摘要:当前全球制冷需求急剧上升，传统蒸汽压缩制冷技术的温室气体泄漏和低制冷能效导致严峻环境问题。在此背景下，零温室效应且高能效的固态制冷技术成为研究热点，其中弹热制冷易实现显著绝热温度变化，是最具潜力替代传统蒸汽压缩制冷的技术之一。目前,弹热材料研究主要集中于形状记忆合金，包括Ni-Ti基、Cu基、Fe基和Heusler型形状记忆合金等。然而,各类弹热合金材料普遍存在相变潜热、循环稳定性、工作温区与制冷效率相互制约的问题。在各类弹热合金中，对Ni-Ti基合金研究最为系统深入。该合金室温下可实现17—24 K的绝热温度变化，通过元素掺杂、晶粒细化、增材制造等手段可优化弹热性能，是最接近商用化的弹热制冷材料，但其面临循环稳定性较差、工作温区窄等挑战。未来对于弹热材料的研究可着重多个方向：通过对Ni-Ti基合金高熵化，提升强度与宽温域性能，结合增材制造实现复杂结构的近净成形，平衡各项性能指标；借助原位表征技术揭示马氏体相变过程中的缺陷演化规律，建立疲劳寿命与晶格参数的定量关系；拓展梯度结构合金等前沿方向。

摘要:采用电镀、渗铝、低压等离子喷涂工艺，在镍基单晶高温合金基体上制备单层NiCoCrAlY涂层和PtAl+NiCoCrAlY复合涂层，通过XRD、SEM和EDS方法表征涂层的物相组成、表截面形貌和成分，同时还研究了两种涂层在1 100 ℃下的循环氧化行为。结果表明，喷涂后涂层与基体结合良好。单层NiCoCrAlY涂层主要为γ/γ'相，而PtAl+NiCoCrAlY复合涂层外层主要为γ/γ'相，内层呈现上层OZ+下层IDZ的双层结构，其中OZ为β-(Ni, Pt)Al相，IDZ则由β相和难熔沉淀相组成。在1 100 ℃循环氧化过程中，单层NiCoCrAlY涂层形成的双层氧化膜由较厚的上层(Ni,Co)(Cr,Al)₂O₄尖晶石氧化物层和较薄的下层Al₂O₃膜构成，随着氧化时间增加涂层中Al消耗加剧，导致其抗氧化性下降。而PtAl+NiCoCrAlY复合涂层形成的双层氧化膜由连续且厚度更厚的Al₂O₃膜和薄且不连续的上层(Ni,Co)(Cr,Al)₂O₄尖晶石氧化物层构成，由于Al₂O₃膜的抗氧化性强于(Ni,Co)(Cr,Al)₂O₄尖晶石氧化物，因此复合涂层表现出更优异的抗氧化能力。经300次循环氧化后，单层NiCoCrAlY涂层表面的Al₂O₃膜几乎被尖晶石混合氧化物覆盖，而复合涂层的Al₂O₃膜表面还存在大片未被尖晶石混合氧化物覆盖的区域，表明单层NiCoCrAlY涂层的氧化膜抗氧化性较差。此外，单层NiCoCrAlY涂层的β析出相区域退化到涂层下半部分，使涂层与基体发生互扩散，形成了互扩散区和二次反应区；复合涂层中NiCoCrAlY层与PtAl层互扩散不明显，但在PtAl层的IDZ层中出现了相变，且在IDZ下面出现了二次反应区。由于复合涂层的PtAl层保留了大量的Al元素，这有利于高温抗氧化性，因此复合涂层高温抗氧化性能优于单层NiCoCrAlY涂层。

