,开发了熔覆层温度场及应力场模型,考虑了不同含量Ni包WC颗粒对复合熔覆层热物性的影响,分析了金属基复合熔覆层中的温度场和应力场演变机理并提出了应力优化的梯度熔覆方案。结果表明:当粉末中Ni包WC颗粒含量越多,物性与基体相差越大,在熔覆过程中会产生较大的应力,熔覆层中最大应力出现在熔覆层与基体的结合面附近。采用梯度熔覆方案可显著降低最大应力,以得到成形良好的复合熔覆层。

微结构和添加剂改善金属基复合材料摩擦进展

金属基复合材料具有低密度、高强度、耐腐蚀及耐高温等优点,被广泛应用于航空航天、建筑和汽车等相关领域。但是,其韧性低、脆性大以及抗摩擦磨损性能差等缺陷是目前制约金属基复合材料进一步发展与应用的重要因素。研究证实,对金属基复合材料进行表面设计并制备微结构、加入特定固体润滑剂可以提升其减摩抗磨性能。表面微结构和固体润滑剂对金属基复合材料摩擦学性能的影响受到了广泛关注。仿生界面技术在微结构设计中得到了广泛的应用,材料表面加工技术也得到了迅猛发展;润滑剂可以显著改善材料的摩擦磨损性能,不同维度的润滑剂具有不同的优缺点;固体润滑剂和表面微结构协同作用改善金属基复合材料摩擦学性能的研究也得到了广大研究者的高度重视,这些成果为未来致力于提升金属基复合材料抗摩擦磨损性能的相关研究提供了启示。

金属基复合材料在机械制造中的应用

在机械制造领域,材料的选择和应用对于产品的性能和可靠性具有重要影响。金属基复合材料以其高强度、高耐热性和良好的耐腐蚀性,成为许多机械设备的首选制造材料。文章详细介绍金属基复合材料的常见种类,并结合实际应用场景,探讨该材料在机械制造中的应用。随着工业技术的不断进步,金属基复合材料的应用范围将不断扩大,了解其在机械制造中的应用对于机械制造领域的发展具有积极意义。

激光熔覆陶瓷颗粒增强金属基复合材料研究进展

陶瓷增强金属基复合材料(MMCs)因其优异的耐磨性、韧性、高温蠕变性能和疲劳强度,广泛应用于生物医学、航空航天、电子等高端工程行业。激光熔覆是在基体表面利用激光束使陶瓷及其他特殊粉末与基体表层融化,并自激冷却形成冶金结合涂层的环保新技术,具有沉积效率高、厚度可控、热变形小、冷却快、稀释率小以及冶金结合等优点。介绍了激光熔覆陶瓷颗粒的形成方式对MMCs性能的影响,讨论了激光熔覆辅助能场及高速激光熔覆技术对MMCs的界面强化效应,并分析了陶瓷颗粒的强化机制和激光辅助能场的作用机制。最后,对目前激光熔覆陶瓷颗粒增强基金属复合材料研究的发展进行了展望。

金属基复合材料的内源性效应

复合化是实现金属材料高性能化、多功能化的有效途径。通过在金属基体中引入高性能增强相形成金属基复合材料,可显著提升基体本征性能,实现传统金属材料无法比拟的高比强度、高比刚度、低膨胀等优异力学与功能特性。然而,受限于其工程化材料属性以及常规复合效应,金属基复合材料的进一步发展面临巨大挑战。突破传统复合性能上限需要发展复合新理念与新途径,在此提出“金属基复合材料的内源性效应”设计新原理,目的是通过复合组分之间的强相互影响,获得超越线性叠加的非常规复合效应。从金属基复合材料力学性能与功能特性2个方面出发,以典型研究结果为例综述了内源性复合实现金属基复合材料超优性能的基本途径及其关键作用,最后进行了总结与展望,为新型高性能金属基复合材料的设计和创制提供新思路。

金属基热界面材料研究进展

随着芯片向小型化、集成化和高功率化发展,其在工作时产生的热量增多,若产生的热量不能及时传递到外部,会严重影响电子元件的性能和使用寿命。热界面材料是电子元件散热结构中重要的组成部分,其主要作用是填充电子元件与散热器之间的空气间隙,使电子元件产生的热量快速转移,降低界面热阻。综述了现有热界面材料的种类和特点,详细介绍了金属基热界面材料的类型与性能特征、研究现状及存在的问题等,并对低熔点金属基热界面材料的发展进行了展望。

金属基复合材料构型化与界面特性的研究现状

以颗粒作为增强相的金属基复合材料既具有基体优良的塑韧性,又具有陶瓷颗粒的高强度与耐高温特性,当陶瓷颗粒体积分数不断增大,其强度、硬度以及耐磨性同时提升,塑性、韧性却大幅度降低。因此,设计并制备强韧匹配、高耐磨的金属基复合材料具有重要意义。随着增强相可控非均匀分布基本理论的突破,增强相非均匀构型成为一种解决强韧化矛盾的有效方法。本文从微观组织、构型设计及界面特性等方面综合阐述了层状复合结构、梯度结构、核壳结构、网络状结构和多尺度混杂结构增强金属基复合材料的研究进展,论述了构型化设计在金属基复合材料中的应用前景与发展方向。