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  • 材料工程
      2016年, 第44卷, 第7期 刊出日期:2016-07-20 上一期    下一期
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    2016, 44 (7): 0-0.  
    摘要 ( 94 )   PDF (6589KB) ( 52 )   引文文本
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    材料与工艺
    Buckypaper/环氧复合材料加压滤渗浸渍法制备工艺研究
    张鉴炜, 石刚, 江大志
    2016, 44 (7): 1-6.   DOI: 10.11868/j.issn.1001-4381.2016.07.001
    摘要 ( 413 )   HTML( PDF (4703KB) ( 109 )   引文文本
    Buckypaper/聚合物复合材料中碳纳米管团聚较少,且含量较高,使得碳纳米管的优异性能得以更加充分的发挥,显著提升了复合材料的各项性能。由于Buckypaper结构紧密,传统的滤渗浸渍方法不能满足制备高质量Buckypaper/环氧复合材料的要求。为提高环氧树脂在Buckypaper中的浸渍效率和质量,开发了Buckypaper的“加压滤渗”浸渍工艺,将环氧树脂溶液通过Buckypaper进行加压过滤,实现对Buckypaper的有效、均匀和完全浸渍。Buckypaper/环氧复合材料微观形貌表征结果表明,“加压滤渗”浸渍工艺制备的Buckypaper/环氧复合材料表面质量良好,且环氧树脂在Buckypaper内部充分浸渍,且分布均匀。与溶液浸渍法制备的Buckypaper/环氧复合材料对比,“加压滤渗”浸渍工艺制备的复合材料具有更加优异的力学性能,更加充分地发挥了Buckypaper的增强效率。
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    C/C复合材料不同基体炭的微观结构
    刘皓, 李克智
    2016, 44 (7): 7-12.   DOI: 10.11868/j.issn.1001-4381.2016.07.002
    摘要 ( 311 )   HTML( PDF (21496KB) ( 168 )   引文文本
    借助偏光显微镜、扫描电镜、透射电镜和X射线衍射仪对C/C复合材料不同基体炭的微观结构进行了研究。结果表明:不同基体炭在偏光显微镜下呈现出不同的光学活性度,其平均光学活性度依次由普通沥青炭、热解炭的光滑层、热解炭的粗糙层、中间相沥青炭逐渐增强;在SEM下,普通沥青以“葡萄状”结构为主,热解炭分为块状和“皱褶状”片层状结构,中间相沥青炭为形状各异的片层条带状结构;在HRTEM下,中间相沥青炭的晶格条纹排列规整,是一种长程有序的晶体结构,晶化程度很高。XRD分析表明,材料B(中间相沥青基C/C复合材料)的石墨化度最高,层间距最小,材料D(热解炭基C/C复合材料)次之。
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    高能超声分散纳米晶须的数值和物理模拟
    赵福泽, 朱绍珍, 冯小辉, 杨院生
    2016, 44 (7): 13-18.   DOI: 10.11868/j.issn.1001-4381.2016.07.003
    摘要 ( 269 )   HTML( PDF (24901KB) ( 108 )   引文文本
    为研究高能超声处理制备纳米复合材料过程中纳米增强相在熔体中的分散过程,采用甘油为介质分别进行了数值模拟以及物理模拟。数值模拟结果表明,当超声作用于甘油中时,甘油中会形成中心-底面-壁面-中心的环形流动,变幅杆探头端面边缘附近甘油流体存在最大的流动速度,且随着超声功率的增大,流体运动速度增大。物理模拟实验结果显示,高能超声作用下甘油的实际运动行为与数值模拟结果相符合,存在环形流动;此外,高能超声作用下甘油中存在明显的空化效应;纳米晶须在超声作用下于甘油中分散良好,且随着超声功率的增大,达到充分分散所需时间变短。
