刊出日期：2025-11-20
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综述碳纤维增强热塑性复合材料（CFRTP）具有优越的综合力学性能，以及可快速成形、可焊接、可回收等特点，在航空航天、车辆制造等领域的应用逐渐增加。超声波焊接被认为是最适合焊接CFRTP的方法之一。随着CFRTP在航空航天主承力结构中的应用的增加，传统的超声波点焊所形成的离散式焊点难以满足主承力结构对焊接接头强度的要求。为此，国外学者提出了超声波连续焊技术，从而实现CFRTP结构的缝焊连接，我国在此领域尚未见文献报道。本文从CFRTP超声波连续焊装备、接头设计、工艺特点和质量检测四个方面梳理CFRTP超声波连续焊研究成果，讨论CFRTP超声波连续焊中有待解决的科学问题和技术瓶颈，为我国开发CFRTP超声波连续焊技术提供参考。
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综述高端装备关键零部件经常暴露于苛刻的磨损、腐蚀或高温环境，因而要求具有更高的耐磨、抗蚀和耐高温性能。热喷涂技术作为目前最具潜力的一种表面工程技术，可以广泛适用于多种高端装备的关键零部件，以提高其表面性能。纳米热喷涂技术是一种将纳米材料和热喷涂技术有效结合实现材料表面改性的重要手段，也是一种能够有效延长飞机、舰船等各种高端国防装备在极端环境下服役寿命的有效解决方案。通过对纳米粉体进行再造粒，同时通过纳米结构粉体再调控技术能够在纳微观尺度上调控可喷涂粉体喂料的物相组成和组织结构，从而获得各种所需性能的纳米结构热喷涂涂层，以满足各种高端装备关键零部件所需的各种表面性能需求。本文简要综述了国内外近十几年来在热喷涂制备各种不同功能取向的纳米结构涂层发展现状，主要有纳米结构耐磨抗蚀陶瓷涂层、纳米结构热障涂层、纳米改性MCrAlX合金涂层、纳米改性WC-Co基金属陶瓷涂层以及纳米结构环境障涂层等，结果表明纳米结构和纳米改性热喷涂涂层在高端装备关键构件上有非常广阔的应用前景。为了实现纳米结构涂层的广泛应用，未来需要在实际工程应用研究、海洋环境服役、海洋生物污损、先进粉体制备技术研究和高性能粉体产业化方面开展进一步的研究工作。
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综述能谱计算机层析成像（spectral computed tomography， spectral CT）是1种新兴的检测技术，它通过测量物体对不同能量X射线的吸收情况，可以获取更丰富的组织成分信息，在医疗诊断、无损检测、材料分析、安全监测等多个领域发挥着重要作用。材料分解算法是能谱CT技术的核心，旨在从多能量数据中分解出不同组织的成分信息，是提升分解图像质量和准确性的关键。本文综述了能谱CT的数据采集方式和材料分解数学模型，重点梳理讨论了能谱CT材料分解算法在投影域、图像域、直接迭代和基于深度学习4个方面的研究进展，深入比较分析了各类算法的理论优势、技术限制以及当前的应用情况，指出了投影域的混合分解优化、图像域的融合先验约束和多模态数据、直接迭代的收敛稳定性改进、深度学习的迁移和高泛化性是本领域未来研究工作的发展趋势。
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综述Fe-Ga合金作为一种新型的磁致伸缩材料，具有低驱动磁场和高磁致伸缩性能。因其兼具成本低、力学性能好及稳定性高等优点，在微位移器件、振动器和传感器件等领域引起了凝固态物理和材料科学工作者的关注。Fe-Ga合金的磁致伸缩性能与材料的织构取向、磁畴的分布状态及合金元素的添加有关，更取决于合金的物相结构。为此，本文从Fe-Ga合金的相结构出发，概述了不同制备方法对提高Fe-Ga合金〈100〉晶粒择优取向的影响；指出施加一定的外加磁场和预应力改变磁畴分布状态的作用和添加稀土元素对于磁致伸缩性能提升的效果；重点介绍了热处理调控相结构转变和纳米沉淀相析出对Fe-Ga合金磁致伸缩性能影响的研究进展，有助于促进Fe-Ga 合金在结构-功能一体化精密器件制备领域的推广和应用。
