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寧波材料所提出“化學(xué)剪刀”編輯層狀材料結(jié)構(gòu)新策略

2023年3月17日，中國(guó)科學(xué)院寧波材料技術(shù)與工程研究所先進(jìn)能源材料工程實(shí)驗(yàn)室黃慶研究員等在Science上發(fā)表了題為Chemicalscissor-mediated structuraleditingoflayered transitionmetalcarbides的研究論文。該研究成功開發(fā)了一種“化學(xué)剪刀”輔助的層狀過渡金屬碳/氮化物（MAX 相和MXene）結(jié)構(gòu)編輯策略，實(shí)現(xiàn)了層狀過渡金屬碳/氮化物結(jié)構(gòu)拓?fù)滢D(zhuǎn)變及組分精準(zhǔn)調(diào)控，并創(chuàng)制出一類金屬原子插層型二維碳化物新材料。

研究表明，非范德華力層狀材料層間的打開和閉合完全由“化學(xué)剪刀”和客體種類性質(zhì)而定，而MAX 相和MXene 之間的拓?fù)滢D(zhuǎn)變可精細(xì)化地由4 個(gè)反應(yīng)路徑完成。路徑I：路易斯酸熔鹽陽離子作為“化學(xué)剪刀”刻蝕MAX相的A 位原子，打開非范德華間隙，形成層間原子空位結(jié)構(gòu)；路徑II：熔鹽中溶劑化的插層原子擴(kuò)散進(jìn)入層間原子空位形成MAX 相；路徑III：還原性金屬原子作為“化學(xué)剪刀”敲除MXene 的表面端基，打開范德華間隙；路徑IV：熔鹽中陰離子與M 位原子配位形成MXene 材料。通過路徑III 和路徑II 可以實(shí)現(xiàn)二維MXene到三維MAX 相的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)變，即Mn+1XnTx的化學(xué)端基T 被“化學(xué)剪刀”敲除之后，層間原子空位可重新放入金屬原子A，Mn+1□Xn重新組裝為Mn+1AXn?！盎瘜W(xué)剪刀”輔助的結(jié)構(gòu)編輯策略不僅為MAX 相和MXene 材料的結(jié)構(gòu)及化學(xué)組分的精準(zhǔn)調(diào)控提供了有效的手段，而且有望為二維材料的三維組裝提供新思路。

該研究得到了中科院國(guó)際合作伙伴計(jì)劃、浙江省重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃、浙江省雙創(chuàng)項(xiàng)目、寧波市頂尖人才團(tuán)隊(duì)計(jì)劃、廣東東江實(shí)驗(yàn)室專項(xiàng)、國(guó)家自然科學(xué)基金和寧波材料所所長(zhǎng)基金等項(xiàng)目支持。

上圖為“化學(xué)剪刀”輔助層狀過渡金屬碳化物結(jié)構(gòu)編輯策略示意圖。

（本刊記者 逸飛）

復(fù)旦團(tuán)隊(duì)制備用于多光譜防御的柔性MXene基復(fù)合膜

復(fù)旦大學(xué)車仁超團(tuán)隊(duì)設(shè)計(jì)并制造了一種超薄MXene 基復(fù)合膜（20 μm），包含黑磷（BP）和鎳鏈（M-B-M（Ni）），具有集成的高效熱紅外隱身、可見光吸收和電磁波屏蔽功能。M-B-M（Ni）表現(xiàn)出0.1的極低紅外發(fā)射率，降低了周圍環(huán)境和目標(biāo)設(shè)備之間的輻射溫差。BP 提供了80%的高太陽能吸收率，保證了從可見光到熱的能量轉(zhuǎn)換。此外，M-B-M（Ni）的電磁屏蔽效率的吸收比例比純MXene 膜的吸收比例（68.7%）高16%，這是由于通過磁性Ni 鏈修飾改善了磁損耗。由于MXene、BP 和Ni 鏈的綜合優(yōu)點(diǎn)，M-B-M（Ni）為構(gòu)建先進(jìn)的多光譜兼容材料開辟了一條道路，用于熱紅外隱身、電磁波屏蔽和能量轉(zhuǎn)換等多用途應(yīng)用。

近日，該團(tuán)隊(duì)的研究成果以FlexibleMXenebasedcompositefilmsfor multi-spectradefensein radar,infraredandvisible lightbands為題發(fā)表在AdvancedFunctional Materials上。

