- Ei，ESCI收录期刊
- 中国科学引文数据库(CSCD)核心期刊
- 中文核心期刊
- 文摘与引文数据库(Scopus)
- 剑桥科学文摘(CSA)
石墨烯作为一种具有超高热导率的二维纳米材料，在导热领域有着广阔的应用前景。本文综述了石墨烯导热材料的研究进展，介绍了石墨烯本征热导率及其层数、缺陷、边缘情况等对热导率的影响，分析了石墨烯纤维的研究现状及存在的问题，讨论了各类石墨烯导热薄膜（纯石墨烯薄膜/石墨烯杂化薄膜/石墨烯聚合物复合薄膜）热导率的影响因素，归纳总结了各类三维石墨烯导热材料（无规分散石墨烯三维复合材料和特定结构石墨烯三维复合材料）的结构、性能与研究现状，最后指出了目前几种导热材料研究存在的问题并展望了石墨烯未来导热领域的发展方向，尤其是在LED照明、智能手机等高功率、高度集成系统中，石墨烯导热材料有着良好的发展前景。
近年来，石墨烯基气凝胶（GAs）因其低密度、高比表面积及多孔结构等优异特性被广泛研究并在诸多应用领域内表现出极大的潜力。但是传统块状石墨烯基气凝胶往往具有设备依赖性强、材料尺寸大及量化生产性差等缺点，并且忽略了特定应用场景对材料形状尺寸的要求，从而限制了其实际应用与发展。石墨烯基气凝胶微球（GAMs）作为一种具有新颖结构的新型材料，不仅具有GAs的各种优势特征，而且具有灵活可控的尺寸及可量化生产能力等优点，大大丰富了GAMs的应用场景。本文将对GAMs的制备方法及其结构特征，以及在水污染处理、电磁波吸收、电催化等领域研究现状进行详细阐述，指出微球成形组装过程中的内在机制。
随着军用载具所受威胁的不断升级，对于驾驶舱的防护要求也在增加。传统以防弹玻璃为主的透明装甲已难以满足使用要求。更轻更薄的陶瓷基透明装甲正在逐渐成为主流选择。与其他防弹装甲相似，透明防弹装甲的主要研究方向包括：寻找性能更优的材料用于装甲组件；通过实验或计算机模拟对结构设计与弹道实验进行指导；更加深入地了解装甲材料所需的主要性能、系统整体性能以及整个系统各组件之间的相互影响。依据这一思路，本文首先简要综述了陶瓷透明防弹装甲研究较多的三种迎弹面陶瓷材料的优缺点、制备工艺以及各自的发展及应用水平，三种陶瓷中蓝宝石的静力学参数最优，而实际防弹效果则以多晶陶瓷更好，导致这一现象的原因主要是两类陶瓷碎裂模式的不同产生的弹丸-陶瓷相互作用效果的差异；然后对多晶陶瓷、单晶、玻璃三种类型材料高应变率下的裂纹扩展特性和防弹性能进行了讨论，高应变速率下材料裂纹扩展特性对冲击能量/速率是敏感的，多晶陶瓷是沿晶断裂和穿晶断裂的复合扩展方式，蓝宝石高能冲击下裂纹扩展特征类似多晶陶瓷，临界能量以下则以沿特定晶面的解理断裂为主；最后对透明防弹装甲各功能层的选材标准和结构设计原则进行了总结与展望，迎弹面优选高杨氏模量、高硬度的细晶粒多晶陶瓷材料，中间层选用具有良好的断裂韧度、高弯曲刚度以及将破碎控制在较小范围的能力的材料，背弹面要求材料具有一定的延展性和低密度的特点。各层之间需相互配合才能实现透明陶瓷装甲防弹效能的最大化。
随着我国月球取样返回、火星探测的开展以及空间站建设的推进，航天任务的发展对高性能材料提出了新的要求。本文在对我国航天发展现状和趋势进行简要分析的基础上，从轻质高性能结构机构材料、轻质高效热防护材料、结构功能一体化材料、新型多功能复合防护材料、耐极端温度功能材料、智能材料、高性能航天服材料、功能梯度材料、超材料、3D打印材料及4D打印材料与结构等角度论述了我国航天科技发展对高性能材料的需求，最后提出了利用纳米技术、材料基因工程等新技术，并将空间环境纳入航天材料的研制全流程中，进一步开展航天材料的研制和开发。
