先进材料科学与应用的展望

本文对材料的发展现状作了较为详尽的综述，对先进材料的开发使用和材料科学的发展前景作了展望。由于材料特别是高性能，多用途先进材料是人类社会发展的重要推动力，先进材料将继续成为科学和工程研究的重点。作者认为纤维增强树脂复合材料和硅基电子材料是当今工业中最重要的材料，而智能材料、纳米材料、光电材料、生物材料和高温陶瓷材料将是２１世纪的研究重点，并将发挥愈来愈大的作用。     

新加坡国立大学在纤维结构材料方面的研究

现代复合材料工艺中，广泛使用人造玻璃、碳基、Ａａｒｍｉｄ纤维结构作为增强功能材料。伴随先进纤维结构的出现，以纤维结构为加强基的复合材料，在航空、医疗、保健、电子、土木、化工以及 得到更为广泛地应用。本文首先综述各种先进纤维结构。其次，着重介绍新加坡国立大学在纤维结构材料方面的研究进展，包括：纤维结构加强基复合材料的设计、工艺、模拟及其在生物、电子封装、防卸方面的应用。     

组合摩擦材料研究

由于国内外摩擦材料的研究仍处于经验阶段，我们提出组合摩擦材料的概念并进行了组合摩擦材料研究，旨在解决摩擦材料配方研究中存在的三个问题：如何选择原材料，如何匹配原材料含量和摩擦材料性能优化。组合摩擦材料研究包括用组合方法筛选和评价原材料和用黄金分割法优化摩擦材料配方是解决经验地尝试法研究摩擦材料配方的一个有效途径。用组合方法筛选和评价原材料，通过组合路线考察原材料间的相互作用，寻找具有协同效应的原材料组合规律，可以合理选择原材料和合理设计摩擦材料配方。用黄金分割法可以优化摩擦材料性能。通过组合摩擦材料研究可以实现摩擦材料的研究从经验走向科学。两个实例证明了组合摩擦材料研究的可行性。     

梯度结构热电材料的研究进展

为了提高单体热电材料的热电性能,将几种单体热电材料连接起来制备成梯度结构的热电材料,不仅解决了材料应用温区狭窄的问题,而且能够极大地提高材料的热电转换效率。本文介绍了梯度热电材料的研究基础、设计和优化方法,对梯度热电材料研究进展进行了综合分析并指出分段式热电材料在提高热电性能方面更具发展优势。     

面向材料的超精密金刚石切削加工机理

采用超精密单点金刚石切削加工技术制备超光滑表面在国防尖端和航空航天等领域具有重要应用.当前缺乏对超精密加工机理的理解,极大地制约着超精密加工技术的提高.金刚石切削加工是一个刀具与材料高度耦合的过程,工件材料的性能对加工结果具有重要影响.本文研究了具有不同属性和微结构的典型材料超光滑表面的金刚石切削加工机理:(1)研究了多晶金属铜金刚石切削加工中的非均质特性,重点关注了晶界对表面创成的影响机制及其抑制策略;(2)研究了单晶硅和单晶碳化硅金刚石切削加工中的脆塑转变机理,重点关注了超声椭圆振动辅助切削加工技术对硬脆材料延性加工性能的提升;(3)研究了反应烧结碳化硅和铝基碳化硅金刚石切削加工中的各相材料协同加工变形机制,重点关注了振动辅助和切削路径对复合材料表面创成的影响规律.本文的研究成果为不同材料超光滑表面的超精密金刚石切削加工创成提供了理论依据.     

化学反应和结晶控制的电化学储能电极材料

电化学储能材料的微结构、尺寸、形貌等特征直接影响着电化学储能设备的性能,例如能量密度、功率密度、寿命等.因此,合成高电化学活性的电极材料是储能设备性能的重要制约因素.在电极材料的合成过程中,化学反应是材料合成的第一个步骤,然后经过结晶过程最终得到电极材料.通过控制化学反应和结晶过程,可以得到具有不同活性的电极材料.电极材料制备过程中的化学反应以及电能储存过程中的电化学反应都是本文要研究的问题.虽然在材料合成方面取得了巨大的进步,能够合成各种不同形貌、结构和性能的电极材料,但是对化学反应如何控制材料的结晶、结晶过程如何影响材料的电化学性能以及电极材料和电化学活性的对应关系,依然缺少深入的理解.本文通过研究反应控制的结晶过程以及结晶影响的电化学性能,揭示化学反应-结晶、结晶-电化学性能和化学反应-电化学性能的关系,以及提高储能材料综合性能的途径.     