摘要:为满足高推重比航空发动机的发展需求，需要提高涡轮前进口的温度（Turbine inlet temperature, TIT）以实现轻量化。现代发动机的TIT目标已达1 800—2 000 K，而传统高温合金难以胜任。陶瓷基复合材料（Ceramics matrix composites, CMCs）因高比强、低密度及优异高温稳定性而成为理想候选材料，但其在高温水氧环境中易发生氧化腐蚀，亟需表面防护。为此，本文在CMCs表面构建环境障涂层（environmental barrier coatings, EBCs）+可磨耗封严涂层(Abradable sealing coatings, ASCs)的复合涂层体系以保护CMCs构件，实现其与涡轮叶片之间的间隙调整，从而整提升发动机效率。结果表明，采用等离子喷涂-物理气相沉积(Plasma sprayed-physical vapor deposition, PS-PVD)技术制备的Si/Yb₂Si₂O₇ EBCs涂层和采用大气等离子喷涂（Atmospheric plasma spraying, APS）工艺制备的YSZ可磨耗封严涂层的复合涂层体系的结合强度较高，可保证涂层完整稳定，证明了该组合工艺的可行性。通过1 350 ℃高温下高速可磨耗测试发现：当叶片高度磨损比小于20%时，复合涂层表面未出现剥落现象；经120次热循环（水淬）后，复合涂层表面仅出现了可视裂纹，但仍保持完整，未发生剥落等现象。由此可见，本研究制备的EBCs+ASCs复合涂层体系能明显提高部件可靠性，并延长热端部件寿命。该复合涂层体系的应用可支撑发动机向更高TIT与更高推重比方向发展，释放出CMCs材料的应用潜力，推动了先进航空发动机关键涂层与材料体系的工程化应用。

摘要:Al-Mg-Si合金作为典型的时效强化型合金，经时效处理能够获得较高的强度，同时其兼备优异的耐腐蚀性、成形性和焊接性能，被广泛应用于轨道交通、汽车等领域。提升Al-Mg-Si合金的强度，对于实现结构轻量化、降低能耗与排放至关重要，是推动“碳达峰、碳中和”目标实现的有效途径，因而成为当前研究的重点方向。增加Al-Mg-Si合金中Si元素的含量（质量分数）可以显著提升强度，但过量的Si元素含量对合金的塑韧性会产生不利影响，因此合适的Si元素含量对平衡Al-Mg-Si合金综合性能十分关键。本文通过硬度、电导率和室温拉伸性能测试，研究了Si元素含量对Al-Mg-Si合金型材时效硬化和拉伸性能的影响，结合金相显微镜、扫描电镜和透射电镜等微观组织的表征结果，探讨了影响机理。结果表明，当Si元素含量从0.6%（0.6Si）增加至0.8%（0.8Si）时，合金中沉淀强化相的数量密度显著增加，沉淀强化效果提高，合金的峰值硬度提高了9.9%，抗拉强度及屈服强度分别提高了7.5%和11.0%。然而，Si元素含量的增加同样促进了合金中脆硬的富Si相形成，导致合金伸长率降低为原来的42.6%。此外，时效时间少于20 h时，0.6Si合金的电导率明显高于0.8Si合金，但这种差别随着时效时间延长不断减小，在时效40 h时两种合金的电导率基本保持一致。本研究为确定Al-Mg-Si合金中合适Si元素的含量提供了参考，以满足不同应用场景对不同强度Al-Mg-Si合金材料的需求。

摘要:为探究不同退火工艺对选区激光熔化制造AlSi10Mg合金组织性能的影响，以AlSi10Mg粉末为原料，采用选区激光熔化（SLM）技术制备试样。同时，结合X射线衍射（XRD）、扫描电子显微镜（SEM）、能谱分析（EDS）、摩擦磨损试验及万能力学试验等表征手段，系统探究不同退火处理工艺对试样显微组织与力学性能的影响规律。结果表明，经不同热处理工艺后的AlSi10Mg合金，其物相组成均为α-Al、Al_3.21Si_0.47与Si相，未出现新物相。两种退火工艺的差异主要体现在显微组织形态上，其中试样经260 ℃/2 h一次退火处理后，过饱和固溶体析出的单晶Si数量较少，组织整体更细小均匀。而试样经260 ℃/2 h+500 ℃/2 h双重退火处理后，受到高温作用，试样内单晶Si析出量显著增多且尺寸粗大，部分区域还出现Si相聚团。从力学性能来看，双重退火因组织粗大弱化了弥散强化效果，导致试样硬度、耐磨性及抗拉强度有所下降，但500 ℃高温能充分释放内部残余应力，避免了材料内部残余应力集中，使材料断后伸长率从14.4%提升至19.0%，塑性得到明显改善。拉伸断裂特征方面，经260 ℃/2 h处理的试样断口既有脆性断裂的解理面，又有少量韧性断裂的深韧窝，表现为脆-韧混合型断裂，而经260 ℃/2 h+500 ℃/2 h双重退火处理的试样断口布满均匀分布的小韧窝，呈现典型韧性断裂，与塑性提升的结果相一致。通过分析不同退火工艺下增材制造AlSi10Mg合金的组织与性能，为其进一步工程化应用提供数据支持。

