MXenes,通式为MXnTx,是一种由过渡金属、氮或碳化合物组成的二维纳米材料。由于其表面丰富的功能团给予其优异的理化性质和生物学性质,MXenes已被广泛应用于生物传感、肿瘤治疗、示踪成像等生物领域。MXenes具有良好的抗菌活性和一定的活性氧清除能力,这些生物学特性与伤口敷料所需的性能高度一致,使得MXenes成为近年来伤口敷料改性的热门材料。本文详细介绍了MXenes的结构、性能及其制备方法,综述MXenes及其复合材料在创面修复、骨缺损修复和肌肉修复领域中的最新研究进展。
MXene是一种类石墨烯二维过渡金属碳化物、氮化物或碳氮化物纳米材料,通常表现出准金属或窄带隙半导体性质。优异的宽谱光吸收能力、大比表面积、丰富多样且可调谐的表面官能团、多模态成像能力、良好生物相容性和低毒等特性优势,使MXene在光热转换领域受到广泛关注。本文概述了MXene的主要制备方法、形成原理及其表面基团特性,重点综述了MXene及其复合材料在光热蒸水、光热催化、光热杀菌以及光热治疗领域的最新研究进展;并基于MXene的全光谱及近红外吸收特性,讨论了MXene基光热材料设计原则及其光热效应在光催化、酶催化等应用中的协同效应。最后,总结了MXene在光热领域应用时,面临的关键挑战及其未来发展方向。
随着电子元器件日趋智能化、轻量化和集成化,电子设备的功率密度急剧增大,高性能导热复合材料的开发已变得尤为重要。一维聚合物纳米纤维有利于导热填料在轴向方向上有效连接,促进相邻填料之间形成高效导热通路。当添加相同含量的填料后,这种各向异性的复合材料往往表现出更为优异的导热性能,近年来引起了导热复合材料领域的广泛关注。本文系统论述了纤维素纳米纤维、芳纶纳米纤维、聚对苯撑苯并二噁唑纳米纤维和静电纺丝纳米纤维等聚合物基各向异性导热复合材料的研究进展,深入探讨了低维导热填料对纳米纤维基复合材料结构与性能的调控作用,并展望了纳米纤维基导热复合材料面临的挑战和未来的发展方向。
CrCoNi基中熵合金凭借其优异的强韧性组合成为高性能金属材料的研究热点。本文系统梳理了其核心强韧化机制与关键性能调控规律。原子尺度的化学短程序通过形成局域有序团簇阻碍位错并动态关联层错能,协同诱导层错与孪晶生成。纳米尺度的三维孪晶网络在限制位错运动的同时为其提供滑移通道,而引入纳米析出相可切换主导变形机制,实现强度与塑性的同步优化。研究进一步表明,通过精准调控热处理、增材制造及塑性变形工艺可有效构筑强化相与梯度结构以提升性能。该合金在低温环境下能激活更多变形机制,展现出强度与韧性同步增长的独特优势。未来研究需致力于阐明其室温主导机制与环境适应性,以推动工程应用。
铝青铜合金由于其优异的力学性能、耐空化及耐腐蚀性能,被广泛应用于船舶螺旋桨、高压泵体和阀门等海洋工业领域。然而,传统铸造工艺在制备铝青铜合金过程中存在周期长、成本高、零件精度低等缺点,且制备的铝青铜合金易出现内部气孔、缩孔和表面夹渣。激光增材制造作为一种新型的先进制造技术,能够快速成形金属构件,其快速冷却过程有助于形成细小晶粒,从而提升合金性能,在铝青铜合金制备方面展现出巨大潜力与广阔前景。本文主要围绕选区激光熔化和激光熔融沉积两种工艺,介绍了铝青铜合金激光增材制造工艺及其面临的挑战,综述了近年来国内外在工艺特征、微观组织与性能等方面的研究成果,分析了当前存在的主要问题与研究不足,最后指出拓宽激光增材制造铝青铜合金材料种类、优化激光工艺参数以及控制成形过程缺陷是未来研究的重点方向。
激光粉末床熔融成形(LPBF)TC4钛合金,是现阶段航空、航天、医疗、电子等领域实现轻量化和一体化制造的重要技术途径。本文系统总结了激光粉末床熔融成形TC4钛合金的微观组织与缺陷的影响规律及其机理,详细综述了国内外研究者在工艺参数及热处理方式对于LPBF成形TC4钛合金拉伸性能影响的研究现状。在此基础上,针对现阶段激光粉末床熔融TC4钛合金的应用瓶颈问题,对LPBF成形TC4钛合金的疲劳性能和断裂韧度的研究现状进行了系统总结,在提出改善增材制造TC4钛合金疲劳性能和断裂韧度的后处理方式的同时展望其发展趋势。