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研究论文研究了超临界水反应器运行2000 h后GH4169合金筒体及焊缝处的组织性能。结果表明：高温高压及蔗糖混合溶液条件下GH4169合金筒体的耐蚀性良好，其厚度尺寸损失速率在0.005~0.255 μm/h之间，腐蚀产物为金属元素的氧化物、磷酸盐。筒体与其他零件的焊接接头处是影响反应器残余寿命的薄弱环节。筒体与连接件处存在应力腐蚀开裂，经计算其裂纹扩展速率为5.25 μm/h，裂纹仅需762 h即可贯穿连接件的筒壁；筒体与不锈钢密封环的焊接接头在电偶腐蚀、缝隙腐蚀、应力集中的综合作用下发生严重断裂，裂纹周向长度约为1/4圆周。此外，服役2000 h后GH4169合金筒体的力学性能良好，强度损失程度较小。
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研究论文面向未来煤炭清洁高效利用的发展需求，开展了先进超超临界汽轮机转子用C700R-1镍基合金转子锻件的研制，并对试制的转子锻件进行了常规力学性能和短时持久性能的检测。结果表明，采用闭式镦粗+挤压的方式可以实现Φ850 mm锻件的高均质化锻造。研制的大截面锻件锻态晶粒度在4~7级，热处理后的晶粒度在3级左右。由于边缘部位固溶后冷却速率高，后续时效过程中可析出大量均匀细小的γ′相。因此，锻件边缘拉伸性能略优于心部和1/2R。边缘位置不同方向拉伸性能波动很小。锻件室温抗拉强度>950 MPa，屈服强度>600 MPa，冲击功A KV>70 J；700 ℃抗拉强度>750 MPa，屈服强度>500 MPa。室温和700 ℃的伸长率和断面伸缩率均在25%以上。锻件在700 ℃/300 MPa条件下的持久时间>7000 h。本课题通过闭式镦粗+挤压的变形方式以及合理的热处理工艺，实现了Φ850 mm截面等级镍基合金锻件的均质化制造，为后续全尺寸镍基合金转子锻件的制造提供了关键数据。
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研究论文采用不同Nb、C含量的NiCrMo系合金对低温用9Ni钢进行焊接，研究焊接接头的微观组织与力学性能，并通过裂纹尖端张开位移（CTOD）实验分析接头在超低温环境下的断裂韧性。结果表明：焊接接头存在明显分区，其中镍基焊缝金属主要由奥氏体柱状晶基体+第二相组成。第二相包括细小的纳米级带状析出相和焊缝熔池凝固最后阶段产生的富Nb凝固相。析出相主要由金属碳化物（MC）和Laves相组成。随着Nb、C含量的增加，镍基合金中第二相数量增多、平均粒径增大，从而使接头的抗拉强度提高，但低温冲击韧性与低温断裂韧性均出现下降。载荷-缺口张开位移曲线（F-V曲线）显示，接头的特征载荷F m随Nb、C含量增加先升高后降低，而相应的特征塑性位移值V p则随第二相数量增加而单调减小。CTOD试样断口存在相同的分区，随Nb、C含量的增加，断口稳定扩展区宽度逐渐减小，表明焊缝的断裂韧性趋于恶化。
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研究论文二次硬化型超高强度钢因其优异的超高强度、高韧性而被广泛应用于航空航天及能源装备等领域。采用扫描电镜（SEM）、透射电镜（TEM）及拉伸、冲击试验机研究不同淬火温度对节Co型2.2 GPa级超高强度钢微观组织及力学性能的影响机制。结果表明：当淬火温度为950 ℃时，基体内存在较多未溶M 6C碳化物和未细化晶粒，其强度较低，抗拉强度为2072 MPa，屈服强度为1873 MPa。随淬火温度升高，再结晶促进基体晶粒细化，M 6C碳化物的数量逐渐减少，这种部分溶解促进强化相析出，使得强度出现回升；当淬火温度为1030 ℃时，实验钢具有优异的强塑韧性配合，抗拉强度为2251 MPa，屈服强度为1901 MPa，伸长率为9%，V型缺口冲击功为9 J。进一步提高淬火温度，奥氏体晶粒快速长大导致塑性发生严重衰减，1120 ℃下伸长率仅为4.5%。淬火温度在1030~1090 ℃之间时，M 6C碳化物溶解与晶粒长大存在竞争关系。尽管更高淬火温度会促进其溶解，但晶粒的严重粗化抵消前者对韧性的有利作用，使得强韧性相对稳定。