微量添加合金元素是改善铝基复合材料综合性能的有效方法，是基于电磁搅拌、超声振动等物理工艺，双峰结构、仿生层状材料等制备技术之外改善增强相/基体界面结构、调控强度-韧性力学性能的一种行之有效的低成本技术。近年来，合金元素在TiB2颗粒增强铝基复合材料中的研究备受关注，取得了一定的成果，对其作用机理的理解也向纳米层级甚至原子层级迈进。本文归纳了国内外微量添加合金元素对TiB2/Al复合材料中TiB2颗粒形貌、微观组织、力学性能的一系列最新进展，阐述了微合金化机制，并展望了其在调控复合材料裂纹萌生与扩展、发挥微纳尺度本征力学性能、协调材料强度和韧性矛盾中的潜在价值，以期为制备高性能铝基复合材料提供借鉴和参考。
高温压缩性能是复合材料结构设计关键的力学参数，但是传统技术手段难以对其进行有效测量。通过搭建基于数字图像相关方法的高温实验系统，开展了复合材料的高温压缩实验，获得了130℃环境下CCF300/5228A碳纤维增强复合材料层合板0°和90°压缩性能、应力-应变曲线以及不同载荷情况下轴向应变分布及演化，并且与室温实验结果进行了对比。进一步通过扫描电镜进行了压缩试样的断口分析，结合实验结果，探讨了高温和铺层形式对压缩性能的影响。最后，通过实验验证了高温实验系统及相应实验方法的可行性和可靠性。结果表明：130℃环境下0°与90°压缩强度保持率分别为70.5%和62.6%，压缩模量保持率分别为88.0%和75.4%，说明由基体控制层合板的强度和模量对高温更敏感。
采用热压罐成型工艺制备碳纤维/双马树脂复合材料，并采用空气炮冲击装置、超声水浸C扫描探伤装置和万能材料试验机等测试手段，研究碳纤维类型和碳纤维体积分数对复合材料层板抗高速冲击性能的影响。结果表明：与CCF300碳纤维、CCF700碳纤维和CCF800H碳纤维相比，TZ1000G碳纤维复合材料抗高速冲击性能最优；碳纤维体积分数越高，复合材料层板抗高冲击性能越高；碳纤维复合材料的破坏模式与冲击速率有关，冲击速率较低时，复合材料层板弹击面出现周围含纤维分层开裂的圆形凹坑，背弹面出现沿纤维方向的分层开裂；冲击速率较高时，复合材料层板弹击面出现周围含纤维分层开裂的圆形通孔，背弹面出现撕裂断口。
为分析紫外加速老化对聚碳酸酯力学和光学性能的影响，采用实验室荧光紫外灯源暴露实验法，研究聚碳酸酯透光率、黄色指数、拉伸性能和弯曲性能随紫外辐照时间和辐照强度的变化规律。结果表明，聚碳酸酯的透光率随着辐照时间和辐照强度的增加而降低，延长辐照时间和增加辐照强度导致材料黄色指数增加。红外光谱显示，紫外加速老化使得聚碳酸酯内部生成有色基团，影响材料光学性能。聚碳酸酯的拉伸强度和断裂伸长率随着辐照时间和辐照强度的增加而降低，紫外加速老化导致材料受辐照面产生微裂纹和孔洞等缺陷，拉伸作用会使微小缺陷扩展并引发断裂。当受压面为辐照面，聚碳酸酯的弯曲强度随着辐照时间的延长和辐照强度的增加而升高，辐照面缺陷在受压状态下不易扩展并且增加了材料表面刚度，使得弯曲强度提高。聚碳酸酯的拉伸模量和弯曲模量受老化时间和辐照强度影响较小，这是因为紫外加速老化对分子量影响较小。
