金属/聚合物界面的形成、电子结构与化学变化

金属/聚合物界面是聚合物发光二极管和聚合物太阳能电池的核心部件,研究和理解这些界面的特点将有助于更好地对界面进行优化和提高器件性能.本文综述了利用光电子能谱技术研究金属/聚合物界面的主要进展,包括界面的电子结构、电荷转移、化学反应、界面扩散以及氧在界面处的聚集行为等,这些研究成果的获得对相关器件的设计与优化具有重要意义.目前,尚需更细致的工作来阐明金属/共轭聚合物界面的形成机制,并从理论上指导相关界面的制备过程与工艺.     

若干功能体系的定向设计与构筑

本项目基于"分子工程学"思想,以功能为导向,在分子水平上对结构进行设计与剪裁,最终实现特定功能体系(分子基体系、表界面体系、多孔体系、配合物体系、金属有机体系及分子反应体系)的定向合成、制备与组装.在分子自组装,表界面及能级结构的调控,多孔空间结构的设计构筑与合成规律,金属价态、基元构型、边臂协助的作用机制,化学键的可控断裂与形成等方面取得一些新进展,为促进化学以及环境、能源、材料及生命等领域的迅速发展提供科学基础.     

300M高强钢大型构件全流程锻造变形机理及工艺研究进展

高强钢大型构件是国防工业和国民经济中高端装备的关键承力构件,其质量直接关系着高端装备的使用性能及服役安全.高强钢大型构件往往结构尺寸大、形状复杂,锻造成形过程中变形道次多,使得在变形过程中材料的软化机制多且复杂、温度分布差异大、流动行为难控,进而使得其形性协调难控制.因此,有必要开展高强钢大型构件锻造中的变形机理及工艺研究.本文综述了本团队联合中国第二重型机械集团德阳万航模锻有限责任公司(下文简称“二重万航”),围绕高强钢大型构件全流程锻造变形机理及工艺所做的研究工作.在机理方面,讨论了高强钢大型构件全流程锻造微观演化机制及宏微观建模与模拟.在工艺方面,讨论了材料热加工性能评估方法、毛坯-预锻件联合优化设计方法及局部控温控流工艺.在应用方面,介绍了二重万航基于上述理论指导及技术支持,实现不同机型起落架外筒及活塞杆成功研制实例,突破了大型构件整体模锻技术所面临的难题.最后对大型构件锻造机理及工艺进行了总结和展望.     

不同尺寸二氧化硅纳米颗粒体内分布与代谢研究

基于二氧化硅荧光纳米颗粒(FSiNP)的荧光信号同步指示功能, 通过实时、原位活体荧光成像技术, 并结合离体器官成像、组织切片成像以及尿液荧光成像等方法, 系统地研究了不同尺寸二氧化硅荧光纳米颗粒在裸鼠活体内的分布与代谢. 活体成像结果表明纳米颗粒尺寸越小, 血液循环时间越长, 全身分布情况越明显, 随着时间的延长纳米颗粒逐渐聚集到肝脏、膀胱等部位; 通过离体器官成像和组织切片成像进一步证实了活体成像所观察到的结果. 同时, 肾脏组织切片以及尿液成像结果显示, 颗粒越小越容易通过泌尿系统排出体外. 研究结果为今后开展不同尺寸纳米颗粒材料在活体内的应用研究打下基础.     

纳米结构的过渡金属氮化物复合物储能材料

日益凸显的能源安全与气候变化问题引发了人们对可再生能源的不懈追求,从而带来储能电池的革命性发展.高性能储能电池应该具有高能量密度、高功率密度、高安全性能、长使用寿命等诸多特征,这就要求人们研究开发新型电极材料.近年来,纳米材料以其独特的表面效应、小尺寸效应以及量子尺寸效应从而产生强大电荷储存能力引起人们的广泛关注.本文综述了近年来本课题组在过渡金属氮化物纳米复合材料用于储能领域的研究进展,基于电子和离子混合传输理念和有利的电荷跃迁界面,阐述了其在高性能锂离子电池和超级电容器等方面的应用.     

