腐蚀与防护专业国际化创新型人才培养研究——以北京科技大学为例

在党和国家大力倡导教育强国的大背景下,通过腐蚀与防护专业人才培养的现存矛盾分析及具体方法探索,构建该专业国际化创新型人才培养的新模式,将腐蚀与防护专业国际领先的研究成果及国际化视野的师资力量转化为人才培养优势。

腐蚀大数据技术背景下Mn含量对新型高强度免涂装3Ni结构钢腐蚀性能影响研究

针对目前3Ni钢强度不高、在滨海环境中耐蚀性不足的问题,通过提高3Ni钢中Mn含量,研究Mn元素对3Ni钢强韧性及其在高温、高湿、高盐海洋大气环境耐蚀性的影响和机制。通过力学性能测试和室内周浸试验,使用慢应变速率拉伸实验评价了Mn元素对新型免涂装3Ni结构钢力学性能及腐蚀性能的影响。利用腐蚀大数据技术,并结合机器学习方法快速评价了新型免涂装3Ni结构钢在有无应力状态下的腐蚀规律及其差异。结果表明,提高Mn含量,能在一定程度上提高3Ni钢的强度,但会使钢的低温冲击韧性变差。同时Mn元素升高不利于3Ni钢耐均匀腐蚀性能,腐蚀速率随着Mn含量的升高而增大,但Mn含量的升高并不改变新型免涂装3Ni结构钢的腐蚀形式,不同Mn含量的3Ni钢在滨海大气模拟液中均表现为不全面的均匀腐蚀特征。与此同时,腐蚀大数据技术能快速有效甄别在模拟滨海区域大气环境有无应力以及Mn元素含量对新型免涂装3Ni钢腐蚀造成的影响。无应力的新型免涂装3Ni结构钢在模拟环境的平均瞬时电流值随Mn元素含量的增高而增高,而有应力的新型免涂装3Ni结构钢平均瞬时电流值随着Mn元素含量的增高而降低。

计算材料学在自修复涂层领域的研究进展

自修复防腐涂层是指在遭受环境或外力损伤破坏后,可以自行修复从而仍具备良好防腐性能的一种新型智能材料。自修复涂层的设计方法主要是通过基于实验的树脂链段设计、填料设计和制备工艺调控,获得具有良好修复性能的防腐材料。近年来,计算材料学技术飞速发展,其利用热力学计算和动力学模拟来预测并设计新材料的结构和性能,是连接材料学理论与实验的桥梁。自修复防腐涂层的理论计算研究有利于理解微观层面的自修复行为,指导自修复防腐涂层的制备与性能优化,并大幅度降低成本。综述了计算材料学在自修复防腐涂层领域的研究进展,介绍了目前基于外援型和本征型两种自修复防腐涂层体系研究的多种计算方法,主要包括分子动力学、密度泛函理论计算、蒙特卡罗模拟和有限元分析等。这些计算方法可以从微观和宏观角度对防腐涂层体系进行直观的机理解释和性能预测。动态键所进行的交换反应及自愈过程、微胶囊的破裂及愈合剂的释放过程、缓蚀剂在基底的吸附方式和吸附强度等都能在自修复防腐涂层的理论研究中得以体现。分析了这些计算模拟方法在自修复涂层方面应用的优势与不足,为自修复防腐涂层的开发与应用提供了理论支持。未来将进一步加强计算模拟、实验研究、人工智能、大数据分析和机器学习技术的深度融合,建立涂层自修复性能数据库,更高效地进行材料筛选和设计,从而在自修复涂层的研究和应用中实现突破。

直写3D打印TiC网络陶瓷/高铬铸铁复合材料的制备及性能研究

采用浆料直写3D打印技术制备了TiC网络陶瓷,并结合无压浸渗制备了TiC网络陶瓷/高铬铸铁复合材料。采用扫描电子显微镜对TiC网络陶瓷预制体与浸渗后的组织进行了观察,采用EDS对界面元素分布进行了分析,并对复合材料的硬度、抗压强度和耐磨性进行了测定。结果表明:复合材料中TiC线条与高铬铸铁线条在空间上形成了三维互穿网络结构,实现了空间韧化的效果,提高了复合材料的整体力学性能;随着复合材料中TiC线条体积分数的增加,硬度随之增加,抗压强度与耐磨性都表现为先增后减,在Ti C体积分数50%时达到最佳值。