研究不同存放周期条件下聚（偏氟乙烯-三氟乙烯）（P（VDF-TrFE））电容器样品的极化反转性能，分析温度和存放周期对极化反转性能的影响规律。研究结果表明，存放5个月的样品，经过60℃，106次化反转测试，其相对剩余极化强度Pr/Pr0仍高达0.70以上，表现出良好的时效稳定性。通过研究P（VDF-TrFE）样品极化反转性能的演化规律，预测了极化反转调控的P（VDF-TrFE）样品时效稳定性模型。通过模拟P（VDF-TrFE）分子链微观结构演变过程，给出了电活性界面层对分子链中氟化氢气体形成的抑制模型，建立存放周期和测试温度对样品极化性能影响的分子链微观结构机制，进一步验证了界面层作用的陷阱电荷密度减小，同时关联的时效稳定性微观动力学行为。本工作的研究结果为柔性电子器件的应用提供理论参考。
以Zn/ZnO/ZnF2混合物为靶材，在衬底温度（Ts）为150℃和300℃、溅射气氛为Ar+O2和Ar+H2下反应溅射制备F掺杂ZnO（FZO）薄膜，研究气体流量、Ts以及溅射气氛对薄膜结构及透明导电性能的影响。结果表明：对于Ar+O2下制备的FZO薄膜，Ts=300℃时有利于制备出具有（002）择优取向、结晶度高、压应力低且透明导电性能较好的薄膜。对于Ar+H2下制备的薄膜，Ts增大到300℃虽然提高了薄膜结晶度和透光性，降低了压应力，但薄膜厚度明显降低，薄膜导电性能变差。比较两种气氛下制备的FZO薄膜，发现Ar+H2下制备的薄膜可在150℃和0.8~3.2 mL·min-1的H2流量范围内得到更好的透明导电性能（电阻率为3.5×10-3 Ω·cm，可见光平均透光率为87%）。讨论Ar+H2气氛时H等离子的刻蚀作用与H掺杂、Ar+O2气氛时O离子的轰击作用与薄膜氧缺陷的变化、Ts升高时沉积原子反应活性与迁移能力增强以及Eg与载流子浓度的关系。
采用激光熔覆同步送粉法在304不锈钢上制备出自润滑耐磨涂层，熔覆粉末配比为纯Co，Co-2% Ti3SiC2（质量分数，下同）和Co-8% Ti3SiC2。借助扫描电子显微镜（SEM），能谱分析仪（EDS）和X射线衍射仪（XRD）对熔覆涂层进行表征，系统地研究304不锈钢与涂层在室温和600℃下的摩擦学性能与磨损机理。结果表明：激光熔覆Co-Ti3SiC2涂层的平均显微硬度高于基体（240.3HV0.5），N1，N2和N3涂层的硬度分别为285.7HV0.5，356.3HV0.5和463.8HV0.5，涂层主要由连续基体γ-Co固溶体，硬质相Fe2C，Cr7C3和TiC，润滑相Ti3SiC2组成。在室温下，基体和N1，N2，N3涂层的摩擦因数分别为0.56，0.62，0.68和0.42，N1，N2，N3三种涂层的磨损率分别为9.15×10-5，7.81×10-5，4.66×10-5 mm3/（N·m），均明显低于基体（66.42×10-5 mm3/（N·m））；在高温下，基体和N1，N2，N3涂层的摩擦因数为0.66，0.54，0.52和0.46，N1，N2，N3三种涂层磨损率分别为37.79×10-5，35.6×10-5，18.83×10-5 mm3/（N·m），均低于基体（41.3×10-5 mm3/（N·m））。在室温和600℃下，涂层具有高于304不锈钢基体的显微硬度，且Co-8% Ti3SiC2涂层呈现出最好的自润滑耐磨性能。
