“院为实体”背景下二级单位实验室安全管理工作模式探索——以上海交通大学材料科学与工程学院为例

“院为实体”改革对高校二级单位的管理工作提出了更高的要求,尤其在实验室安全管理方面,事关师生安全,对学院的发展具有举足轻重的作用。本文以上海交通大学材料科学与工程学院的实验室安全管理方法为例,分析了学院在实验室安全管理中遇到的问题,在制度建设、经费投入、安全培训等方面采取了一系列创新性、针对性的举措,从而在最大程度上消除存在的安全隐患,实现了学院实验室的安全、稳定运行,同时也为其他高校实验室的安全管理提供参考。

庆祝上海交通大学材料科学与工程学院建院70周年专刊前言

材料是人类文明发展的里程碑,是科技进步的物质基础。上海交通大学是中国最早建立材料科学与工程学科的高校之一。上海交通大学材料科学与工程学院自1997年由材料科学系和材料工程系合并而成,所属的金属热处理专业在1952年就已设立。学院拥有一级学科“材料科学与工程”,是国内首批国家重点一级学科,2017年被列为教育部双一流重点建设学科。2021年QS材料学科排名升至第20位,连续十多年入围ESI 1‰学科。

新工科建设背景下实验实践教学体系的构建——以上海交通大学材料科学与工程学院为例

近年来,为主动应对新一轮科技革命与产业变革,教育部启动了"新工科""双万计划"等计划,对我国高等教育和一流人才的培养提出了新要求。新工科建设背景下高校实验实践教学体系搭建中存在诸多掣肘因素,如实验实践教学体系与理论教学体系的发展不同步、思想观念桎梏、部门间协同机制缺失、组织与制度性障碍等。破除上述瓶颈问题,高校应围绕新工科建设的要求,着力搭建多层次实验教学体系、多元化实验实践教学模式,构建政校企共同体、积极拓展实验实践教学基地、完善教师评聘制度。

上海交通大学推进院系信息化建设思路

上海交通大学信息化服务能力渗透至教学、科研、管理等各领域,集成全校几十个应用系统数据,创新应用场景,建立了院系管理系统和“交我办”流程应用平台,为院系提升信息化建设水平,打造个性化服务提供了全面支撑在“院为实体”的大背景下,学校二级学院依托学校信息化基础平台,将个性化业务需求同学校统一信息化系统相结合,建设了既兼顾不同学院共性需求,又能体现各学院特色的信息化应用生态。

产教融合全过程合力育人体系的探索与实践——以上海交通大学“材料工程”专业为例

在全日制专业学位研究生教育蓬勃发展的背景下,上海交通大学"材料工程"专业充分依托学科优势,大力推进产教融合,提出构建"专业学位硕士全过程合力育人体系"。该体系以"对接国家需求、培育行业情怀"为核心,重点强化课程体系、实践基地和育人团队建设,并在学生创新精神和实践能力培养方面取得显著成效,为专业硕士合力育人培养提供了有益的经验和范式。

克难攻坚立潮头 自主创新结硕果——访上海交通大学材料学院吴国华教授

2020年本刊推出客座主编专栏,特邀行业内的科研领军人才为本刊组稿,旨在为行业传递最新科研成果,打造行业精深资讯。吴国华教授于2021年第1期作为客座主编为本刊组稿“镁合金专题”,该专题文章在中国知网等数据库下载和引用量较高,在行业有较大影响。2021年11月3日,中共中央、国务院在北京隆重举行2020年度国家科学技术奖励大会,表彰为我国科技事业发展和现代化建设做出突出贡献的科技工作者。此次颁发的国家技术发明奖一等奖共3项,吴国华教授喜获国家技术发明奖一等奖。