下圖為MXene 膜的設(shè)計(jì)與制備。

（本刊記者 逸飛）

西安交大在亞穩(wěn)β鈦合金強(qiáng)韌化方面取得新進(jìn)展

近日，西安交大金屬材料強(qiáng)度國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室孫軍院士團(tuán)隊(duì)自主設(shè)計(jì)了Ti-1Al-8.5Mo-2.8Cr-2.7Zr (質(zhì)量分?jǐn)?shù)，%)亞穩(wěn)鈦合金，提出了一種與眾不同的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)策略，即少量的多形態(tài)硬質(zhì)-塑性α 納米析出相分布于亞穩(wěn)態(tài)軟相β 基體的新型異質(zhì)疊層結(jié)構(gòu)，明顯不同于以往大量的亞穩(wěn)態(tài)軟相鑲嵌在硬相基體中的層狀化設(shè)計(jì)。

該團(tuán)隊(duì)采用循環(huán)熱軋和短時(shí)固溶工藝克服了亞穩(wěn)態(tài)β 鈦合金晶粒易粗化的弊端，通過改變循環(huán)次數(shù)，實(shí)現(xiàn)了納米析出相晶內(nèi)與界面的雙態(tài)分布和軟相β 層厚（0.3～3.2 μm）的靈活控制，使得變形機(jī)制在臨界層厚尺寸～0.8 μm 發(fā)生轉(zhuǎn)變。合金中硬質(zhì)-塑性α 納米析出相不僅作為強(qiáng)化相用來提升材料的強(qiáng)度，還作為應(yīng)力集中源在高應(yīng)力下激活亞穩(wěn)態(tài)基體的馬氏體相變實(shí)現(xiàn)TRIP 效應(yīng)增加延性，同時(shí)在變形后期這些納米析出相可觸發(fā)界面分層增韌機(jī)制以增加材料的斷裂韌性。

因此，通過調(diào)控基體層厚尺寸與硬質(zhì)-塑性納米析出相的分布，精準(zhǔn)控制了TRIP 和ODP 的啟動(dòng)次序，并在隨后的大應(yīng)變下激活TRIP，實(shí)現(xiàn)了亞穩(wěn)鈦合金形變-相變機(jī)制的協(xié)同耦合作用，使合金屈服強(qiáng)度提升一倍而不損失其均勻塑性。該團(tuán)隊(duì)提出的新型異質(zhì)疊層結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)策略為開發(fā)高性能亞穩(wěn)態(tài)β 鈦合金提供了一種有效的范例，并為設(shè)計(jì)先進(jìn)鈦合金和其他具有類似特性的金屬結(jié)構(gòu)材料提供了新的思路。

該團(tuán)隊(duì)的研究成果以Trifunctionalnanoprecipitates ductilize and toughen a strong laminated metastable titaniumalloy為題在線發(fā)表在Nature Communications上。該工作得到了國(guó)家自然科學(xué)基金、陜西省青年創(chuàng)新團(tuán)隊(duì)等項(xiàng)目共同資助。

（本刊記者 逸飛）

沈陽材料科學(xué)國(guó)家研究中心高熵稀土雙硅酸鹽高溫穩(wěn)定相結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)準(zhǔn)則新成果

沈陽材料科學(xué)國(guó)家研究中心陶瓷及復(fù)合材料研究部環(huán)境障涂層團(tuán)隊(duì)長(zhǎng)期致力于航空發(fā)動(dòng)機(jī)多功能熱/環(huán)境障涂層的精準(zhǔn)設(shè)計(jì)與先進(jìn)制造技術(shù)研究。該研究利用高通量理論模擬結(jié)合試驗(yàn)驗(yàn)證，研究了多主元（高熵）稀土雙硅酸鹽的相形成及演變機(jī)理，建立了通過構(gòu)型熵描述符和多元稀土等效離子半徑等來預(yù)判和控制相結(jié)構(gòu)的普適方法。

該研究通過試驗(yàn)制備了20 多種四元稀土雙硅酸鹽驗(yàn)證塊體材料，借助X 射線衍射結(jié)構(gòu)精修和高分辨高角度環(huán)形暗場(chǎng)成像等結(jié)構(gòu)表征技術(shù)，發(fā)現(xiàn)材料的相結(jié)構(gòu)演化規(guī)律與多元稀土半徑的平均值和均方差密切相關(guān)。

該研究提出了從晶體結(jié)構(gòu)系綜的角度預(yù)測(cè)多主元/高熵復(fù)雜陶瓷相形成能力的必要性，改進(jìn)了以往研究中普遍采用的“隨機(jī)結(jié)構(gòu)建?！毖芯糠妒?。同時(shí)提出了低膨脹系數(shù)（nREx）2Si2O7相的多元稀土設(shè)計(jì)準(zhǔn)則。該研究明晰了多主元/高熵稀土雙硅酸鹽的相形成及演變關(guān)鍵機(jī)理，拓寬了這類材料中多元稀土組合的成分區(qū)間和相結(jié)構(gòu)控制空間，為稀土硅酸鹽類環(huán)境障涂層材料的多稀土元素精準(zhǔn)設(shè)計(jì)和多功能復(fù)合的目標(biāo)提供了重要的指導(dǎo)和支撐。