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    素坯密度对气相渗硅制备C/C-SiC复合材料结构与性能的影响
    曹宇, 刘荣军, 曹英斌, 龙宪海, 严春雷, 张长瑞
    2016, 44 (7): 19-25.   DOI: 10.11868/j.issn.1001-4381.2016.07.004
    摘要 ( 407 )   HTML( PDF (19551KB) ( 205 )   引文文本
    三维针刺碳毡经化学气相渗透(Chemical Vapor Infiltration, CVI)增密制备C/C素坯,通过气相渗硅(Gaseous Silicon Infiltration, GSI)制备C/C-SiC复合材料。研究素坯密度与CVI C层厚度及素坯孔隙率的变化规律,并分析素坯密度对C/C-SiC复合材料力学性能、热学性能的影响。结果表明:随着素坯密度增大,CVI C层变厚,孔隙率减小;C/C-SiC复合材料中残C量随之增大,残余Si量随之减小,SiC先保持较高含量(体积分数约40%),随后迅速降低,C/C-SiC复合材料密度逐渐减小,力学性能先增大后减小,而热导率及热膨胀系数降低至平稳。当素坯密度为1.085g/cm3时,复合材料力学性能最好,弯曲强度可达308.31MPa,断裂韧度为11.36MPa·m1/2。研究发现:素坯孔隙率较大时,渗硅通道足够,残余硅多,且CVI C层较薄,纤维硅蚀严重,C/C-SiC复合材料力学性能低;素坯孔隙率较小时,渗硅通道很快阻塞,Si和SiC含量少,而闭孔大且多,C/C-SiC复合材料力学性能也不高。
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    超快冷条件下Mn-Nb-B系低碳贝氏体高强钢组织与性能研究
    王丙兴, 董福志, 王昭东, 王国栋
    2016, 44 (7): 26-31.   DOI: 10.11868/j.issn.1001-4381.2016.07.005
    摘要 ( 409 )   HTML( PDF (11216KB) ( 140 )   引文文本
    采用Mn-Nb-B减量化成分设计的低碳贝氏体高强钢为研究对象,通过热模拟实验研究实验钢热变形行为和相变行为。结合中厚板生产线特点制定控制轧制与超快速冷却相结合生产工艺路线,充分利用超快速冷却条件下的细晶强化、析出强化等综合强化机制,实现综合力学性能优良的低成本高强工程机械用钢的试制和生产。产品屈服强度和抗拉强度分别达到678MPa和756MPa,伸长率A50为33%,-20℃低温冲击达到261J。产品显微组织由粒状贝氏体、针状铁素体和板条贝氏体组成,基体组织内弥散分布着细小的点状、粒状M/A岛和均匀细小的(Nb,Ti)(C,N)析出粒子以及大量位错组织。
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    TC4预合金粉末模壳热等静压成型技术
    朱郎平, 南海, 李建崇, 黄东, 罗倩
    2016, 44 (7): 32-36.   DOI: 10.11868/j.issn.1001-4381.2016.07.006
    摘要 ( 369 )   HTML( PDF (13429KB) ( 98 )   引文文本
    对TC4预合金粉末进行模壳热等静压成型,并对成型构件的尺寸收缩、合金的微观组织、室温拉伸性能,以及合金/模壳界面微观结构进行了分析。结果表明:采用TC4预合金粉末模壳热等静压技术实现了构件的完整成形,合金致密度达到98%,粉末在致密化过程中,沿构件的长度及宽度方向收缩较少,沿厚度方向收缩较大,中心部位收缩率达到30%;成型得到的合金为细小均匀的网篮组织,片层周围分布少量等轴α相;合金塑性为铸造TC4合金的1.5倍以上,拉伸性能完全达到甚至超过锻件水平;粉末模壳热等静压工艺中,TC4合金与模壳之间无明显的界面反应,在构件表面存在10μm左右的疏松层。
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    低活化钢析出相热力学研究