超分子配位化合物及其晶态聚集体的合成、结构与功能

超分子配位化学是当今化学学科的前沿研究中最为中心和发展最迅猛的分支之一.其中晶体工程,尤其是金属一有机框架材料的合成、结构和功能,正引起国内外越来越多的化学工作者的关注和参与.本文结合本课题组的研究成果,简要总结了超分子配位晶态聚集体的自组装合成、结构和功能方面的若干规律.主要介绍了原位反应与模板合成,调控构筑基元的尺寸、形状、连接性、相互弱作用等结构策略,以及发光金属一有机框架材料的热致变色、化学传感等功能,并简要阐述了构效关系,为今后进一步研究开发光功能金属一有机框架材料提供参考.     

与硅基技术兼容的二维过渡金属硫族化合物电子器件

作为现代信息社会的物理基石,以硅基材料为核心的集成电路极大推动了人类现代文明的进程.但是,随着晶体管特征尺寸微缩逐渐接近物理极限,传统硅基材料出现了电学性能衰退、异质界面失稳等挑战,导致集成电路数据处理能力提升难、功耗急剧增加等问题产生.超薄二维过渡金属硫族化合物(transition metal dichalcogenides, TMDCs)具有表面平整无悬挂键、电输运性能优异、静电控制力强、化学性质稳定等优势,可有效解决上述问题,被认为是后摩尔时代集成电路的最具潜力候选材料之一.目前,二维TMDCs集成电路研究在多个关键领域均取得了突破性成果,但距离产业化应用仍需要克服一些挑战.本文着重介绍了二维TMDCs材料与电子器件在集成电路应用的各方面优势,系统阐明了二维TMDCs集成电路在材料控制生长、范德华界面优化以及器件设计构筑等方面的关键科学问题,提出了相应解决办法和应对措施,分析了二维TMDCs集成电路产业化进程中的综合性挑战,明确了“与硅基技术兼容”二维TMDCs集成电路发展路线的优势、可行性与突破方向.     

喷墨打印在大尺寸OLED显示中的应用

显示作为信息交互的窗口,在当前信息科技发展中的地位愈加重要.随着信息化尤其是大数据等的发展,人们对大尺寸显示的需求大增.主动发光OLED(organic light-emitting diode)显示技术是下一代终端显示的有力竞争者,但在大尺寸显示领域并未展现明显的优势,已商业化的仅有白光OLED技术,但是白光OLED屏的价格居高不下. QD-OLED是即将推出的另一种大尺寸OLED显示技术,但量产时间一再推迟.这些都限制了OLED在大尺寸显示领域的商业应用.喷墨打印技术具有诸多优点,是目前最适合大尺寸OLED的制备技术,也是显示行业的重点研发方向,但喷墨打印OLED在器件性能上的不足限制了其商业化应用.因此,实现高效稳定的印刷OLED具有重要意义.本文将从大尺寸OLED显示技术现状开始,简介喷墨打印OLED相关材料与器件的进展,及其在大尺寸显示领域的应用,并提出今后可能的发展方向.     

二维过渡金属二硫化物的能带调控

二维过渡金属二硫化物(transition metal dichalcogenides, TMDCs)因其原子级平坦的表面、可调的能带结构等优势而在光学、电学、热学等领域受到广泛关注,并且为解决传统硅基晶体管尺寸进一步微缩面临的挑战提供了新的机遇.能带工程是调控二维TMDCs材料电子结构并研究其物理学特性的重要手段.本文从本征调控和外部调控两个方面综述了近年来二维TMDCs材料中的能带调控策略,主要包括本征层数调控、零维点缺陷调控(晶格空位构筑、掺杂/合金化)、施加应变、构筑异质结等.在现有研究成果的基础上,对未来的研究方向进行了展望.     

“云计算与大数据”及其对勘探地震技术发展的影响

互联网技术发展至今,已进入了大数据和云计算时代,并在传统商业领域取得了令人瞩目的成功,产生了许多新的发展模式.但是,在勘探地震专业领域,"云计算与大数据"技术的潜力尚没有充分发挥.本文介绍了"云计算与大数据"的方法论和基本特征,分析了云计算、大数据和物联网、互联网+等关键技术之间的关系,并结合地震采集、处理、解释的技术特点和发展需求,探讨了"云计算与大数据"对地震技术发展的影响,提出了建设地震专业软件生态系统和基于物联网改变地震采集现状的设想.     