碳包覆空心硅氧化物负极材料的制备及性能研究

以正硅酸四乙酯为硅源、十六烷基三甲基溴化铵为表面活性剂及造孔剂,采用改进的stöber法及碳热还原法制备了碳包覆的介孔空心硅氧化物负极材料。结果表明:乙醇与水体积比变化对SiO_(x)纳米球粒度、形貌及性能有重要影响;乙醇与水体积比小,材料球形度差,呈椭圆形;乙醇与水体积比增大,纳米材料尺寸增加;乙醇与水体积比0.45时所得SiO_(x)纳米球粒径300 nm左右,以该纳米球组装的扣式电池在电流密度100 mA/g下循环200次后可逆比容量为813 mAh/g,在500 mA/g下循环1200次后可逆比容量为704 mAh/g,容量保持率为82%,每次容量衰减率仅0.015%。

“四维并进、四方共举”材料类研究生实验安全“三全育人”体系

基于本校一流学科材料类实验室存在的问题及现状,将研究生安全管理纳入二级学院实验教学日常工作体系。基于安全指标的硬件要素、软件要素和人员要素等关键问题,结合“三全育人”综合改革,探索研究生实验安全管理提升策略。“四维并进、四方共举”模式有效提升了实验安全管理水平,为顺利开展科研和人才培养提供了安全保障,对维护实验室平安稳定具有重要意义。

结合专业特点分类推进大学化学课程思政建设实践研究

以大学化学课程为例,结合应用型本科院校非化学专业学生实际情况,基于理工类学生课程思政授课过程中的困境问题进行教学改革创新。提出分类推进大学化学课程思政建设目标,从课程内容、教学方法、考核方式等方面进行实践和研究,探索形成“五五四六”聚合链路的新教学路径,初步实现立德树人、教学创新的教学目标。课程探索研究对相关教育教学工作有推动和借鉴作用。

留学归国青年教师政治引领和政治吸纳的探索与研究——以北京科技大学新材料技术研究院为例

留学归国青年是党和人民的宝贵财富,是实现中华民族伟大复兴的有生力量。以北京科技大学新材料技术研究院为例,就高校如何做好留学归国青年教师的政治引领和政治吸纳工作,如何引领他们把爱国情怀和社会担当融入科技创新、立德树人根本任务中进行了探索和研究,提出加强党的领导、培养平台、组织合力、人文关怀、重点培养和跟踪指导等措施,把他们凝聚到党中央周围,积极向党组织靠拢,为中华民族伟大复兴作出更大贡献。

质子交换膜燃料电池直流道内液滴传输研究

建立质子交换膜燃料电池(PEMFC)的二维直流道模型,分析液滴在流道内的产生、破裂及传输全过程,探究进气速度、气体扩散层表面亲疏水性以及挡板结构参数等关键性因素对液滴传输特性的影响。仿真结果表明,提高进气速度有助于强化液滴的去除效果,但过高的气体流速会将液滴推向气体扩散层表面,造成液滴累积;亲水性较强的气体扩散层表面导致液滴严重坍塌形变,堵塞气体扩散层孔隙;液滴在疏水性气体扩散层表面流动速度相对较快,壁面附着力小,利于流道排水;增大挡板堵塞率可提高挡板下方及后方区域气体流速,提高液滴吹扫能力;挡板表面亲疏水性对流道内液滴去除效果影响较弱。

大模型及其在材料科学中的应用与展望

以大模型在材料科学中的应用为着眼点,首先综述了大模型,介绍了大模型的基本概念、发展过程、技术分类与特点等内容;其次从通用领域大模型和垂直领域大模型两个角度,总结了大模型的应用,列举分析了不同种类大模型的应用场景和功能.再次,结合材料科学领域中的具体需求研究现状,调研并综述了语言大模型、视觉大模型和多模态大模型在材料科学中的应用情况,以自然语言处理和计算机视觉中的具体任务为切入,参考典型应用案例,综合提示工程策略和零样本知识迁移学习,厘清了当前将大模型应用至材料科学的研究范式和制约因素,并利用改进SAM视觉大模型在四种材料显微图像数据上进行了验证性图像分割与关键结构提取实验,结果表明SAM带来的零样本分割能力对于材料微结构的精准高效表征具有巨大应用潜力.最后,提出了大模型相关技术、方法在材料科学中的未来研究机遇,从单模态到综合性多模态的大模型研发与调优,评估了可行性及技术难点.