摘要:以设定粒度范围的粉状铝钎料和铝钎剂为原料，经均匀混合使铝钎剂充分包覆铝钎料，采用冷等静压（CIP）工艺将混合粉末压制成粉锭，再通过热挤压制备复合铝焊丝，并对冷等静压压制粉锭的工艺条件及热挤压工艺参数对挤压焊丝的影响进行研究。结果表明，在压制粉锭过程中，将冷等静压压力控制在80—190 MPa范围内，利于挤压过程中气体的逸出，可满足后续加热和挤压装填的要求，并且粉锭的径向收缩率比轴向收缩率高出约27.9%。在加工制备复合铝焊丝过程中，采用由挤压模具和导丝模具组成的挤丝模具，可实现连续的挤丝作业。由于焊丝从模具孔流出的速度与挤压杆速度和挤压比成正比，因此设计大挤压比利于提高出丝效率。在热挤压粉锭的过程中，若粉锭温度偏低可适当提高挤压杆速度进行挤压，反之亦然。热挤压速度分为4个阶段，即填充挤压、突破挤压、稳定挤压和终了挤压，而出丝平均速度则为突破挤压与终了挤压之间的平均速度。当突破挤压的压力为挤压机系统额定压力的80%—90%时，挤出焊丝较为顺利且质量稳定；当突破挤压压力为挤压机系统额定压力的90%—95%时，挤出焊丝的表面质量不稳定；而当突破压力超过挤压机系统额定压力的95%时，将无法挤出焊丝。在挤压比为100、挤压筒温度为（400±10） ℃条件下，粉锭的加热温度宜控制在400—420 ℃范围，此时出丝平均速度达12.0 m·min^-1、最高出丝速度可达18.8 m·min^-1，在此优化条件下挤出的复合铝焊丝表面完好且有光泽，密度达理论密度的97.8%，并可弯成直径为80 mm的圆。本研究制备的复合铝焊丝已用于火焰钎焊铝合金工艺。

摘要:锂金属电池作为新时代占主导地位的电池，具有高能量密度和轻量化的优点，但其安全性和循环稳定性受制于锂枝晶而引发的电池短路。金属有机框架（MOF）材料具有极大的比表面积和高密度的孔结构，其能使锂均匀沉积，从而有效地减少循环中锂枝晶的产生，在隔膜改性方面展现出极大的发展潜力。通过改性隔膜可有效地提高电池的稳定性和安全性，并在一定程度上提高了电池的电化学性能。然而，MOF材料单一的锂离子迁移通路对隔膜性能的提升有限。因此，本文采用溶液扩散法和原位合成法，将酸化的碳纳米管（MWCNTs）引入金属多氮唑框架（MAF-6）体系，并在MAF-6上原位合成MWCNTs的复合材料（MAF-6@MWCNTs），该材料可作为隔膜改性材料使用。MWCNTs的引入可大幅提高MAF-6的比表面积，使其具有多级孔结构，从而提高热稳定性；同时，MWCNTs还能促进离子转移而提高电池充放电稳定性，且不会影响MAF-6的整体晶体结构。结果表明：在锂对称电池循环测试中，MAF-6@MWCNTs经900次循环后仍保持着较低的极化电压；在9.3 mg?cm^-2的高负载量的条件下，使用MAF-6@MWCNTs改性隔膜组装的Li|LFP全电池，经300次循环后仍有高达99.9%的平均库伦效率和69.3%的容量保持率，展现了优异的循环稳定性。实验验证，MAF-6@MWCNTs改性隔膜在未来新能源领域中有着良好的发展前景。