金属有机框架/聚合物气体分离膜的界面结构设计研究进展

气体分离膜技术在节能减排领域具有突出优势,是一项具有很大发展潜力的气体分离技术.基于金属有机框架/聚合物的混合基质膜兼具聚合物膜材料的易加工性和金属有机框架的优良气体选择吸附特性,受到全球学者的关注.如何有效调控两相界面处微观结构,改善混合基质膜材料的气体分离性能是混合基质膜领域的关键问题.针对这一热点问题,主要综述了近几年学者在金属有机框架/聚合物基混合基质膜的界面结构设计优化、膜材料构效关系研究、膜的规模化制备等领域的研究现状与进展.重点介绍了如何优化与表征界面结构以及金属有机框架与聚合物对膜性能的影响规律两个方面.此外,对混合基质膜材料未来的发展方向进行展望,以期为高性能混合基质膜的理性设计等方面提供研究思路.     

封面说明

在所有的纳微有序结构或表面图案结构的应用中,构筑方法是实现结构最终应用的重要前提条件.随着研究对有序结构材料性能及图案化尺寸、精度等要求的提高,人们不断改进,研发了一系列新的方法.纳、微尺度的微相分离、去润湿及水蒸气液滴模板等技术,溶剂辅助微成型技术,超临界流体技术,以及     

锂金属负极固体电解质界面膜的理解与改性策略

锂金属负极因具有较高的比容量和较低的电极电势,被认为是最有发展前景的电池负极材料之一.然而,不稳定的锂金属负极固体电解质界面膜和严重的锂枝晶生长问题限制了锂金属负极的实际应用.认识和理解锂金属负极固体电解质界面膜的组成与结构,并将其与锂金属生长行为建立有效的关联,是解决锂金属负极不稳定问题的关键.本文综述了近年来有关锂金属负极固体电解质界面膜的表征技术和调控策略,并介绍了锂金属软包电池的界面研究现状.本文对锂金属负极的实际应用具有一定的指导意义.     

弹炮结合--防空武器的发展方向

现代空袭兵器的迅猛发展,对地面防空武器提出了更高的要求。无论是防空导弹还是高炮,都不能单独满足火力要求。只有将这两种火力系统有机地结合起来,相互补充,才能最大限度地发挥防空武器的作用。弹炮结合防空武器系统综合了高炮快速机动、持续射击和导弹精确打击、射程较远的优势,是对付武装直升机、无人机、巡航导弹和低空固定翼飞机的有效武器,具有控制范围大、速度反应快、火力猛、抗干扰能力强、短时间内可实施多次拦截及空域盲区小等特点,是目前地面防空武器发展的主要方向之一.目前世界上正在研究与装备使用的弹炮结合防空武器系统已有20多种,其中,美国的"格玛哥—25"、俄罗斯的"铠甲—S1"、埃及的"西奈—23"等多种弹炮结合防空武器系统,代表了这类武器装备的发展方向和最新水平。俄罗斯"铠甲—S1"弹炮结合防空武器系统俄罗斯"铠甲—S1"系统由炮塔、高炮、地空导弹、发射筒、搜索雷达、跟踪雷达和光电火控系     

碳纳米管/碳纤维跨尺度界面增强体系构建的研究进展

伴随着国防工业、先进装备制造等领域的不断发展,人们对复合材料的应用要求不断提高.碳纤维增强复合材料因其具备高强度、轻量化、长寿命的特点,与该领域材料的使用要求产生了高度适配.但在实际应用过程中,碳纤维惰性表面与聚合物基体间的弱界面结合严重影响了复合材料优异性能的充分发挥.构建微尺度、多维度碳纳米管/碳纤维界面增强体系被认为是提高相间结合能力的有效技术手段.本文综述了化学气相沉积、电泳沉积、化学接枝、浸涂喷涂4种较为成功的构建路线,讨论了碳纳米管在碳纤维表面的差异化微观沉积形貌所对应的不同界面增强机理,探讨了界面增强体系对复合材料综合性能的影响,并对该体系未来的构建和研究方向进行了展望.     

