面向新兴产业和未来产业的新材料发展战略研究

新材料是新兴产业和未来产业发展的根基,是抢占科技和经济发展制高点的重要领域,也是我国推进新型工业化的重要驱动力。本文梳理了新材料在信息、能源、生物、深空与深海探测等领域的发展趋势,发现新材料联用或与其他学科、领域的深度融合正在成为新材料发展的重要特点;系统分析了我国新材料产业在规模、技术创新能力、企业和集群等方面的发展现状,总结了新材料产业发展存在的关键原材料依赖进口、核心装备尚未实现自主可控、高端产品自给率不高、部分重点产品缺乏应用迭代、标准和评价体系不完善等问题;提出了面向新兴产业亟需发展的9个重点方向以及面向未来产业亟需布局的7个重要方向。为推动新材料产业的高质量发展,研究建议:着力筑牢新材料产业发展根基,扎实提升新材料产业链水平,营造良好的产业发展生态环境,完善产业发展配套政策。

TiB_(2)陶瓷研究进展与应用

TiB_(2)陶瓷具有高熔点、高硬度、高耐磨以及优异的导电性能和高温抗氧化性能,被广泛应用于航空航天、机械制造、金属冶炼、电子信息等领域。TiB_(2)陶瓷的相对密度低、加工难度大,难以满足高端制造的应用需求,而通过掺杂改性、添加烧结助剂、优化烧结工艺等方式可以促进TiB_(2)陶瓷的致密化,大幅提升其综合力学性能。本文综述了高性能TiB_(2)陶瓷在成分设计、烧结工艺等方面的研究进展,并阐述了其在精密工具、防弹装甲、电解阴极等方面的应用前景。

固态储氢技术的研究进展

综述固态储氢技术的研究进展,包括储氢材料、储氢装置及其应用现状。部分储氢合金已成功用于固态储氢装置中,开发温和吸放氢条件下新型高容量可逆储氢材料是当前研发重点;储氢装置的优化设计可有效改善装置的快速传热特性,安全性能也得以保证,储氢装置已在分布式供能、机动车等领域得到示范应用,但还需进一步实现储氢系统快速响应、安全可靠和高储氢密度的协调统一。

低成本无氟水系混合溶剂醋酸锂电解液研究

利用共溶剂1,5-戊二醇(PD)和聚乙二醇(PEG)改进13 m(m=[mol盐]/[kg溶剂]质量摩尔浓度)Li OAc作为水系锂离子电池电解液的电化学稳定窗口,研制低成本无氟水系混合溶剂醋酸锂电解液。通过红外吸收和拉曼散射光谱对电解液中水分子的活性进行表征,结果表明,在混合溶剂电解液中水分子的活性受到抑制。电化学测试表明电解液成分为2 m Li OAcPD0.5PEG0.5时,具有最宽的电化学稳定窗口3.10 V,使Li_(4)Ti_(5)O_(12)负极可进行可逆充放电,最后Li_(4)Ti_(5)O_(12)//Li Mn2O4全电池测试得到初始平台电压为2.3 V,能量密度为0.0616 k Wh/kg,相较于13 m Li OAc电解液具有更高的比容量和循环稳定性。

富镍镧镍合金催化二苄基甲苯加氢性能研究

采用感应熔炼和球磨方法制备镧镍储氢合金,进一步通过酸处理法原位制备富镍镧镍储氢合金。研究不同条件下制备的镧镍储氢合金催化二苄基甲苯(DBT)加氢性能。在反应温度为280℃时,经过4 h后,富镍镧镍储氢合金催化二苄基甲苯的加氢量达到5.34%(质量分数),20 h后,其加氢量达到理论最大值。富镍镧镍储氢合金具备的高效催化二苄基甲苯加氢活性主要归因于镍的高效催化和镧镍储氢合金可逆吸放氢之间的相互促进作用。

稳态磁场下合金凝固过程微观偏析行为研究进展

磁场通过改变合金凝固过程中的过冷度、固态扩散、枝晶粗化、熔体对流及枝晶生长形态等因素影响铸件微观偏析的形成,改变铸件的力学性能。本文评述了磁场下微观偏析研究进展,分析了在磁场作用下影响微观偏析形成的主要因素的变化规律,总结了磁场下合金凝固过程形核与枝晶生长、溶质分配行为变化规律,讨论了磁场下合金凝固过程中微观偏析的形成机理。在经典微观偏析模型的基础上,构建了磁场下微观偏析模型,预测磁场下微观偏析变化趋势,为磁控偏析技术的应用奠定理论基础。

酶固定化技术及固定化酶应用的研究进展

酶是一种对环境友好的生物催化剂,在环境修复、医药、化工和食品等领域广泛应用,但游离酶的催化性能易受环境因素的影响。酶的固定化技术是提高游离酶的催化稳定性的主要技术之一。首先综述了几种不同的酶固定化技术,介绍了不同固定化技术的优点及特点;其次介绍了不同固定化载体对不同酶的固定效果,并分析了其优势;最后讨论了固定化酶面临的挑战和未来发展前景。