电弧热源在焊接及增材制造领域应用广泛,已成为金属构件连接与成形制造不可或缺的核心能量载体。然而,传统电弧热源存在传热与传质行为高度耦合、无法独立调控的固有缺陷,导致工件热输入与丝材熔敷率深度绑定,难以同时兼顾高效率沉积与高质量成形的双重需求,严重制约了大型复杂结构件的高性能制造进程。因此,开展电弧热源热质传递解耦研究,对于突破传统电弧制造技术具有重要的理论价值与紧迫的工程意义。本文系统综述了电弧热源热质传递解耦技术的研究进展,重点聚焦交叉电弧这一前沿构型。交叉电弧通过独立热源与独立质量源的协同配置,从控制架构上实现了热输入与质量传递之间的解耦。围绕交叉电弧热源的稳定性控制、熔滴过渡行为及发展挑战等关键方面展开深入评述,旨在为构建热质传递独立可控的新一代智能电弧制造系统提供坚实的理论依据与可行的技术路线支撑。
在电子封装领域,金锡共晶合金(AuSn20)作为关键焊接材料,其制备工艺直接影响封装性能和可靠性。然而,受限于AuSn20合金的脆性,目前AuSn20焊球尚无高效的制备方法。本研究采用脉冲微孔喷射技术实现了AuSn20焊球的高精度、高一致性的按需制备。结果表明,在最优工艺条件下制备了多种规格AuSn20焊球,最小规格为50 μm,目标粒径标准偏差最大为1.58 μm,显著提高了制备精度。微观组织分析揭示,焊球主要由δ-AuSn相和ζ'-Au5Sn相共晶组织构成,未观察到异常新相生成。回流处理后,焊球内部成分分布趋于均匀。研究发现,由于扩散阻挡层Ni原子的协同扩散,在界面接头处形成了(Au,Ni)Sn和(Au,Ni)3Sn2等金属间化合物。所制备的AuSn20焊球不仅实现了粒径精确可控和热历史一致性,且在模拟服役条件下表现出优异的界面稳定性和结构完整性,为金锡合金钎料在先进电子封装领域开辟了新的应用途径。
为解决现有钎料焊接GH4169高温合金时工艺温度超过其δ相固溶温度,从而导致δ相在焊接过程中发生溶解并削弱合金高温性能的问题,本工作开展了GH4169高温合金新型低温镍基钎料的研究,并对钎焊工艺进行了优化。其钎焊温度设定为与合金固溶温度相当的980 ℃,以实现钎焊与热处理温度的良好匹配。根据二元相图,以Pd为主要降熔元素,B、Si为次要降熔元素,配置并熔炼了新型镍基钎料36Pd-10Cr-3B-1Si-Ni,探究了新型钎料的熔点、润湿性以及对GH4169-GH536对接接头的可焊性。结果表明:新型钎料固液相线为828.82~961.43 ℃,在980 ℃/15 min条件下润湿角为7.8°,展现出优异的润湿性能,进而优化了钎焊工艺参数。在980 ℃/60 min、焊缝无装配间隙的工艺条件下,焊接接头室温抗拉强度最高可达到586 MPa,超过常规BNi-2钎料的焊接强度;高温持久性能超过10 h,且焊接接头无明显缺陷。因此,采用36Pd-10Cr-3B-1Si-Ni新型低熔镍基钎料可在保证GH4169原有组织性能的前提下实现其有效焊接。
传统硬质合金主要以Co为黏结剂,近年来,采用高熵合金替代Co的新型硬质合金在改善合金硬度、断裂韧度、抗高温氧化性能及耐腐蚀性能等方面展现出明显优势。在含Cr、Mo的高熵合金黏结剂硬质合金中,强碳化物形成元素Cr、Mo会影响黏结相中的碳含量及合金中碳的存在形式,从而对力学性能产生影响。本工作旨在研究配碳量对WC-CoNiFeCrMo硬质合金组织结构与晶粒生长的影响机理,并探究其力学性能的变化规律。结果表明:随着配碳量的增加,WC-CoNiFeCrMo合金中WC晶粒变化较小,矫顽磁力逐渐降低,硬度小幅度下降;合金的断裂韧度和抗弯强度呈先增加后下降趋势,当合金总碳含量增加到5.73%(质量分数)时达到峰值,断裂韧度为18.52 MPa·m1/2、抗弯强度为2991 MPa;随着配碳量继续增加,合金中出现渗碳相,断裂韧度与抗弯强度显著降低。