增材制造TiB/Ti复合材料网状组织形成与力学性能

采用快速凝固技术将TiB直接植入基体钛合金,形成一种新型超细网状结构钛基复合材料(titanium matrix composites,TMCs)粉体,并采用激光增材制造技术,制备出一种等轴网状和柱状网状组织交替分布的新型钛基复合材料,系统分析和讨论增材制造TMCs超常凝固网状组织形成机制与力学特性。研究发现:增材制造TiB/Ti复合材料网状组织(约9μm)主要由原位自生纳米TiB晶须组成,呈现B27和Bf两种晶体结构;B元素的直接引入,易于在凝固界面形成成分过冷,不仅促使交替形成等轴网状组织和柱状网状结构,也同步细化基体晶粒尺寸,实现基体合金片层α相的等轴化。经原位力学观察分析发现,增材制造形成的原位自生纳米TiB网状组织结构,不仅能够抑制裂纹偏转并钝化裂纹,还将大量滑移迹线聚集于网络结构内部,并在晶界诱发高密度位错,限制材料的塑性变形,大幅度提高了复合材料的强度,增材制造TiB/Ti复合材料抗拉强度提高42%,伸长率保持在约10%。

碳纳米管增强铝基复合材料界面与晶粒调控研究进展

随着碳纳米管增强铝基复合材料制备工艺的不断完善,碳纳米管的难分散问题被妥善解决,复合材料的强度有所提高,但复合材料的高模量、高强度没有得到充分利用,并出现“强度–塑性”倒置现象。本文总结了近年来对碳/铝复合材料界面结构、晶粒结构与复合构型设计的调控手段,讨论了界面结构强度对碳纳米管载荷传递效率的影响,分析了出现倒置现象的原因,并针对复合材料塑韧性差的问题,提出了调控思路,为制备强度高、韧性强的碳纳米管增强铝基复合材料提供依据。

选区激光熔化成形铝合金材料体系研究进展

铝合金是工业生产中运用最为广泛的金属材料,高比强度、良好的耐蚀性使其适用于生产各种复杂结构件。选区激光熔化技术不仅具有定制化成形能力,高加工精度与短生产周期也可大幅推进铝合金构件的成形与应用。本文介绍了近年来选区激光熔化铝合金的研究进展,简述了选区激光熔化技术所生产铝合金的工艺缺陷及形成机理,聚焦于不同合金的组织演变和力学性能,着重分析不同合金体系下元素对微观形貌的影响及强化效应。针对选区激光熔化铝合金的应用现状与存在壁垒,指出实现普及的关键在于通过成分设计实现成形性能与力学性能的平衡。

光伏:能源可持续到材料可持续

可持续发展理念已经成为人类社会发展的核心.在能源可持续方面,人们努力增加可再生能源的用量;然而,太阳能光伏产业经过20余年的蓬勃发展,初期建设的光伏电站组件即将迎来“退役潮”.巨量退役光伏组件给环境带来巨大压力,光伏资源可持续2.0概念可能是解题之钥.论述退役光伏组件结构以及含有的有价元素;指出运输成本高,乙烯-乙酸乙烯共聚物(EVA)剥离难及含F背板回收污染严重等棘手问题;对退役光伏组件回收的阻碍作用.对光伏资源可持续2.0概念框架下的集装箱式源头拆解理念、超临界发泡组件背板技术、光伏硅废料提纯技术及其合金化工艺进行系统的评述.最后,基于材料2.0概念,对退役光伏组件资源化利用的发展趋势进行展望,可为研发更加绿色高效的退役光伏组件再利用技术,提供一定的参考.