激光技术在金刚石加工中的研究及应用进展

激光加工是目前金刚石的主流加工方法,相较于传统的机械加工形式,激光加工精度高、效率高、普适性强,因而在金刚石切割、微孔成型、微槽道加工及平整化等方面均得到广泛应用。文中阐述了金刚石激光加工原理,介绍了不同类型激光与金刚石材料相互作用机制,重点总结了近几年多种激光加工金刚石模式的发展现状,分析了新型的激光加工方法的特点,探讨了现阶段激光技术在金刚石加工领域面临的问题、挑战及未来的发展趋势。

C/SiC陶瓷基复合材料研究与应用现状

碳纤维增强碳化硅(C/SiC)陶瓷基复合材料具有低密度、高强度、耐高温、耐磨等综合性能,已成为重要的热结构材料体系之一,目前已成功应用于航空发动机热结构部件、飞行器热防护系统、制动系统以及核结构部件等。本文主要综述了C/SiC陶瓷基复合材料在制备方法和应用领域的研究进展,介绍了一系列具有代表性的C/SiC复合材料的制备方法,重点关注多种制备方法相结合的混合工艺,概述了C/SiC复合材料在航空航天热结构和热防护、刹车材料、空间相机结构等领域的应用,展望了更优异的混合制备工艺以及针对不同应用要求的复合材料新体系,以便为今后C/SiC陶瓷基复合材料的进一步研究提供参考。

含氢气体环境中管线钢材料氢相容性评价的力学性能关键指标研究

本文在不同分压氢气环境中对材料为X42,X52,X60,X70和X80的管线钢材料进行慢应变速率拉伸、断裂韧性和疲劳裂纹扩展测试,研究了含氢气体对管线钢强度、塑性、断裂韧性和疲劳裂纹扩展速率等性能的影响,讨论了氢分压对管线钢材料氢环境相容性的影响,提出了适于管线钢氢环境相容性量化评价的关键力学性能指标和相应的指标测试方法,以便科学评估管线钢材料对氢环境的适应性。

北京地区土壤腐蚀性关键参量与Q235钢腐蚀速率预测模型研究

在北京101处不同地理位置进行了土壤现场取样,并在实验室对土壤样品的9项理化参数进行了测试,获得了北京地区的土壤参数分布范围.通过机器学习分析得到了Q235钢在北京地区土壤中腐蚀速率的关键影响因素为自腐蚀电位、土壤含水率以及土壤电阻率,基于随机森林算法建立了Q235钢在北京土壤中的腐蚀速率预测模型,预测值与实际值的平均绝对误差小于5%.为了进一步探究Q235钢在北京土壤中的腐蚀速率与3项关键土壤参数之间的关系,利用已建立的腐蚀速率预测模型,以自腐蚀电位、土壤电阻率以及土壤含水率3项关键参数为输入量,以Q235钢腐蚀速率为输出量进行预测分析,预测结果表明:当自腐蚀电位在-0.57 V(vs SCE)~-0.70 V(vs SCE)之间、含水率在13%~22%以及土壤电阻率在45Ω·m~65Ω·m之间时,碳钢在土壤中的腐蚀速率较高,超过了0.1 mm·a^(-1),该结果为低碳钢在北京地区土壤中的腐蚀评估提供了相对简单的方法.

X65管线钢及牺牲阳极材料在海水环境中的交流腐蚀行为研究

目前针对海洋环境下的管线钢及牺牲阳极交流腐蚀行为研究鲜有开展,为给海管交流腐蚀风险评判以及牺牲阳极在交流干扰下的消耗性能提供参考,通过交流腐蚀模拟试验研究了模拟海水环境中X65管线钢、铝合金和锌合金牺牲阳极在不同交流电流密度下的交流腐蚀行为。结果表明:施加交流干扰后,X65管线钢、铝合金牺牲阳极和锌合金牺牲阳极试样电位均发生负向偏移,且交流电流密度越大,偏移量越大;3种材料的腐蚀速率随交流电流密度的增大而增大,但铝合金的腐蚀速率远大于锌合金和X65管线钢;X65管线钢在0~30 A/m^(2)交流干扰下,呈现均匀腐蚀,当交流电流密度增大至100 A/m^(2)时,表面出现点蚀坑;铝合金在不同交流电流密度下的表面均会产生点蚀,而锌合金材料则以均匀腐蚀为主,海洋环境中锌合金的服役性能优于铝合金。

