润滑科技信息平台

学科探索

Nat. Commun.：用于自供电智能窗和显示的发光太阳能聚光器和电致变色超级电容器集成器件 2025-03-09 一、【导读】建筑物能耗在全球总能耗中占比达30%-40%，提高建筑物能源自给能力已成为国际社会的普遍共识。除了在屋顶铺设不透明的太阳能电池板外，利用建筑物侧立面的玻璃幕墙进行光伏转换已成为当前的研究热点。作为一种半透明光伏器件，发光太阳能聚光器（Luminescent Solar Concentrators，LSCs）不仅能收集直射太阳光，还能在阴天等散射光环境以及阴影环境中有效利用漫反射太阳光进行光伏转换，从而为阴影效应严重的城市建筑中侧立面光伏玻璃幕墙应用提供了新方案。然而，为了存储LSCs产生的光伏电能需要连接储能模块和电压调节模块，这些附加模块不仅降低了LSCs的有效工作面积，还增加了安装空间，不利于在光伏玻璃幕墙场景中的应用。二、【成果掠影】近日，东南大学王春雷研究员、徐淑宏副研究员在国际学术期刊《Nature Communications》（自然通讯）发表了题为“Integrated Device of Luminescent Solar Concentrators and Electrochromic Supercapacitors for Self-powered Smart Window and Display（用于自供电智能窗和显示的发光太阳能聚光器和电致变色超级电容器集成器件）”的研究论文。该论文提出了一种具备光伏转换、能量存储和电致变色三种功能的新型集成器件，并将其用于自供电智能窗和信息显示。三、【核心创新点】该工作开发了一种基于LSCs和电致变色超级电容器（Electrochromic Supercapacitors, ECSs）的“面对面”集成器件。通过选择电压窗口匹配的电极组合，LSCs产生的光伏电能可以直接存储在ECSs中，无需额外配备储能模块和电压调节模块，从而显著提高了器件的有效工作面积并降低了成本。ECSs不仅具备储能功能，还表现出可逆的电致变色特性，其可见光与近红外光透过率能够根据存储的电量动态调节。通过控制ECSs的充放电过程，这种集成器件还可用作自供电的电致变色智能窗或信息指令显示器。这种集光伏转换、能量存储和电致变色三种功能于一体的创新器件，为建筑智能窗户提供了一种高效且多功能的替代方案。四、【数据概览】图1、LSCs-ECSs集成器件的结构和调制机理示意图。在太阳照射下，LSCs产生的电能会被储存在ECSs中，同时使ECSs的透过率降低以阻挡光线的入射。图2、PANI-600/WO3-45 ECSs的能量存储和电致变色性能。a在0 ~ 1.4 V电压窗中不同扫描速率下的循环伏安曲线；b不同电流密度下的恒电流充放电曲线；c Ragone图和不同电流密度下的面积电容。插图：光学图像显示一个ECSs足以点亮一个计时器。d 0 V、0.4 V、0.8 V、1.2 V、1.4 V时器件的透射光谱；e在550nm测量可逆开关时的实时透射率变化；f在1mA cm−2电流密度下经过1200次循环，器件的电容和电致变色稳定性。图3、LSCs的光电性能。a CsPbI3/PMMA复合薄膜的透光率。插图：环境光下带有玻璃基板的CsPbI3/PMMA复合薄膜的照片；b CsPbI3/PMMA复合膜的光致发光（PL）和光致发光激发（PLE）光谱。使用透明玻璃测量基线；c CsPbI3/PMMA复合膜的吸收曲线，以及标准太阳光谱AM 1.5 G；d LSCs的正面和侧面发射；e 1太阳条件下PV电池与LSCs边缘耦合的J-V曲线。其中，Voc为开路电压，Isc为短路电流，FF为填充系数，Jsc为短路电流密度；f不同光路CsPbI3/PMMA LSCs的PL强度。插图：不同光路的光强测量原理图。图4、LSCs-ECSs集成器件的光电性能。a设备的电路图；b集成器件在1个太阳光照条件下充电过程和在黑暗环境不同电流密度下放电过程的V-t曲线；c 1个太阳条件下，不同充电时间的集成器件的透射光谱；d集成器件在完全放电和完全充电状态下的照片；e 1个太阳条件下不同充电状态的集成器件的J-V曲线；f集成器件在充电/放电状态下的太阳辐照光谱。图5、基于LSCs-ECSs集成器件的自供电显示器。a电致变色显示器的制备示意图。聚氯乙烯（PVC）贴纸用作模板；b自供电显示器的等效电路。将S1和S2同时接在红色或绿色线上，分别实现I档和II档的接通。当S3单独打开时，设备处于档位“0”；c自供电显示器在三种不同开关状态下的光学照片；d自供电显示器在1个太阳条件下的V-t曲线。五、【成果启示】该工作通过简单的“面对面”组装的方式将发光太阳能聚光器和电致变色超级电容器集成，得到了集光伏转换、能量存储和电致变色三种功能于一体的创新器件。这推动了发光太阳能聚光器在透明光伏领域的实际应用，也为建筑智能窗户提供了一种高效且多功能的替代方案。原文详情：题目：Integrated device of luminescent solar concentrators and electrochromic supercapacitors for self-powered smart window and display 作者：Shichao Huang, Haotian Guo, Pengfei Xia, Hongcan Sun, Changgui Lu, Yuge Feng, Jing Zhu, Cai Liang, Shuhong Xu* & Chunlei Wang* 文章链接：https://doi.org/10.1038/s41467-025-57369-6 本文由文章团队供稿