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研究论文为了开发可在高温环境中使用的具有高回火稳定性的高温耐磨钢，利用固体和分子经验电子理论计算了不同合金元素与C元素的键能，并设计了系列TiC粒子增强型耐高温磨损钢成分，通过Thermo-Calc软件对TiC粒子析出温度进行计算，并对最佳热处理后的钢板进行不同温度和时间的回火稳定性实验。结果表明，Cr、Mo、W与C所形成的键能与Fe—C键能相比提高幅度显著，因此，增大了C原子在马氏体中扩散的激活能，阻碍了C原子在马氏体中的扩散，提高了马氏体的回火抗力，因此确定了Cr、Mo和W作为提高TiC强化马氏体耐磨钢热稳定性的主要添加元素。TiC粒子在1400~1500 ℃温度区间内析出，粒子形貌表明粒子呈仿晶界分布，通过热机械加工后可以实现微米TiC粒子在基体上均匀分布。回火稳定性实验结果表明，Cr和W元素的添加大幅度提高回火稳定性。
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研究论文薄规格化是高端电工钢发展的趋势，虽然其铁损可进一步降低，但其更大的冷轧压下量及表面效应会对成品板的组织与织构产生影响，进而影响磁性能。而二次冷轧法可优化织构，提升｛100｝织构及Goss织构的比例。采用二次冷轧法研究工艺参数对0.10 mm厚的极薄规格无取向电工钢组织、织构和磁性能的影响，重点考察长时间保温时其表面效应的作用。结果表明：采用二次冷轧法的成品板中立方和Goss织构共存，并且两次压下量的组合在接近75%~81%范围时，样品的织构与磁性能优于90%/50%和50%/90%压下量组合的样品。在840~920 ℃范围内，晶粒长大受时间的影响大于温度的影响，且均受表面效应的影响。920 ℃等温退火时，0.1 mm厚的样品比0.27 mm厚的样品显示出更显著的表面效应，即晶粒长大显著受阻，退火60 min后晶粒尺寸也未超过板厚100 μm，而0.27 mm厚的板材平均晶粒尺寸增长到175 μm。
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研究论文随着航空发动机性能的提升，离心叶轮等关键部件在高温、高应力和复杂载荷下运行，其几何不连续区域（如通气孔和倒圆角）成为疲劳失效的薄弱环节。本工作以TA19材料为研究对象，制备光滑试样和U型缺口试样，在高温条件下开展低循环疲劳实验。通过Weibull分布拟合疲劳寿命数据，并针对传统模型在应力集中区域精度不足的问题，提出了引入应力集中因子（K t）和一阶可靠性理论修正的迭代疲劳寿命模型。研究表明，U型缺口试样因应力集中效应疲劳寿命分布更为集中，光滑试样寿命分散性较高。Kolmogorov-Smirnov检验验证了数据符合Weibull分布特性，修正后的模型显著提高了预测精度，大多数预测数据落入±1.5倍分散带内，并绘制了不同失效概率的P-S-N曲线，为复杂结构疲劳寿命预测提供了参考。