高品级氮化铝粉体及其碳热还原氮化工艺研究进展

氮化铝(AlN)具有高导热、绝缘、低膨胀、无磁等优异性能,是半导体、电真空等领域高端装备的关键材料,特别是在航空航天、轨道交通、新能源装备、高功率LED、5G通讯、电力传输、工业控制等领域功率器件中具有不可取代的作用。高品级粉体是制备高性能陶瓷的基础,氮化铝粉体的性质直接影响了后续成形、烧结等工艺以及材料的组织和性能。碳热还原氮化法制备氮化铝粉体具有纯度高、粒度细和烧结性好等特点,本文综述了氮化铝粉末的评价指标以及碳热还原氮化法制备氮化铝粉末的研究进展,提出未来研究与产业化的方向与趋势。

热基锌铝镁镀层钢切边初始腐蚀机理和保护性能研究

以低铝低镁型Zn1.5Al1.1Mg热基锌铝镁镀层板为研究对象,采用SEM、EDS、XRD等方式,明确了低铝低镁锌铝镁镀层板其切边的初始腐蚀机制,并通过SEM、XRD对浸泡实验和循环腐蚀实验后的试样其切边处的腐蚀产物种类和形貌进行分析,研究锌铝镁镀层对其切边处的保护性能。结果表明:锌铝镁镀层其切边是由纯Zn相、Zn-MgZn_(2)二元共晶、Zn-MgZn_(2)-Al三元共晶3种组织构成;含有MgZn_(2)相的三元共晶和二元共晶在锌铝镁切边的腐蚀初期通常作为腐蚀萌生点,进而扩展到整个镀层;在锌铝镁镀层切边的长期腐蚀过程中,Zn元素起到主要保护作用,游离的Zn^(2+)通过形成碱式碳酸锌[Zn_(5)(OH)_(6)(CO_(3))_(2)]和碱式氯化锌[Zn_(5)(OH)_8Cl_(2)·H_(2)O]在镀层切边处堆积,阻碍腐蚀介质的纵向扩展,当其转变为多孔氧化锌时,镀层保护失效,切边受到破坏。

金刚石色心调控及光学谐振器的研究进展

金刚石因其优异的光学特性和色心发射器而被应用于光子器件领域。光学谐振器是一种微纳米光学结构,基于有限模体积内的光-物质相互作用增强,能够将金刚石色心的发射与谐振器的增强效应相结合,有选择性地增强色心的发射,用于在光子电路中提供稳定且强度充足的光学信号。近年来,金刚石微纳加工技术的发展推动了金刚石光学谐振器的研究和应用。本文总结了金刚石光学谐振器的研究现状,概述了金刚石的基本性质、合成与加工方法,介绍了金刚石色心的生成以及其与光学谐振器的耦合原理,梳理了三种不同类型的金刚石光学谐振器的研究进展,并对未来金刚石光学谐振器的发展进行了展望。

新型热障涂层材料及其制备技术的研究与发展?

热障涂层(thermal barrie rcoatings,TBCs)能有效的提高航空发动机热端部件的工作温度和使用寿命。目前应用最为广泛的热障涂层材料为氧化钇部分稳定氧化锆(yttria-stabilized zirconia,YSZ),该热障涂层材料在服役温度高于1200℃下会发生相变,严重影响航空发动机的使用寿命和服役安全,难以满足新一代航空发动机的服役要求。本文综述了新型热障涂层材料的研究现状,重点介绍了掺杂改性氧化钇部分稳定氧化锆、烧绿石或萤石结构材料、钙钛矿结构化合物、磁铅石矿结构化合物以及新型黏结层材料的研究进展和发展方向,并论述了热障涂层制备技术的方法原理和优缺点,最后对热障涂层材料和制备方法的发展趋势进行了展望。

BioMGE——一个用于采集和分析生物医用材料和多组学数据的数据库

随着机器学习技术的发展,生物医用材料的科学研究也逐渐走向数据驱动,利用生物测序技术来测试生物医用材料的生物功能,需要对生物医用材料进行进一步优化.因此,一个开放、共享的基础设施来存储来自不同研究领域的异构科学数据是多学科交叉联合分析的基石.本文介绍了BioMGE,一个基于灵活的自定义平台NMDMS(国家材料数据管理与服务平台)实现的数据库建设案例,用于收集生物医用材料和多组学测序数据.NMDMS的动态容器框架允许用户定义个性化的数据提交模式,存储来自生物医用材料和多组学研究领域的数据.自2019年以来,BioMGE已收集了1547100个生物医用材料和多组学数据集.BioMGE提供了数据导出接口,方便用户直接导出数据以进行数据分析.以组学数据可视化为例,提供BioMGE-viewer模块以实现对生物染色质结构数据从一维到三维的数据可视化.该数据库可为其他跨领域研究的数据共享提供了新的思路和平台.