    庞启航, 唐荻, 赵征志, 武会宾, 李烁
    2016, 44 (7): 37-42.   DOI: 10.11868/j.issn.1001-4381.2016.07.007
    摘要 ( 451 )   HTML( PDF (10793KB) ( 126 )   引文文本
    设计了一种低碳低活化铁素体/马氏体钢,利用扫描电镜、透射电镜和拉伸实验等方法观察和测定了实验钢在不同制备工艺下的显微组织和力学性能,并对其析出物进行EDS化学成分检测,同时通过热力学计算研究了低碳低活化钢析出相的析出规律。结果表明:热轧后经980℃保温1h完全奥氏体化淬火与750℃保温1h空冷处理后,能够制备出性能达标的超低碳实验钢;析出相主要为M23C6MX相,其中M23C6主要在950℃以下轧制和热处理过程中析出,而MX主要在轧制过程中大量析出,同时在快速冷却和热处理过程中的二次析出比较少。
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    超声作用下Mg-Zn-Al钎料的润湿与铺展
    李国栋, 栗卓新, 古金茂, 齐勇田
    2016, 44 (7): 43-48.   DOI: 10.11868/j.issn.1001-4381.2016.07.008
    摘要 ( 315 )   HTML( PDF (40601KB) ( 107 )   引文文本
    在大气环境中,对Mg-Zn-Al钎料进行超声振动作用下的铺展,超声时间分别为1,2,3,4s,并与钎剂作用下的钎料铺展行为进行对比。采用体视显微镜观察钎料在超声及钎剂作用下的铺展形貌。采用光学显微镜观察钎料铺展初始端、铺展末端及铺展后钎料的微观组织形貌。结果表明:超声振动作用下的Mg-Zn-Al钎料沿基体表面作受迫铺展,声空化作用于液态钎料产生的冲击波可以破碎基体表面的氧化膜,使液态钎料与母材发生润湿,母材溶解的深度仅有0.12mm。超声时间为2s时,钎料铺展面积最大。超声声空化作用破碎液态钎料在凝固期间产生的α-Mg固溶相及Mg-Zn共晶相,使铺展后的钎料显微组织得到细化。
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    硅溶胶对LY12CZ铝合金硼硫酸阳极氧化的影响
    刘慧丛, 李峰, 张建周, 姬振江, 王萌, 朱立群
    2016, 44 (7): 49-53.   DOI: 10.11868/j.issn.1001-4381.2016.07.009
    摘要 ( 305 )   HTML( PDF (3164KB) ( 161 )   引文文本
    在硼硫酸氧化溶液(45g/L硫酸、8g/L硼酸)中分别添加体积分数为10%,20%,30%的硅溶胶,以15V的外加电压对LY12CZ铝合金试样进行阳极氧化实验。对氧化过程进行电流(电压)-时间曲线测试实验,对获得的氧化膜进行场发射扫描电子显微镜观察、耐点滴腐蚀实验、中性盐雾腐蚀实验、电化学交流阻抗测试,研究了不同含量硅溶胶对铝合金硼硫酸氧化膜层氧化过程、微观结构以及耐蚀性的影响。研究结果表明:不同含量的硅溶胶在硼硫酸溶液中能够影响铝合金阳极氧化膜层的生成以及溶解过程,提高所生成膜层的致密性以及平整性,进而提高了氧化膜层的耐蚀性能。
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    亚胺基二乙酸螯合纤维的合成与性能研究
    钱金鑫, 李明愉, 冯长根
    2016, 44 (7): 54-60.   DOI: 10.11868/j.issn.1001-4381.2016.07.010
    摘要 ( 331 )   HTML( PDF (1323KB) ( 125 )   引文文本
    以氯甲基化聚丙烯接枝苯乙烯纤维(chloramethylated polypropylene grafted styrene, CPP-g-St)为原料,采用胺基化和羧甲基化两步法反应,制备一种具有选择吸附性的亚胺基二乙酸螯合纤维(iminodiacetic acid chelate fiber, IDACF),并利用正交实验法研究了时间、浴比、温度、氯乙酸的用量对羧甲基化反应的影响。所制备的亚胺基二乙酸螯合纤维对Cu2+的螯合吸附容量为65.54mg·g-1,纤维对Cu2+的吸附容量是对Fe3+的10.52倍。采用元素分析(EA)、傅里叶红外光谱(FT-IR)、扫描电镜(SEM)、热重(TG)测试手段对纤维的结构和性能进行了表征。结果表明,经过两步反应后,亚氨基二乙酸基成功接枝到原料纤维表面,制备出的纤维具有良好的热稳定性。