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研究论文在航空航天领域，焊接是TA3合金构件的主要连接工艺，其焊接接头的微观组织和力学性能对焊接构件的服役安全性有着重要影响。本工作对比研究了母材和焊缝试样的拉伸性能，并利用扫描电子显微镜和电子背散射衍射研究了拉伸前后的变形形貌。结果表明，TA3合金焊接前，微观组织是等轴状α晶粒，焊接后，出现块状、针状和锯齿状α晶粒。焊接试样的屈服强度（378 MPa）和抗拉强度（458 MPa）高于母材试样的，但伸长率较低。原因是母材试样经过焊接后，焊接温度对试样有时效处理的效果，存在时效硬化，同时焊缝区域内部晶粒尺寸变小，会提升抗拉强度。由于焊缝区的显微硬度明显高于母材区，导致焊接接头断口位于母材区，其中焊缝区的变形机制为应力诱发（ 2）［ 3］、（ 12）［ 13］孪晶，二者Schmid 因子为0.038，此时分切应力较大，晶粒变形协调能力强。母材区域也出现了（ 112）［ 113］孪晶，但Schmid 因子为0.078，应力集中程度相对较高。
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研究论文采用激光近净成形（LENS）技术制备了近β型Ti-1300合金，并系统地研究了合金在LENS过程中沿沉积方向的微观组织演变过程，同时揭示了合金力学性能和显微组织的内在联系。结果表明，LENS中每个沉积层所经历的热循环对组织演变有很大影响。在沉积初期形成的是柱状晶，其厚度为（15.6±1.2） mm，约占总沉积厚度的20%，之后晶粒则转变为等轴晶粒。沉积态晶粒内的微观组织由初始的细网篮组织逐渐转变为片状组织，且非连续晶界α相转变为连续晶界α相。此外，细网篮组织使合金具有优异的强度，而连续晶界α相易使合金发生沿晶断裂，导致塑性降低。
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研究论文随着碳纤维增强复合材料（CFRP）在航空航天领域的广泛应用，研究其与铝合金连接界面的摩擦性能显得尤为重要。本研究通过实验探讨了表面微织构参数对铝合金-CFRP连接界面摩擦性能的影响。结果表明，压应力和微沟槽几何参数对界面摩擦性能具有显著影响。随着压应力从7.5 MPa增加到30 MPa，滑动摩擦因数显著降低，这主要归因于自润滑膜的形成和增强。铝合金表面的微结构在高压应力下嵌入CFRP板中，产生犁沟效应，微切削作用生成的环氧树脂碎屑填充微结构沟槽，形成稳定的润滑膜。沟槽深度对摩擦性能的影响最为显著，31.8 μm深的沟槽能显著降低滑动摩擦因数至0.197。压应力与微织构几何参数的协同作用显著提升了界面摩擦性能和连接强度。本研究为优化复合材料连接技术提供了理论依据和实践指导。
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研究论文分别选用平均粒度为14 μm和15 μm的碳化硅和2024铝合金粉末作为增强相与基体合金，采用热等静压法制备体积分数为35%、45%和55%的SiCp/2024Al复合材料，研究时效处理对复合材料力学性能的影响规律。结果表明：时效处理可以显著提升复合材料的硬度，提高时效温度和SiC体积分数均可以缩短复合材料的峰时效时间。当时效温度由160 ℃升高至190 ℃时，体积分数为35%复合材料的峰时效时间由9.5 h缩短至2 h。190 ℃时3种体积分数复合材料峰时效时间均缩短至2 h。热处理过程中基体合金的析出强化使得时效态复合材料的抗弯强度均高于相同体积分数制备态复合材料，基体合金含量越高，强化效果越显著。其中，体积分数为35%峰时效态复合材料的抗弯强度最高，在170 ℃时为901 MPa。随着体积分数的增加，基体合金含量降低，通过塑性变形减缓材料局部应力集中的能力下降，且复合材料的缺陷逐渐增加，因此体积分数为55%制备态和热处理态复合材料的抗弯强度均较低。而时效态复合材料的微屈服强度均高于制备态复合材料。其中，体积分数为45%时效态复合材料的微屈服强度整体最高，在361~380 MPa范围波动，体积分数为55%时效态复合材料的微屈服强度最低。体积分数为35%复合材料的微屈服强度随温度增加先升高后降低，180 ℃时微屈服强度最高（368 MPa），略高于相同条件下体积分数为45%的复合材料。