相關(guān)研究成果于2023年3月8日以Phase formationcapabilityand compositionaldesignof β-phasemultiplerareearthprincipalcomponent disilicates為題發(fā)表在NatureCommunications上，得到了國(guó)家自然科學(xué)基金、國(guó)家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃、中科院重點(diǎn)部署項(xiàng)目、遼寧省“興遼英才計(jì)劃”等項(xiàng)目資助。

（本刊記者 逸飛）

中科大俞書宏院士團(tuán)隊(duì)成功研發(fā)高抗沖擊陶瓷-聚合物復(fù)合材料

近日，中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué)的俞書宏院士、高懷嶺教授團(tuán)隊(duì)提出了一種獨(dú)特的仿生梯度布利岡（Bouligand，GB）結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。在鑄造機(jī)器人的幫助下，氧化鋁納米片首先在高嶺土細(xì)絲內(nèi)同軸排列，然后通過調(diào)節(jié)每層的細(xì)絲間距將其排列成GB 結(jié)構(gòu)骨架，隨后通過進(jìn)一步燒結(jié)骨架和聚合物滲透獲得仿生GB 結(jié)構(gòu)陶瓷-聚合物復(fù)合材料。

該研究系統(tǒng)評(píng)估了不同結(jié)構(gòu)元素（納米片排列、聚合物相、陶瓷絲的Bouligand 排列和成分的梯度分布）對(duì)所得陶瓷-聚合物復(fù)合材料性能改進(jìn)的預(yù)期結(jié)果。與非結(jié)構(gòu)和單一結(jié)構(gòu)相比，GB 結(jié)構(gòu)復(fù)合材料表現(xiàn)出顯著改善的動(dòng)態(tài)抗沖擊性。

GB-PC 復(fù)合材料與所有其他結(jié)構(gòu)復(fù)合材料相比顯示出最高的峰值力，表明陶瓷-聚合物復(fù)合材料的梯度和Bouligand 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)可以有效提升抗沖擊性能。

該團(tuán)隊(duì)的研究成果以Biomimeticgradient Bouligand structure enhances impact resistance of ceramic-polymer composites為題發(fā)表在AdvancedMaterials上。

左圖為仿生GB 結(jié)構(gòu)陶瓷-聚合物復(fù)合材料的制造。

（本刊記者 逸飛）

3D打印將塑料轉(zhuǎn)為碳材料，為碳材料量產(chǎn)化帶來新工藝

碳材料在儲(chǔ)能、熱管理、電子設(shè)備、生物工程、高性能復(fù)合材料等眾多領(lǐng)域扮演著重要的“角色”。但長(zhǎng)期以來，碳材料的加工之路卻因其熔點(diǎn)過高等原因一直“困難重重”。

雖然碳纖維、石墨烯、碳納米管等高性能的碳材料功能性強(qiáng)，但仍不能作為材料主體被應(yīng)用。在大多數(shù)情況下，只能作為添加劑或增強(qiáng)性材料被共混在高分子中進(jìn)行加工。因此會(huì)導(dǎo)致碳材料優(yōu)秀的導(dǎo)熱、導(dǎo)電性能被“浪費(fèi)”。

近日，美國(guó)南密西西比大學(xué)助理教授強(qiáng)哲課題組開發(fā)了一種簡(jiǎn)單、可擴(kuò)展的方法，首次實(shí)現(xiàn)可量產(chǎn)化制備3D 宏觀結(jié)構(gòu)碳材料。該研究從高分子的制備角度出發(fā)，通過3D 打印一種常見的高分子聚丙烯（Polypropylene，PP），然后進(jìn)行特殊的交聯(lián)，成功地將PP 轉(zhuǎn)變成構(gòu)型和機(jī)械性能良好的碳材料。

值得關(guān)注的是，由于碳材料具備良好的電熱性能和力學(xué)性能，通過3D 打印將塑料變成碳的工藝，可實(shí)現(xiàn)高效的電熱轉(zhuǎn)換，有望解決傳統(tǒng)工業(yè)中高能耗的問題，甚至解決塑料垃圾可回收的問題。