钛合金感应熔炼用陶瓷坩埚研究现状与展望

钛合金因具有高比强度、强耐蚀性、无磁等诸多优异特性,被认为是空天海等战略领域最理想的轻型结构材料.然而,采用铸锭冶金技术制造钛合金及其构件,仍存在高能耗、高成本等世界性难题.研究表明,坩埚式真空感应熔炼是解决上述难题的有效途径之一,但钛的高化学活性使其几乎能与目前已知的所有耐火材料发生反应.因此,新型熔钛坩埚材料及其制备技术是实现钛合金低成本、优质、高效熔炼的关键.对此,本文重点综述国内外钛合金感应熔炼用陶瓷坩埚材料(耐蚀机制、成分优选)及坩埚耐久性两大方面的研究现状,并结合华中科技大学的近期研究进展,对其未来发展方向提出新的思考.     

未来的家用微型机器人

随着微型电脑技术的发展,西方童话中描述的可听人差遣的小精灵将成为现实.当前,世界上微型机器人技术在工业领域已得到广泛应用,但从体积微小这一特征来说,微型机器人在人们的日常生活中也将发挥越来越大的作用.由此,科学家们目前更着眼于研究如何将社会服务性机器人和微型机械巧妙结合,开发出应用于日常生活服务的产品.     

贵金属表面上磁性原子结构及其性质概述

有序排列的磁性纳米结构由于其丰富的物理性质和数据存储方面的潜在应用而受到广泛关注.随着现代生长和显微成像技术的进步,构造原子量级的结构和探测它们独特的性质已经成为可能.本文回顾了贵金属表面上的磁性金属原子有序结构的近期研究结果,其中包括一维原子弦、二维六角超晶格和量子尺寸效应诱导的新奇结构.结合低温扫描隧道显微镜、动力学蒙特卡洛模拟等实验和理论相结合的手段,对这些结构的形成条件进行了讨论,并通过扫描隧道谱和紧束缚近似计算对这些结构中的特殊电子态性质进行了研究.此外,纳米尺寸围栏中的量子受限效应对原子扩散和自组织行为有显著的影响,产生了量子诱导的自组织生长,并且可以利用尺寸变化的开口围栏实现原子级的定量原子捕获,从而抑制由生长导致的统计涨落.     

大尺寸单晶金刚石同质连接技术

介绍了制备人造单晶金刚石的技术途径及发展现状,重点讨论并对比了几种化学气相沉积法(CVD)金刚石制备技术的优缺点,详细阐述了基于微波等离子体CVD (MPCVD)法的同质连接技术——一种突破晶体尺寸限制,实现大尺寸单晶金刚石的有效途径。通过该技术实现了英寸级单晶金刚石晶片的制备,并针对横向生长、界面质量及演化、三维结构连接控制等核心科学技术问题进行了分析和讨论,展望了其在尖端应用领域的发展前景。     

二维过渡金属硫族化合物纳米异质结气体传感器研究进展

二维过渡金属硫族化合物(2D TMDs)在气体传感方向的应用中具有显著的"先天"优势,表现出如灵敏度高、响应速度快、能耗低以及能在室温下工作等诸多优点.相对单一的2D TMDs而言,基于2D TMDs纳米异质结的气体传感器展现出更加优越的气体传感性能.本文将系统总结2D TMDs纳米异质结气体传感器的研究进展,尤其是2D TMDs与金属氧化物、金属硫化物、碳基纳米材料以及量子点之间形成的纳米异质结设计、构效关系以及传感机理等关键科学问题.传感材料和传感机制上的创新对提升传感性能并拓展传感功能具有重要的科学意义.通过对纳米异质结气敏机理的深入探究,有望实现纳米异质结结构的人为设计和可控制备,提高室温下对目标气体的高灵敏选择性识别和检测.在纳米异质结的结构设计上,以TMDs材料为导电主体,在其表面生长各种纳米结构,通过对纳米异质结表面酸碱性、功函数、气体分子极性以及纳米异质结与气体分子之间的氧化还原反应性质进行调控,来构筑基于TMDs的纳米异质结.此外,控制负载在二维TMDs上纳米颗粒尺寸小于两倍电子耗尽层厚度,充分发挥纳米颗粒量子限域效应,以纳米颗粒充当传感的"天线分子"或"探针分子",实现对目标气体分子的高灵敏选择性识别和检测.