环境障涂层（EBC）面层的高致密度对于保障EBC的抗水氧腐蚀性能、提高SiCf/SiC热端部件的服役寿命具有重要意义。本研究提出涂层致密化的预热处理方法，以大气等离子喷涂（APS）Yb2SiO5涂层作为代表性材料，在涂层高温服役前进行1250~1450℃的预先热处理，显著提高了涂层致密度。通过不同结构孔隙的分类研究，阐明了EBC面层结构及性能在热处理过程中的变化规律，揭示了预热处理促使涂层内孔隙愈合的致密化机理。结果表明：喷涂态的Yb2SiO5涂层内部存在3种缺陷，包括二维（2D）形貌的片层内微裂纹、片层间微孔隙（统称2D孔隙）以及三维（3D）形貌的球形孔隙，因此致密度较低。在热处理过程中，2D孔隙逐渐愈合，在较短时间内大量减少，但3D球形孔隙未出现明显变化。预热处理过程中孔隙愈合的机理是：涂层内部晶粒不断长大，使得孔隙表面粗糙化，引发孔隙表面多点桥接，将原本连续的2D孔隙分割成若干段，并进一步球化。本研究提出的预热处理方法，为等离子喷涂高致密、抗腐蚀EBC的工程化应用奠定了理论基础。
采用超音速火焰喷涂（HVAF）方法成功制备出不同种类及粒度陶瓷颗粒复合的不锈钢涂层，系统研究陶瓷颗粒的种类及粒度对复合涂层的硬度、孔隙率与耐蚀性能的影响；通过扫描电子显微镜、全自动硬度计、Image Pro Plus软件以及电化学工作站等分析测试技术对不锈钢/陶瓷颗粒复合涂层的微观结构、硬度及腐蚀行为进行系统表征与分析。结果表明：粗粒径棕刚玉（Al2O3）复合的不锈钢涂层的孔隙率低（0.7863%）、硬度高（637HV0.1）且耐蚀性能优异，其自腐蚀电位为-454.14 mV、自腐蚀电流密度为22.208 mA·cm-2；细粒径碳化硅（SiC）复合的不锈钢涂层具有较高的硬度（600HV0.1）及较好的耐蚀性能，其自腐蚀电位为-463.68 mV、自腐蚀电流密度为23.738 mA·cm-2。
采用Gleeble-3500热模拟试验机对挤压态AZ40合金进行热压缩实验，分析压缩后不同温度真应力-应变曲线的变化趋势，得到流变应力受变形温度和应变速率等因素的影响规律；在双曲正弦关系的基础上构造挤压态AZ40合金的本构方程，在动态材料模型（DMM）基础上建立挤压态AZ40合金的热加工图，从而确定挤压态AZ40镁合金的热变形加工范围。结果表明：明显的动态再结晶是挤压态AZ40镁合金流变曲线的特点，在压缩过程中，随变形温度的升高，挤压态AZ40镁合金的峰值应力减小；随应变速率升高，挤压态AZ40镁合金的峰值应力增大。当变形温度相同时，动态再结晶晶粒比例随着应变速率的升高而降低；当应变速率相同时，动态再结晶晶粒大小随着变形温度的升高而增大。粗大的未再结晶晶粒有明显的〈10${\rm{\bar 1}}$0〉‖ND和〈2${\rm{\bar 1}}$${\rm{\bar 1}}$0〉‖ND两种取向，而再结晶晶粒取向随机；通过热加工图及组织分析，确定了最佳的加工工艺为T=573 K，$\dot \varepsilon $=0.1 s-1。
高温合金具有优良的综合性能，是航空发动机高性能构件的首选材料。由于高温合金带材屈服强度高、壁厚超薄、回弹明显、构件成形精度难以控制，因此研究现有循环本构模型对于高温合金带材变形预测的适用性具有重要意义。基于循环剪切实验，研究了不同循环塑性本构模型（Armstrong-Frederick（A-F）模型、Yoshida-Uemori（Y-U）模型和the anisotropic nonlinear kinematic（ANK）模型）对高温合金超薄带材循环塑性变形响应的表征效果。