用簡(jiǎn)單的方法和最普及的塑料實(shí)現(xiàn)對(duì)碳材料的三維結(jié)構(gòu)控制，該技術(shù)將對(duì)多個(gè)應(yīng)用領(lǐng)域起到深遠(yuǎn)的影響。相關(guān)研究以Additivemanufacturing ofcarbonusingcommodity polypropylene為題發(fā)表在AdvancedMaterials上。

（本刊記者 逸飛）

漢諾威金屬加工世界全球巡回發(fā)布會(huì)在深圳舉辦

2023年3月16日，EMO Hannover 2023 巡回新聞發(fā)布會(huì)在深圳舉辦，以線上線下融合辦會(huì)的模式召開。中國(guó)是EMO Hannover 在40 個(gè)國(guó)家和地區(qū)進(jìn)行全球巡回發(fā)布會(huì)的其中一站，計(jì)劃在北京、濟(jì)南、上海、深圳、重慶舉辦，謀求“觸達(dá)”更多的中國(guó)企業(yè)。

2023 漢諾威金屬加工世界以“創(chuàng)新制造”為主題，旨在呼吁客戶投資新技術(shù)和激勵(lì)制造商展示最新的創(chuàng)新成果和解決方案。

著眼于全球工業(yè)面臨的挑戰(zhàn)，EMO Hannover 2023 將“感知未來的脈動(dòng)”作為重要話題之一。其中“商業(yè)的未來”關(guān)注新的市場(chǎng)、商業(yè)模式和機(jī)遇；“互聯(lián)的未來”圍繞工業(yè)4.0、工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)、數(shù)字商業(yè)模式、預(yù)測(cè)性維護(hù)、機(jī)器學(xué)習(xí)、互聯(lián)性、互操作、人工智能、增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)等趨勢(shì)展開；“生產(chǎn)可持續(xù)性的未來”則著眼于資源節(jié)約、氣候中和型生產(chǎn)與工廠規(guī)劃的創(chuàng)新方法和概念。

下圖為EMO Hannover 2023 巡回新聞發(fā)布會(huì)中國(guó)深圳站現(xiàn)場(chǎng)。

（本刊記者 逸飛）

安徽工大團(tuán)隊(duì)成功研發(fā)低硼化鈦含量新型陶瓷

近日，安徽工業(yè)大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院教授冉松林團(tuán)隊(duì)分別在Journal ofAdvancedCeramics和JournaloftheAmerican CeramicSociety上發(fā)表結(jié)構(gòu)功能一體化復(fù)相陶瓷的最新研究成果。

據(jù)悉，碳化硼（B4C）陶瓷具有熔點(diǎn)高、密度低、化學(xué)穩(wěn)定性強(qiáng)以及耐磨性好等優(yōu)良性能，廣泛應(yīng)用于耐磨、裝甲防護(hù)等領(lǐng)域。在碳化硼基體中引入第二相硼化鈦（TiB2），形成B4C-TiB2復(fù)相陶瓷，不僅能有效提高碳化硼陶瓷的力學(xué)性能，還能顯著降低復(fù)相陶瓷的電阻率，實(shí)現(xiàn)結(jié)構(gòu)功能一體化。然而，由于硼化鈦比碳化硼比重更大，本征硬度更低，硼化鈦的加入也增加了材料的比重，降低了材料的硬度。

經(jīng)過一系列研究，冉松林團(tuán)隊(duì)發(fā)現(xiàn)在保證高致密度和良好導(dǎo)電性能的前提下，降低B4C-TiB2復(fù)相陶瓷中硼化鈦的比例，可進(jìn)一步滿足工業(yè)和軍工領(lǐng)域?qū)Τp、超硬材料的需求。

該團(tuán)隊(duì)通過化學(xué)反應(yīng)協(xié)同基體晶粒選擇性吸收生長(zhǎng)法，設(shè)計(jì)并制備了一種低硼化鈦含量的超輕、超硬、導(dǎo)電B4C-TiB2復(fù)相陶瓷，并通過探索復(fù)相陶瓷的顯微結(jié)構(gòu)與其導(dǎo)電性能、力學(xué)性能間的關(guān)系，實(shí)現(xiàn)了對(duì)B4C-TiB2復(fù)相陶瓷在結(jié)構(gòu)和功能性能上的可控調(diào)節(jié)。為結(jié)構(gòu)功能一體化材料的制備及性能研究提供了一種新的思路。

該研究工作得到了國(guó)家自然科學(xué)基金、安徽高效協(xié)同創(chuàng)新項(xiàng)目、安徽工業(yè)大學(xué)“青年拔尖計(jì)劃-青年學(xué)者”人才項(xiàng)目等支持。

左圖為B4C-TiB2導(dǎo)電復(fù)相陶瓷的設(shè)計(jì)原理。

（本刊記者 逸飛）