复合材料瞬态热性能的简便计算方法及其适用条件

定义了复合材料的掺混度,探讨了利用有效导温系数计算复合材料热性能的条件,结果表明,对给定的精度要求,复合材料存在一临界掺混度,当复合材料的混合程度满足此临界条件时,可以利用有效导温系数的概念和合材料的内的逐时温度分布和通过它的逐时流密度,对于许多实际问题,上述方法可大大简化分析与计算。     

太阳能材料的研究和发展

太阳能的光热、光电利用已尼显示了很好的发展势头。太阳能利用的关键问题是需要发展新材料。本文主要对近年来国内外太阳能材料的研究和发展状况进行综述和评估，主要涉及光热利用、光电转换及控光变色材料的研究动态和发展前景。     

选择性激光烧结3D打印用高分子复合材料

选择性激光烧结(selective laser sintering,SLS)是基于粉末床的激光3D打印技术.材料对成形件的精度和物理机械性能起着决定性作用,其中高分子基粉末是应用最早,也是目前应用最多、最成功的SLS材料,但是SLS高分子仍存在可用种类少和成形件性能较低等难题.通过添加微/纳米填料或者后处理浸渗等方法制备复合材料,来提高SLS成形件的某些性能以及增加SLS材料种类,已经成为SLS领域材料研究的热点和重点.本文将介绍SLS高分子复合材料的制备方法,综述国内外的研究现状,并对其研究趋势进行展望.     

动态载荷下羟基磷灰石骨替代材料刚度的力学相容性

羟基磷灰石骨替代材料被植入人体后骨组织在其内部生长, 它的强度、刚度会逐渐增加. 其力学相容性是指成为活体骨的一部分后, 其力学性质应与周围骨组织的力学性质一致. 由于骨的力学性质与应变率相关, 骨替代材料的力学相容性既包括静态也包括动态力学性质. 应用分离式霍普金森压杆实验技术(SHPB)研究了羟基磷灰石骨替代材料、不含有机物的牛骨和含有机物的牛骨动态力学性质, 测量了 3 种试样在冲击载荷下的应力-应变曲线, 比较分析了 3 种材料的弹性模量的差别, 以判断胶原纤维的作用. 将羟基磷灰石骨替代材料看作颗粒复合材料, 估计了植入体内后其弹性模量的变化, 判断其动态刚度方面的力学相容性. 确定所研究的羟基磷灰石骨替代材料的孔隙率在0.8左右时有利于刚度方面的相容性.     

海藻酸钠及其复合材料在生物医药中的研究进展

海藻酸钠具有良好的生物相容性和吸湿性能,其复合材料具有优异的力学性能和降解可控性能,可以作为药物的载体材料和组织工程中的支架材料。本文综述了海藻酸钠及其复合材料在缓控释制剂中、组织工程中以及医用敷料中的研究进展。     

三维离散元方法及其在冲击力学中的应用

离散元方法是近年来国际上出现的几种新概念数值模拟方法之一. 探讨了三维离散元理论模型, 推导了稳定性条件, 参数确定方法等, 并对几种典型的冲击动力学问题进行了三维数值模拟, 模拟结果与实验有较好的一致性. 由于不受连续介质力学3个支配方程的显式限制, 且无网格, 离散元方法在各类非连续材料、多相混合物、非均匀局域以及大变形和结构失效破坏等复杂过程及其机理的研究中将有广泛的用途.     