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    TC轴承激光增材制造工艺及组织性能研究
    杨胶溪, 胡星, 王艳芳
    2016, 44 (7): 61-66.   DOI: 10.11868/j.issn.1001-4381.2016.07.011
    摘要 ( 503 )   HTML( PDF (9562KB) ( 200 )   引文文本
    为解决常规方法制备TC轴承带来的磨损不均问题,提高TC轴承服役寿命,采用激光增材制造方法在钢制零件基体表面制备耐磨涂层。选用两套不同工艺参数分别在TC轴承内轴套外圆、外轴套内孔进行Cr3C2/Fe基耐磨材料的激光熔覆,获得了无气孔、裂纹且冶金质量优良的耐磨涂层。采用扫描电镜(SEM)、能谱仪(EDS)、X射线衍射(XRD)检测分析手段进行形貌观察、成分分析、物相表征,并使用数字显微硬度计、摩擦磨损试验机、盐雾腐蚀实验箱分别对熔覆层进行硬度、耐磨性和耐腐蚀性进行测试。结果表明:TC轴承耐磨涂层的平均显微硬度为HV700,耐磨性为Ni60涂层的3倍,耐腐蚀性接近于316L不锈钢。
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    碳纳米管和氧化铝混杂增强铝基复合材料的制备及力学性能
    杨旭东, 邹田春, 陈亚军, 王付胜, 何小垒
    2016, 44 (7): 67-72.   DOI: 10.11868/j.issn.1001-4381.2016.07.012
    摘要 ( 405 )   HTML( PDF (23628KB) ( 146 )   引文文本
    采用化学气相沉积结合机械球磨的方法制备了碳纳米管(CNTs)和Al2O3颗粒混杂增强铝基复合材料,研究了球磨时间、Al2O3含量对复合材料组织和力学性能的影响。结果表明:本方法可以获得CNTs和Al2O3颗粒在铝基体内的均匀分散。随球磨时间的增加,复合材料的硬度随之增大;当球磨时间为180min时,复合材料硬度达纯铝的2.1倍。此外,随Al2O3颗粒含量的增加,复合材料的硬度和压缩屈服强度均不断提高。当Al2O3的质量分数为4%时,CNTs-Al2O3/Al复合材料的硬度达112.1HV,为纯铝的2.8倍;压缩屈服强度达416MPa,为纯铝的4.6倍,说明CNTs和Al2O3的混杂加入发挥了良好的协同增强效果。
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    单轴取向乙烯-三氟氯乙烯共聚物纤维结晶结构与性能表征
    潘健, 肖长发, 赵健, 黄庆林, 任倩
    2016, 44 (7): 73-77.   DOI: 10.11868/j.issn.1001-4381.2016.07.013
    摘要 ( 337 )   HTML( PDF (896KB) ( 106 )   引文文本
    以乙烯-三氟氯乙烯共聚物(ECTFE)为成纤聚合物,采用熔融纺丝技术制备了单轴取向ECTFE纤维,借助X射线衍射仪(XRD)、差示扫描量热仪(DSC)、力学性能测试、蠕变性能测试等分析了所得纤维的结晶结构、热性能、力学性能和抗蠕变性能等。结果表明:单轴取向ECTFE纤维具有良好的结晶性能,结晶属六方晶系,结晶取向度约90%;纤维力学性能、耐热性、抗蠕变性以及耐化学试剂性能优异。
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    测试与表征
    短时氧化对定向凝固高温合金不同取向腐蚀性能的影响
    马洛宁, 王天佑, 张峥
    2016, 44 (7): 78-87.   DOI: 10.11868/j.issn.1001-4381.2016.07.014