同时，通过U形弯实验和有限元仿真结果的对比，分析了不同屈服准则（Hill48，Barlat89和YLD2000-2d）结合不同循环塑性模型对于回弹预测的影响。结果表明，采用Y-U模型对高温合金超薄板循环塑性变形行为的表征能力最好，A-F和ANK模型次之。采用Y-U模型对回弹的预测精度高于各向同性模型和A-F模型，而屈服准则对回弹预测精度的影响不大，采用基于Hill48和YLD2000-2d屈服准则的Y-U模型，回弹预测误差可以控制在5%以内。
基于细晶强化和第二相强化原理，通过在一种近β钛合金中加入微量硼（B）元素，以强化该合金。首先设计不同含硼量的Ti85Fe6Cu5Sn2Nb2合金，并用真空非自耗电弧炉制备，随后对合金在800℃下进行多道次热轧及最终淬火。通过组织观察、拉伸力学性能测试、断口观察及透射电子显微分析，考察不同硼含量对Ti85Fe6Cu5Sn2Nb2合金组织及力学性能的影响。结果表明，微量硼元素可以使合金的晶粒细化，强度明显提高，但伴随着塑性下降。添加质量分数为0.15%硼可以使合金具有较好的综合力学性能（σ0.2=1105 MPa，δb=4.5%）。随着硼含量的增加，合金的强度升高，最高可达1156 MPa。硼的加入在合金中形成正交结构的TiB相，分布于β钛基体中。变形过程中，TiB断裂、TiB割裂基体及其与基体脱粘，产生裂纹源，导致合金塑性下降。
通过向Sn-Zn-Bi-In钎料中添加不同含量的纳米Cr颗粒制成新型复合钎料Sn-5Zn-10Bi-10In-xCr（x=0%，0.1%，0.3%，0.5%，质量分数），探讨纳米Cr颗粒对时效前后钎焊焊点的组织形貌、元素分布、物相组成和力学性能的影响。结果表明：纳米Cr颗粒的添加能够抑制焊点金属间化合物（IMCs）的生长，随着纳米Cr颗粒含量的增加，IMCs扩散层厚度逐渐降低；界面处IMCs扩散层靠近母材Cu一侧为Cu5Zn8相，靠近钎料区一侧为Cu6Sn5相；随时效时间的增加，钎料侧部分Cu5Zn8化合物长大分解，Cu3Sn相形成；纳米Cr颗粒抑制了时效过程中IMCs扩散层的进一步长大；随着纳米Cr颗粒含量的增加，焊接焊点的剪切强度和显微硬度均先增加后下降，Sn-5Zn-10Bi-10In-0.3Cr/Cu焊点的剪切强度和硬度最高；时效后焊件的剪切强度比时效前均有所下降，但纳米Cr颗粒的添加使焊点保持了良好的剪切强度，时效后焊点钎料区显微硬度比时效前有所上升，但也始终保持在30HV0.1以下。
以超声剥离、溶液交联和冷冻干燥的方法制得系列GO/g-C3N4气凝胶材料，优化配比参数，通过SEM，XRD，UV-vis吸收光谱等表征材料物化性能，以光催化降解偏二甲肼（UDMH）废水评估材料的光催化活性。纯g-C3N4气凝胶以介孔结构为主，随着氧化石墨烯（GO）配比的提高，材料的层状结构、大孔结构逐渐增加，均表现出了较强的吸附性能；GO的质量分数为25%时光催化降解UDMH废水效果最佳、性能稳定，5次循环后，光催化活性仅降低了7.15%。通过能带结构、光电效应及PL谱表征，研究发现g-C3N4分子轨道能级和带隙（Eg）因受GO层间π-π键与g-C3N4芳香环的交联作用影响，而提高了对可见光的响应性能；GO的金属特性有利于光生电子空穴对的快速分离，进而提高光催化活性；根据带隙计算及材料本征分子轨道特性，GOCN光催化降解UDMH废水的主要活性物质为·O2-，h+。