航空航天领域用增材制造金属材料的研究进展

从航空航天领域对增材制造金属材料的需求出发,介绍了增材制造金属材料在航空航天领域的应用以及市场规模。评述了铁基合金、镍基合金、钛合金、铝合金等增材制造合金的微观组织和力学性能。总结了4种增材制造合金在航空航天领域关键零件中的典型应用实例。指出了航空航天领域用增材制造金属材料存在的问题及未来的研究方向。

无机纳米材料用于声动力治疗的研究进展

声动力治疗是一种新型肿瘤治疗方式,因具有非侵入性、高穿透性、高安全性、时空可控性等优点,近年来受到研究人员的广泛关注。声动力治疗依赖声敏剂在低频超声下产生的空化泡和活性氧对肿瘤组织产生化学损伤和机械损伤。现有声敏剂主要可以分为有机声敏剂、无机声敏剂和有机无机杂化声敏剂,其中无机声敏剂由于具有高超声稳定性、多功能性、易合成、易表面修饰等优点近年来广受关注。本文着重介绍了声动力治疗中化学损伤和机械损伤的产生机制,并基于声敏剂的作用机制对已有无机声敏剂的设计进行总结与展望。

纳米FeSe_(2)正极材料制备与镁电池中性能表征

采用溶剂热法,利用表面活性剂的分散作用成功合成了FeSe_(2)纳米颗粒,将其作为正极材料组装可充镁电池,并进行电化学性能测试。结果显示,FeSe_(2)正极在100 mA/g电流密度下首次放电比容量为119 mAh/g,并在循环过程中展现出比容量的逐渐升高,在循环48次后获得最大放电比容量628 mAh/g,同时具有良好的循环稳定性,在100次循环后仍保持581 mAh/g的放电比容量。非原位TEM、XPS和同步辐射软X射线吸收谱分析表明,FeSe_(2)正极在循环过程中,铜集流体会参与正极电化学反应并形成含铜化合物,在正极材料中形成导电通路,这有利于电化学反应过程中电子的转移。因此,FeSe_(2)纳米颗粒充分参与正极转化反应,并展现出高容量和长循环稳定性,为镁电池中的集流体和硒族化合物的匹配性设计提供了新的思路。

镁基复合材料增材制造技术研究进展

镁基复合材料通过基体与增强体的协同配合,克服了传统镁合金绝对强度和刚度较低、承载能力较差的难题,而增材制造技术的强成形能力、高制备精度、短制备周期为定制复杂结构且组织均匀的镁基复合材料提供可能。因此,本文从镁基复合材料的组成出发,简单介绍传统制备方式后,归纳梳理了镁基复合材料增材制造技术的研究进展,总结不同制造过程中工艺参数对成形件组织和性能的影响规律,最后在分析所存在的问题和挑战的基础上,对镁基复合材料增材制造技术未来的研究方向进行聚焦和展望。

纳米TiB_(2)/7075铝基复合材料超声滚压数值仿真研究

超声滚压数值仿真研究亟待丰富和深入开展。采用温度-应变率相关Johnson-Cook本构模型描述纳米TiB_(2)/7075铝基复合材料塑性变形行为,通过Gleeble热压缩模拟实验结合最小二乘拟合标定相关本构参数。利用有限元软件ABAQUS构建3D全六面体渐变网格模型,通过6个步骤对复合材料超声滚压强化过程进行了数值仿真研究。结果表明,残余应力分布的仿真结果与实测结果存在明显差异,但网格失效形式较好地反映了表层材料的开裂和分层,从模拟角度验证了往复超声滚压过程中过度塑性变形导致材料表面损伤的现象。该结果对金属基复合材料超声滚压工艺的探索和相关数值仿真研究的深入开展具有重要指导意义。

基于神经网络的混杂SiC颗粒增强铝基复合材料力学性能预测

目的提高混杂SiC颗粒增强铝基复合材料的韧性,利用卷积神经网络预测其力学性能,以得到力学性能关键因素的影响规律。方法首先,通过实验得到了铝基复合材料的力学性能数据。其次,基于相场裂纹扩展本构,采用Python代码批量生成了不同构型参数的代表性体积单元,并利用Abaqus软件进行了有限元仿真(FEM)。通过代码实现了建模与仿真的一体化构建,利用得到的仿真数据,建立了神经网络模型,并实现了对复合材料力学性能的预测。建模前,对数据进行预处理和筛选,以提高数据质量并降低模型复杂度。最后,建立卷积神经网络,并优化模型的超参数。结果通过建立的神经网络模型,实现了对复合材料力学性能的有效预测。极限强度的预测误差保持在−7%~8.5%,能耗的预测误差保持在−5%~6%,预测精度较高。结论通过结合实验、仿真和卷积神经网络模型,可以更有效地预测混杂SiC颗粒增强铝基复合材料的力学性能,从而为材料设计和制备提供指导。