    摘要 ( 253 )   HTML( PDF (29762KB) ( 121 )   引文文本
    为了研究定向凝固高温合金不同取向氧化前后的常温腐蚀性能,选择镍基高温合金DZ125和钴基高温合金DZ40M在1050℃下进行不同时间的短时氧化,研究合金不同取向的氧化行为;对氧化前后合金在3.5%NaCl溶液中进行电化学实验,研究氧化对定向凝固高温合金不同取向常温腐蚀性能的影响。结果表明:定向凝固高温合金晶界或亚晶界附近容易发生局部腐蚀,纵截面晶界和亚晶界面积分数小,因此耐蚀性优于横截面;与合金横截面相比,纵截面晶界结构不利于扩散,故其氧化速率小于横截面;短时氧化后在合金表面生成分层结构的氧化物,对合金起到保护作用,一定程度上提高耐蚀性。
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    微滴包埋拉出法测定复合材料界面剪切强度的影响因素分析
    乔月月, 袁剑民, 费又庆
    2016, 44 (7): 88-92.   DOI: 10.11868/j.issn.1001-4381.2016.07.015
    摘要 ( 312 )   HTML( PDF (4099KB) ( 167 )   引文文本
    采用微滴包埋拉出测试的方法,分别测定两种不同表面性质中间相沥青基碳纤维与环氧树脂的界面剪切强度(σIFSS)。从负载-位移曲线读取树脂小球从碳纤维上脱落时的脱粘力值,并利用扫描电子显微镜观察了脱粘树脂小球和碳纤维的状态,然后定量地计算出σIFSS的平均值以及其标准方差、离散系数,并讨论了σIFSS同树脂小球的长度与直径、纤维直径的关系,研究发现:所测量的界面剪切强度值与环氧树脂小球的长径比正比,与纤维直径成反比,与环氧树脂小球的长度和纤维直径的比值反比,与环氧树脂小球的直径和纤维直径的比值成反比。
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    粒子浓度对C/C复合材料烧蚀行为的影响
    查柏林, 林浩, 高双林, 罗雷, 张博文, 朱杰堂, 孙振生
    2016, 44 (7): 93-98.   DOI: 10.11868/j.issn.1001-4381.2016.07.016
    摘要 ( 285 )   HTML( PDF (12015KB) ( 157 )   引文文本
    为研究不同粒子浓度侵蚀条件下C/C复合材料的烧蚀机理及性能,采用自主研发的氧-煤油烧蚀实验系统对轴棒法编织的C/C复合材料进行烧蚀/侵蚀实验,实验的粒子浓度分别为0,1.37%,2.22%,2.64%。采用扫描电镜(SEM)观察实验后试样的微观形貌,测算了试样的烧蚀率,研究了粒子浓度对材料烧蚀率的影响规律,分析了材料的烧蚀机理。结果表明:不加粒子时试样的质量烧蚀率仅为0.159g/s,线烧蚀率为0.175mm/s,加入粒子后质量烧蚀率与线烧蚀率的最小值分别为0.432g/s和0.843mm/s,且随粒子浓度的增加,烧蚀率均加速增加。粒子的侵蚀作用加剧了试样的烧蚀,冲刷面上径向纤维的烧蚀梯度随粒子浓度的增加而增大。
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    阳极氧化疏松钛膜制备高光催化活性的透明TiO2纳米多孔涂层
    梁银, 李朋, 裴旺, 段晋辉, 黄峰, 赵昆渝
    2016, 44 (7): 99-106.   DOI: 10.11868/j.issn.1001-4381.2016.07.017
    摘要 ( 315 )   HTML( PDF (17500KB) ( 119 )   引文文本
    采用磁控溅射法在玻璃基底上制备出一层特殊结构的Ti膜,该钛膜经过电化学阳极氧化和退火工艺处理,可直接在玻璃基底表面形成一层具有高光催化活性的透明TiO2纳米多孔涂层(简称TNP涂层)。利用XRD和SEM对TNP涂层的结构和形貌特征进行了表征。利用紫外可见分光光度计、接触角测试仪以及划痕测试仪对该涂层的透光率、浸润性、结合力进行了测试。最后,通过降解亚甲基蓝溶液对该涂层的光催化活性进行了评价。结果表明:制备的TNP涂层具有疏松多孔结构,退火后可形成锐钛矿相,透光率在可见光范围内达到80%以上,表面具有超亲水性(接触角<6°),与玻璃基底间的结合力为2.9N;2h内对浓度为1×10-5mol/L 的亚甲基蓝溶液降解率可达到94%,光催化反应速率常数为1.47h-1