SiO_(2)包覆对La-Ni-Al-Mn储氢合金抗毒化性能的影响研究

以LaNi_(3.7)Al_(0.75)Mn_(0.55)(La-Ni-Al-Mn)储氢合金为基体,采用低成本的气相二氧化硅溶胶包覆法对储氢合金进行抗毒化改性研究。制备的La-Ni-Al-Mn/SiO_(2)复合材料表现出良好的抗毒化性能和循环稳定性,经50次循环后,合金吸氢速率保持不变,吸氢容量达1.060%。复合材料抗毒化机理为:非晶态SiO_(2)包覆层在热处理过程中形成原子短程有序排布的渗氢点,有效阻挡O_(2)、N_(2)等大分子气体的透过。通过对复合材料热处理工艺的优化,最终获得其最佳的热处理工艺为200℃下热处理2 h。

氧含量对纯钛动态变形行为的影响

通过准原位EBSD和SEM观察研究了纯钛、Ti-0.2%O和Ti-0.4%O(质量分数)多晶体在高应变速率下的变形行为。结果表明:在5%应变的动态压缩变形下,纯钛中的孪生行为非常活跃,多数晶粒内的孪生系被激活,且半数晶粒中出现多种孪生变体;而滑移迹线分析表明,仅有50%的晶粒内开动了滑移系。随着氧含量的增加,孪生晶粒比例及孪晶面积占比均呈下降趋势,同时发生多滑移与交滑移。XRD分析表明,溶质氧原子导致晶格畸变,提高了α-Ti的c/a,有利于位错滑移。活跃的位错滑移行为抑制了孪晶的形成,并且氧原子钉扎位错也会阻碍孪晶界的扩展,导致孪生行为不再活跃。此外,氧含量每增加0.2%(质量分数),纯钛的动态屈服强度就能增加约390 MPa。这种固溶强化现象主要源于晶格畸变,也受到被钉扎位错及多滑移和交滑移产生的割阶影响。

Co含量对金刚石-WC-Co复合材料耐磨性的影响

随着采矿和城市基建等行业的发展,对矿用WC-Co采掘工具的耐磨性提出了更高的要求。通过添加金刚石增强WC-Co矿用工具的耐磨性是一种可行的新思路。在烧结制备金刚石-WC-Co复合材料的过程中钴相作为催化剂会加速金刚石向石墨转变。为研究Co对复合材料中金刚石石墨化程度的影响,采用放电等离子体烧结技术(SPS)制备金刚石-WC-Co复合材料,分析了复合材料中金刚石石墨化程度并采用砂轮法研究了复合材料的磨损性能和磨损机理。结果表明:金刚石-WC-Co复合材料中金刚石可以起到增韧效果;Co含量增加会促进复合材料致密化进程,同时也会降低复合材料的硬度;随着Co含量增加,复合材料耐磨性变差。磨损过程中WC-Co基体率先被磨损去除,金刚石后被磨损。金刚石会增强材料的耐磨性能。

Co含量对FeCoPB非晶合金软磁性能和弯曲韧性的影响

采用熔体旋淬的方法制备了FeCo含量达到87 at%Fe-Co-P-B系非晶合金薄带,研究了金属元素Co对Fe-Co-P-B系非晶合金的形成能力、软磁性能和弯曲韧性的影响规律。该合金系具有高的饱和磁化强度1.75~1.84 T,且热处理后薄带仍具有良好的弯曲韧性。添加Co元素后,提高了合金的居里温度,矫顽力升高。对薄带样品施加12 MPa的拉应力,合金的矫顽力由12.8 A/m降低到6.5 A/m。因此,通过成分和应力的调控可以避免Fe基非晶合金热处理引起的弛豫脆性问题,为获得具有优异软磁性能和良好弯曲韧性的Fe基非晶合金提供重要途径。

金刚石含量对金刚石强化硬质合金耐磨性影响

随着采矿和城市基建等行业的发展,对硬质合金的耐磨性提出了更高的要求。通过添加金刚石增强硬质合金的耐磨性是一种可行的新思路。本研究采用放电等离子体烧结技术(SPS)制备了金刚石体积分数为0~15%金刚石增强硬质合金,分析了合金中金刚石石墨化程度并采用砂轮法研究了材料的磨损性能。结果表明:该条件制备的硬质合金中金刚石均未转变为石墨;金刚石可以增强硬质合金的韧性;硬质合金的磨损系数K随着金刚石含量的增加先增加后降低。金刚石颗粒之间的距离减小会导致基体对金刚石颗粒的把持力降低,使金刚石颗粒易脱落且金刚石脱落形成的脱落坑也将作为缺陷降低合金的耐磨性。