摘要:锂硫电池(LSBs) 具有突出的性能优势，其理论比容量(1 675 mAh·g^-1)是传统锂离子电池的7—10倍，能量密度(2 600 Wh?kg^-1)是锂离子电池的3—5倍，同时还兼备硫资源丰富、成本低和环境友好等优点，因而得到广泛关注，被认为是未来最有前途的高性能二次电池之一。目前，锂硫电池面临着包括硫正极电导率不足、氧化还原动力学缓慢，以及穿梭效应严重等问题所带来的挑战。为了应对上述挑战，以废弃的竹叶为基础原料，采用气相沉积法，并以尿素作为氮源进行掺杂，成功制备出一种具有多孔结构的氮掺杂碳材料（简称为N-BC）。同时，将N-BC用作锂硫电池的正极部分，并对其电化学性能进行了系统研究。N-BC因多孔结构及引入的极性氮基团而显著增强了材料对多硫化物的吸附能力（如物理吸附和化学锚定作用），这些作用机制共同促进了电子和离子在电池内部的快速传输，有效地抑制了多硫化物的穿梭效应。得益于N-BC材料的这些特性，当N-BC/S正极在0.2 C的低倍率下进行放电测试时，其初始放电比容量（1 049.9 mAh·g^-1）显著高于未进行氮掺杂的碳材料（BC/S，849.8 mAh·g^-1）。此外，N-BC/S正极经100次循环后，其比容量约为638.1 mAh·g^-1、库仑效率约为98%，显示了良好的循环稳定性。在更高的1 C电流密度下进行放电测试，N-BC/S正极的比容量依然能够达到735.7 mAh·g^-1，这进一步证明了其具备良好的倍率性能。综上所述，由废弃竹叶制备的氮掺杂多孔碳材料不仅成本低廉，而且来源广泛，因此在锂硫电池的商业化进程及电催化领域中，展现出了巨大的应用潜力和广阔的市场应用前景。

摘要:氧化铁（Fe₂O₃）具有高理论容量（1 007 mAh·g^-1）、低廉价格、无毒、高耐腐蚀性和高安全性等优点，是一种高性能的锂离子电池负极材料。但是，Fe₂O₃材料在循环过程中存在高不可逆容量和稳定性差等特点，阻碍其在LIB中的商业应用。为增强Fe₂O₃负极材料的循环可逆性及稳定性，采用简单水热法和低温退火法合成非晶Fe₂O₃@C复合材料。通过XRD、XPS和热重等表征，证实碳材料包覆成功，通过SEM与TEM表征得出材料形貌为多通道中空纳米球。作为锂离子电池负极，非晶Fe₂O₃@C复合材料具有优异的电化学性能。循环测试中，在100 mA·g^-1下经过100次循环后，非晶Fe₂O₃@C复合材料的可逆比容量为815.3 mAh·g^-1，远高于未包碳的312.5 mAh·g^-1；倍率性能测试中，不同电流密度下的可逆容量均远高于纯Fe₂O₃电极，尤其是当电流密度由1 A·g^-1恢复至0.1 A·g^-1，Fe₂O₃@C电极的可逆容量为974.2 mAh·g^-1，而纯Fe₂O₃电极的剩余容量仅为516.5 mAh·g^-1；电化学阻抗测试中，Fe₂O₃@C电极的电极和电解质之间界面处的电荷转移电阻（RCT）远小于纯Fe₂O₃电极。这种增强可以归因于碳基体与Fe₂O₃纳米颗粒相结合，首先，表面碳包覆层能够阻止电解质和活性材料之间的直接接触，避免活性物质Fe₂O₃溶解；其次，碳介质较低的电阻，可以提高锂离子传输速率；此外，碳包覆层还具有良好的机械柔韧性，能通过自身的弹性形变适应锂离子嵌入/脱出，缓解材料循环过程中体积膨胀问题。