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    负载纳米银EVA复合发泡材料的制备及其抗菌性能
    郑辉东, 邱洪峰, 郑玉婴, 刘艺, 连汉青, 陈志杰
    2016, 44 (7): 107-112.   DOI: 10.11868/j.issn.1001-4381.2016.07.018
    摘要 ( 326 )   HTML( PDF (15054KB) ( 135 )   引文文本
    采用原位还原法在EVA复合发泡材料表面负载银纳米颗粒,制备具有抗菌性能的负载纳米银EVA复合发泡材料,通过场发射扫描电镜、X射线光电子能谱、电感耦合等离子体发射光谱以及X射线衍射等表征其形貌及结构,并分别采用热失重和抗菌实验对所制备复合发泡材料的热稳定性和抗菌性进行评价。结果表明:EVA复合发泡材料表面均匀分布的颗粒状物质为单质银,其直径约为20nm;负载纳米银后EVA复合发泡材料在600℃时残炭率提高到3.22%;抗菌实验分析表明样品具有良好的抗菌持久性,在洗涤50次后对大肠杆菌、金黄色葡萄球菌抗菌率分别可达到98%和99%以上。
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    P对Sn-Bi合金组织与性能的影响
    王小京, 刘彬, 周慧玲, 王俭辛, 刘宁, 李天阳
    2016, 44 (7): 113-118.   DOI: 10.11868/j.issn.1001-4381.2016.07.019
    摘要 ( 408 )   HTML( PDF (10095KB) ( 178 )   引文文本
    通过考察P在纯锡中的作用,探讨微量P,P/Cu/Zn对Sn-Bi基合金焊料组织、拉伸性能、形变断裂的影响。结果显示在纯锡中添加1%(质量分数,下同) P,能够提高强度、刚度,降低塑性;但仅0.1%的P会恶化Sn-Bi合金的力学性能,这和P元素在金属基体内的存在形式以及基体组织有关。在锡基合金中,P以Sn-P合金的形式分布在相界或晶界上,限制载荷作用下金属的形变扩散与转移。因此在Sn-1P合金中,分布在β-Sn基体上的化合物,起强化作用;在Sn-Bi合金中,Sn-P化合物则加剧加载过程中的形变不匹配,成为裂纹萌生与扩展的薄弱环节,导致合金倾向于脆性断裂;最后,在加入微量P元素的基础上再进行Zn/Cu的合金化,可以改善Sn-Bi合金系列的微观组织,提高强度,增加合金最大流变应力。
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    综述
    智能超材料研究与进展
    于相龙, 周济
    2016, 44 (7): 119-128.   DOI: 10.11868/j.issn.1001-4381.2016.07.020
    摘要 ( 1141 )   HTML( PDF (15041KB) ( 473 )   引文文本
    本文以智能超材料关键技术为主线,基础研究和新产品研发为辅,简要论述近年来智能超材料的发展现状和趋势。根据智能超材料所调控激元的不同,可分为智能电磁超材料,智能机械超材料,智能热学超材料,智能耦合超材料,此外两项关键技术为智能超材料新型设计与仿真技术和材料制备技术与材料基因工程。这些智能超材料在科学基础研究方面涉及超材料中多物理场耦合机制,新型人工原子与人工分子设计,超材料与自然材料的融合,超材料可调性探索和新型传感型超材料机制探求。基础研发和技术拓展将推进智能超材料施展到更加广泛的应用领域,如微型天线及无线互联,光电磁隐身,医学图像上用的完美成像,航空航天和交通车辆所用的智能蒙皮,精密仪器制程与片上实验室集成型超材料等。基于上述国内外智能超材料研究的发展趋势,本文进行了系统性的分类厘清,并分析了其研究现状,给出了我国智能超材料发展的美好愿景。
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