黄河“几字弯”氢能交通发展模式思考

能源转型对于黄河“几字弯”地区构建安全高效、清洁低碳的现代能源体系至关重要。氢燃料电池汽车由于零排放、效率高、长续航、补能时间短、噪音小等特点,逐渐成为推动氢能产业发展的突破口。然而,高运营成本严重制约了氢能源汽车推广发展。本文通过分析黄河“几字弯”地区氢能交通发展模式,在充分考虑氢能产业“制-储-运-用”一体化基础上,以氢燃料电池重卡为支点,谋求带动周边氢能产业发展。拟建议通过电力交易模式创新、差异化管理氢能、加氢设施网络科学构建、燃料电池汽车推广模式创新、加强燃料电池汽车推广力度等举措,有效推动黄河“几字弯”地区氢能产业高质量发展。

微波法制备碳纳米材料的机理及进展

微波法具有加热快速、易于控制、反应均匀等优点,是制备功能性碳纳米材料的重要技术。其制备原理是基于碳基材料优异的本征介电性能,碳基材料与微波电磁场相互作用产生介电损耗,快速形成局部高能场,实现高速制备。本文首先简要介绍了微波与物质的相互作用机理,然后分别从微波在制备过程中的作用、关键实验参数以及微波制备的碳材料的特征等方面详细介绍了微波作为能量输入制备一维碳纳米管、二维石墨烯以及三维纳米多孔碳的优势,最后对宏量快速制备多功能和高性能碳纳米材料的发展进行了展望。

钛基石墨烯复合材料的分散性、界面结构及力学性能

石墨烯由于独特的结构和优异的力学、导电、润滑等性能,被认为是理想的金属基复合材料的增强体。将石墨烯作为增强体增强钛基复合材料有着巨大的应用潜力。然而,石墨烯的分散性及其与钛基体的反应是制约获得高性能石墨烯增强钛基复合材料的难点。本文综述了钛基石墨烯复合材料的分散性、界面及力学性能的研究进展。钛基石墨烯复合材料通常采用粉末冶金法制备,石墨烯能较均匀地分散于复合材料组织中,但当石墨烯添加量过多时仍会出现团聚现象。石墨烯与钛基体易发生反应生成TiC,通过固化烧结工艺的改进、基体复合化、石墨烯表面改性以及原位自生等方法可以有效地抑制界面反应并提高界面结合力。随着石墨烯含量的增加,钛基石墨烯复合材料的压缩、拉伸强度与硬度一般呈现先增大后减小的趋势。石墨烯增强钛基复合材料的强化机制通常以载荷传递强化为主,但有些情况下由石墨烯引起的位错强化、细晶强化及奥罗万(Orowan)强化效果也较为显著。

具有贯穿结构的铜/铝复合材料的强化及热导率

为了在提高铝合金强度的同时避免降低其热导率,设计了一种具有单向贯穿结构的新型铜/铝双金属复合材料,并采用增材制造结合挤压铸造的工艺实现制备成形。该复合材料表现出较好的强度(约340 MPa)和热导率(200 W/(m·K))匹配性,综合性能超过传统铝合金。这种良好的导热性能归因于单向贯穿的Cu骨架增强体结构能够为电子传导提供快速通道。同时,界面处生成Al2Cu共晶相,实现良好的界面冶金结合,有效改善复合材料的力学性能。