摘要:近年来，电子装备更新迭代速度越来越快，电子器材的尺寸越来越小，芯片也随之朝着高性能、小体积的方向发展。为实现电子设备超薄化与小型化发展，需要解决超薄晶圆的制造难题。然而，薄晶圆在加工过程中会受应力影响，易出现破裂和翘曲的现象。临时键合技术可为超薄晶圆的制造提供机械支持，从而保证超薄晶圆能顺利加工。其中，用于固定超薄晶圆和基体的临时键合材料是临时键合技术的关键。热塑性材料因具有易回收和可重复加工的特性，常被作为临时键合材料。但是，热塑性材料的强度不足、热稳定性差的缺点十分突出，无法满足日益发展的临时键合技术的要求。临时键合材料是薄晶圆处理过程中临时粘接/脱粘过程的关键材料。本研究基于二胺和醛缩合反应生成六元环的化学反应原理，首先合成一种刚性结构的二胺（EBDA），然后将其与醛缩合反应，最终制成一种可逆热固性树脂。该树脂结构中含有明显的硬段和软段结构，经实验证明可作为临时粘合材料使用。研究结果表明，热固性树脂的应用使得临时键合材料具有良好的热稳定性和化学稳定性，可在250 ℃以下保持较好的稳定性能。综合分析各类性能发现，当软段二胺的添加量为15%时，临时键合材料具有较优异的综合性能。此外，该热固性树脂可以在低pH条件下解聚为单体，从而实现临时键合材料在强酸中脱粘。

摘要:全无机钙钛矿量子点（CsPbBr₃）因优异的光学性能，如宽吸收截面、高发光效率、可见光范围内可调谐的发光峰位及良好的缺陷容忍度，在光电探测器、发光二极管和高清显示器等领域中展现出广阔的应用前景。然而，CsPbBr₃较差的环境稳定性，尤其是对光、湿气和紫外辐射的敏感性，严重限制了其实际应用。因此，如何提升CsPbBr₃量子点的稳定性成为当前研究的重点方向之一。本研究旨在通过构建CsPbBr₃量子点与氢化非晶氮化硅（a-SiN_x:H）包覆层的复合结构，探索提高量子点稳定性的有效途径。为此，采用一锅法合成CsPbBr₃量子点，并采用等离子体增强化学气相沉积（PECVD）技术在硅和石英衬底表面沉积a-SiN_x:H包覆层，形成CsPbBr₃量子点@a-SiN_x:H复合结构，同时系统研究了a-SiN_x:H包覆层对CsPbBr₃量子点在强光、紫外光及水环境下的光致发光稳定性和材料性能的保护作用。结果表明，与未包覆的纯CsPbBr₃量子点薄膜相比，该复合结构在稳定性方面表现出显著优势。在450 W模拟太阳光照射120 s后，复合结构的光致发光强度提升了42%；在8 W紫外光持续照射7 d后，其发光强度增强超过2倍，显示出良好的抗光老化能力。此外，在水环境中浸泡后，复合结构仍能保持较强的发光强度，证明其具有出色的水稳定性。本研究为硅基钙钛矿量子点复合材料的稳定性及性能优化提供了有益参考。

摘要:赤泥作为大宗的铝工业副产物的固废资源，其资源化利用对环境保护和可持续发展具有重要战略意义。近年来，赤泥在建筑材料领域中的应用研究取得了显著进展，特别是在作为辅助胶凝材料方面展现出巨大的潜力。然而，传统的基于试配法的砂浆性能研究存在试验周期长、成本高等瓶颈问题，制约了赤泥基材的研发效率。在此背景下，机器学习技术为建筑材料性能预测提供了新方法。该方法通过挖掘数据规律，可有效降低试验成本，提高预测精度。本文基于117组文献实验数据，构建了包含水泥用量、水用量、砂用量、粉煤灰用量、赤泥替代率、赤泥掺量和龄期等7个关键参数的赤泥砂浆抗压强度预测数据集，系统对比了高斯过程回归（GPR）、支持向量回归（SVR）、随机森林（RF）和最小二乘提升树（LSBOOST）4种机器学习算法的预测性能。采用十折交叉法，通过决定系数（R²）和均方根误差（RMSE）两项指标综合评价模型表现。结果表明，LSBOOST模型在测试集上展现出最优预测能力，其R²值达0.947、RMSE为2.34，显著优于其他模型。采用标准化回归系数（SRC）对模型关键参数进行分析发现，水泥用量及水用量是影响赤泥砂浆抗压性能的关键参数，其SRC值分别为0.992和0.665。基于博弈论的可解释性分析（SHAP）揭示材料参数的非线性影响机制，表明水泥用量与水用量分别以正、负相关形式影响抗压强度的变化。本研究建立的智能预测模型不仅适用于赤泥基建筑材料，还可拓展至其他工业固废资源化利用领域中，为绿色建材的数字化研发提供参考。