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研究论文基于氧化锆陶瓷材料磨损的现状和需求，针对单一织构化试样减摩性能问题，将不同织构类型进行组合，在生物体表提取仿生轮廓，设计多种新型的复合仿生织构。采用数值模拟和实验研究的方法分析复合仿生织构的减摩性能，进行Reynolds方程数值求解，研究复合织构类型对油膜承载力、压力分布区域及最大静压力的影响，并利用摩擦磨损试验机对其摩擦学性能进行实验探究。结果表明：复合仿生织构较其他织构类型具有更大的油膜承载力、更广的压力分布区域、更小的摩擦因数，其中，鳞形+羽毛形复合织构的综合减摩效果最佳；复合仿生织构的减摩机理主要归因于接触应力点的改变、压力的不对称分布及磨屑的储存性能，且复合织构的压力分布形式高度依赖于单一织构类型。
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研究论文质量分数为8%Y2O3部分稳定的氧化锆（8YSZ）是目前航空发动机涡轮叶片常用的热障涂层（thermal barrier coatings，TBCs）面层材料，但其在1200 ℃以上高温相变诱发的体积变化易导致涂层开裂失效。采用Sc2O3作为稳定剂，使用固相合成法制备了摩尔分数为8%Sc2O3-92%ZrO2陶瓷（8SSZ），对比研究了8SSZ与传统8YSZ陶瓷材料的热膨胀系数、热导率以及高温相与晶粒的热稳定性等热物理性能。结果表明：试样经马弗炉1400 ℃热处理后，热膨胀仪测得8SSZ的热膨胀系数（CTE）为（8.91~10.7）×10-6 K-1，与8YSZ材料相当；热导率测试仪测得8SSZ的热导系数为2.59 W/（m·K），较8YSZ降低了约20%；X射线衍射仪（XRD）和扫描电镜（SEM）等分析表明，8SSZ在1400 ℃保持500 h无相变，高温相稳定性比8YSZ的高，但仍然存在晶粒长大过快的问题。
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研究论文层间裂纹是影响光固化增材制造工艺向工业实用化推进的最大障碍。本工作通过研究光固化成型及脱脂工艺中裂纹缺陷的产生机理及其对光固化氧化锆陶瓷性能的影响规律，分析比较了曝光时间和脱脂速率对氧化锆陶瓷裂纹分布状态的影响。结果表明：当切片厚度等于曝光层厚时，容易获得无缺陷的陶瓷坯体；当脱脂速率为0.1 ℃/min时，陶瓷件表面裂纹最少，并且最终获得了致密度为99%、弯曲强度为450 MPa的陶瓷件。本工作为光固化增材制造无缺陷的氧化锆陶瓷及其应用提供了科学依据及技术指导。
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研究论文以用酚醛树脂作为基体碳制备碳纸，使用不同的热处理温度（1400 ~2700 ℃）制备了不同结构的基体碳，并研究了基体碳含量和结构对质子交换膜燃料电池用碳纸的影响。结果表明：碳纸中的基体碳相较于碳纤维更容易发生石墨化转变；随着基体碳含量的增加，碳纸d 002衍射峰更尖锐，热处理温度从2100 ℃增加至2400 ℃时，碳纸的石墨化度增加了45.2%，增幅最大。不同基体碳含量的碳纸随着热处理温度的升高其性能的变化并不完全相同。当基体碳含量为60%（质量分数，下同）和120%时，碳纸的厚度随着石墨化温度的升高逐渐下降，碳纸拉伸强度变化较小；当基体碳含量为200%和350%时，碳纸的厚度随石墨化温度的升高先略微降低然后升高，碳纸的拉伸强度随热处理温度的升高下降较快。碳纸面电阻率随着热处理温度的升高呈下降趋势，其变化趋势与厚度变化趋势基本一致。因此，在制备不同性能的碳纸时，需要考虑基体碳含量和结构的协同作用。