国内外环境材料最新研究进展

介绍了环境材料的概念，对近期国内外在环境材料理论和应用研究领域取得的进展进行了综述，指出了未来环境材料研究的发展方向。     

人工关节材料的研究与展望

本文综述了国内外人工关节材料的主要研究现状及发展，并从材料科学与生命科学出发，提出了新型人工关节材料的设想与展望。     

我国稀土材料领域研发态势分析与发展建议

稀土材料(也称为稀土新材料)是将稀土元素融合进其它材料以提高原有材料性能或获得新功能的材料统称,包括稀土永磁材料、稀土发光材料等,是高科技领域广泛使用的战略性材料,也是我国高度重视发展的新兴战略材料之一。为了揭示我国稀土材料研发的全球竞争力,研判我国稀土材料研发的国际地位,本文利用文献计量与专家咨询等方法,从论文产出、合作关系、研究布局、研究亮点等方面出发,选取该领域的国内顶级研究单元与国际领先科研单元进行文献计量学对比,挖掘我国在学科布局、论文质量、科技合作等方面的优势与不足。分析发现,我国稀土论文发表与引用已经处于世界前列,但在学科布局、科技合作等方面仍然存在一些问题,阻碍着我国稀土研究快速发展。针对这些不足,论文从学科布局、战略协同、国际合作、产业转化、团队培养、技术攻关等方面提出发展建议。     

碳基储氢材料的研究进展

氢能是二十一世纪解决化石能源危机和缓解环境污染问题的绿色能源.实现氢能的利用,氢的储运是目前要解决的关键问题.储氢材料研究较多,碳基储氢材料是储氢材料中的一个重要分支.本文综述了碳纳米管、碳纤维、石墨、活性炭以及C<,60>等碳基材料的储氢性能及研究进展,讨论了各种碳基储氢材料目前存在的问题,并对其进一步研究进行了展望.     

微观纤维增强高分子复合材料研究：增强相的分散问题及其分子结构设计

本文综述了通过分子结构设计改善微观纤维增强高分子复合材料增强相在基体中的分散性，提高复合材料性能的研究概况，并对有待深入探讨的问题作了扼要评述。     

材料科技领域发展态势与趋势

材料的创新进步很大程度上推动了各领域的重大科技突破,是现代科技发展之本。世界上许多发达国家已经认识到材料研发的重要性,并制定了相应的国家发展战略规划。从设计、制备、表征、应用的链条看,近年来材料领域热点频现,人工智能技术的发展也渗入到了本领域成为新的关注点,涌现出诸多新型材料,性质与结构研究获得新的突破,应用成果丰硕。本文利用情报研究方法,梳理了部分国家在材料领域的重要规划,以及取得的最新进展和突破,并初步提出了对我国的启示与建议。     

轻金属硼氢化物可逆储氢材料研究进展

发展高效、安全的储氢材料/技术被公认为是推进氢能规模化商业应用的关键环节.相比于高压气态和低温液态储存方式,材料基固态储氢因能量密度高且安全性好,被认为最有发展前景.在诸多储氢材料中,轻金属配位硼氢化物氢含量多〉10 wt%,在储氢密度方面具有用作车载氢源的潜力,业已成为近年来储氢材料领域的研究热点.在简述轻金属配位硼氢化物储/放氢反应机理研究的基础上,着重从阴/阳离子替代、构建反应复合体系、纳米相结构调制等方面概述了改善硼氢化物综合储/放氢性能的最新研究进展,旨在明确轻金属硼氢化物储氢材料研究中的关键问题及未来研究方向.     

面向数据驱动材料设计的专用数据库及信息管理系统

随着材料设计逐渐向"数据驱动"的方向发展,数据集的规模和质量实际上成为各类智能算法发挥效益的瓶颈.文献报道或尚未公布的海量实验数据是构建高质量数据集的宝库,但长期以来缺乏用于存储、整理、产生有关数据集的专门数据库或数据管理系统.本文以高温永磁合金代表体系Sm-Co基多元合金为例,介绍了本课题组构建的集成数据采集、数据标注、数据抽取与转换的一体化智能数据库及其管理系统.对材料的元素成分、物相组成、晶体结构、制备工艺、性能及其测试方法等各方面的数据建立了关系模型,实现了相关数据的逻辑关联并高度结构化,从而可根据具体的材料设计需求检索出高质量的数据集.建立的信息管理系统可实现多用户在线标注数据,具有数据录入准确高效、数据统一规范、最大程度消除冗余信息等特点.应用实践表明,建立的专用数据库及信息管理系统在数据驱动材料设计研究领域可发挥重要作用.