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研究论文本工作以香菇茎秆作为生物模板，双氰胺作为氮化碳前驱体，采用热聚合法制备出g-C3N4/C。以五水硫酸铜（CuSO4·5H2O）、四水合钼酸铵（（NH4）6Mo7O24·4H2O）和硫脲（CH4N2S）分别作为Cu源、Mo源和S源，通过一步水热法制备出CuS/MoS2不同质量比的两相复合材料。通过水热法将CuS/MoS2负载于g-C3N4/C表面，成功制备CuS/MoS2-g-C3N4/C多相复合电极材料，对复合电极材料的相结构、微观形貌、孔结构及电容性能进行表征。结果表明：CuS/MoS2-g-C3N4/C复合电极材料纯度高，结晶度良好，多相界面匹配良好且表现为多孔结构。电化学性能测试中，当MoS2和CuS的质量比为1∶2时，CuS/MoS2复合材料具有最佳的电化学性能，在1 A·g-1的电流密度下，比电容为230 F·g-1。当CuS/MoS2与g-C3N4/C的质量比为1∶1时，CuS/MoS2-g-C3N4/C复合材料具有最佳的电化学性能，比电容达434.7 F·g-1，且经1000次循环后比电容保持率为89.2%。
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研究论文采用大气等离子喷涂法制备不同摩尔比的MnO2和VB2共掺杂NiCr2O4基红外辐射陶瓷涂层（MV），研究涂层的物相组成、微观结构、红外发射率和抗热震性能。结果表明：相比于MnO2和VB2单掺杂，两者共掺杂NiCr2O4可以更有效地提高涂层的红外发射率，其中MnO2和VB2的掺杂比为1∶1的涂层（MV11）具有最高的发射率，在0.75~2.5 μm波长范围内，MV11涂层的室温波段发射率为0.928， 在2.5~25 μm时，波段发射率由室温的0.884提高到1000 ℃的0.918。这主要因为过渡族金属离子和B离子进入尖晶石晶格，使晶格中的氧空位含量升高；在能带隙中引入局部能级，引起晶格畸变，增强自由载流子跃迁吸收和红外晶格振动吸收。此外，在25~750 ℃水冷30次热循环后涂层出现微裂纹，但相结构没有发生明显变化，发射率略有下降，表明涂层具有良好的抗热震性能。
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研究论文湿热环境常导致树脂基复合材料的力学性能出现明显下降。对T700/BP9916复合材料开孔板进行湿热老化实验，并对老化前后的试样进行压缩实验，得到相应的开孔压缩强度。通过ABAQUS有限元软件模拟试样湿热后残余应力分布，并基于复合材料的吸湿膨胀行为和力学性能与吸湿率的线性关系对吸湿前后的开孔压缩实验进行模拟计算。结果表明：T700/BP9916复合材料的吸湿过程表现出典型的菲克扩散行为，湿热后开孔压缩最大载荷下降约5.2%。湿热后复合材料的内部应力较小，对强度无实际影响。FEM模拟得到的相对质量增量-时间曲线与实验曲线吻合性较好，未吸湿环境下开孔压缩最大载荷模拟计算值与实验值的相对误差仅为0.88%，湿热环境下相对误差为6.21%，误差增加原因为模拟计算过程中仅考虑湿热效应与材料性能线性下降关系。
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研究论文硫化铅量子点（PbS QDs）具备优异的光电学性能和较强的近红外光吸收能力，是制备近红外光电探测器的理想材料。然而，基于PbS QDs的光电探测仍存在工艺难度和性能不足的问题。本工作使用热注入法合成PbS QDs，通过逐层法和固相配体交换法制备PbS量子结红外探测器，采用热退火工艺提升PbS量子结红外探测器光电性能，并分析退火温度对PbS量子结光电性能的影响。结果表明：退火处理有效降低PbS量子结红外探测器的暗电流，同时增加光电流，且获得平稳的光响应电流输出；退火后的PbS量子结红外探测器的响应时间缩短，获得1.9 ms的上升时间和3.2 ms的延迟时间；探测器的灵敏度得到提升，响应度和探测率分别提高1.2倍、1.3倍，获得0.78 A·W-1的响应度和 的探测率。退火有效提高了PbS QDs薄膜的结晶度和载流子迁移率，同时降低薄膜和界面的缺陷态，使得PbS量子结红外探测器的光电性能得到全面提升。