Energy & Environmental Science: N-C 掺杂增强层状Bi0.4Sb1.6Te3材料热电性能 2025-03-08 导读能源短缺和全球变暖问题日益严重，推动着能源体系向可持续发展方向转型。在此背景下，研究人员正积极探索环保型能源转换技术，以提高能源利用效率并减少碳排放。热电材料因其能够直接将废热转化成电能，成为清洁能源领域的研究热点。然而，目前热电材料的转换效率仍然受限，主要原因在于其复杂的原子尺度输运机制尚未被充分揭示。因此，理解和优化热电材料中的原子动力学行为，对设计新一代高性能热电材料至关重要。热电性能的提升通常受到电子和声子输运相互制约的影响，常规的元素掺杂策略虽能改善材料性能，但在层状材料体系中，如Bi0.4Sb1.6Te3，尚未充分揭示层内结构演变对热电性能的决定性作用。如何有效优化层状材料的微观结构，实现载流子和声子输运的解耦，从而大幅度提升热电转换效率仍是目前热电材料研究的重点。在此背景下，深圳大学郑壮豪特聘教授团队通过向Bi0.4Sb1.6Te3引入氮掺杂介孔碳（N-C）复合结构，从而诱发van der Waals（vdW）原子尺度的表面重构现象，进而优化电子输运路径并降低晶格热导率，使得Bi0.4Sb1.6Te3在373K时的热电优值（zT）提升至1.54。本研究为理解vdW层状材料中表面重构提供了原子层面的洞察，对于vdW层状材料性能提升提供了新思路。相关研究成果以“Introducing atomistic dynamics at van der Waals surfaces for enhancing the thermoelectric performance of layered Bi0.4Sb1.6Te3”为题发表在《Energy & Environmental Science》期刊上。; 图文导读本研究利用N-C扩散掺杂以增强Bi0.4Sb1.6Te3材料的热电性能。通过该策略，制备的材料在373K时最高的热电优值（zT）为1.54 （图1）。 ;;;;;;; 图1. vdW表面结构畸变及其在提升Bi0.4Sb1.6Te3合金性能的作用。（a）在层状Bi0.4Sb1.6Te3中掺杂氮掺杂介孔碳材料；（b）掺杂体系中结构调控的示意图；（c）和（d）掺杂合金中层间和层内结构不均匀性的结构模型，以及主体层状材料内部的元素取代；（e）高分辨HAADF-STEM图，显示掺杂引起的层内结构调控；（f）-（h）Peierls 畸变的存在及其对电子态的影响，实现载流子与声子输运的解耦；（i）掺杂对电导率和Peierls畸变参数的影响；（j）本研究最大zT与文献对比结果。通过高分辨透射显微镜（HRTEM）和能量色散X射线光谱（EDS）对制备材料的微观结构进行了分析。结果表明，N-C复合结构在Bi0.4Sb1.6Te3基体中均匀分布，同时观察到局部的晶格畸变和无序现象（图2）。进一步采用高角环形暗场扫描透射（HAADF-STEM）研究发现，N-C复合结构引起了Bi0.4Sb1.6Te3的层内和层间结构变化，并证实了Peierls畸变的存在。这一现象有助于电子态调控，并促进载流子与声子输运的解耦（图3）. 图2. 原子尺度结构变化。（a）掺杂体系中分布的富碳晶界示意图；（b）TEM图，显示嵌入的晶相边界；（c）STEM图，对应（b）中区域1，展示嵌入的晶相边界；（d）ADF-STEM图，对应（b）中区域2，清晰展示晶体基体和无定形晶界的原子结构；（e）通过IFFT处理（d）中矩形区域3，展示无定形晶界与晶体基体晶粒的微观结构；（f）由（d）计算的应变分布图，揭示基体中的无定形应变相；（g）HAADF-STEM图，展示晶界界面的原子结构，插图为相应的应变分布图。（h）HAADF-STEM图，展示掺杂基体的原子结构，部分区域存在C和N富集的结构畸变；（i）HAADF-STEM图，展示Bi0.4Sb1.6Te3量子层中由于N和C掺杂而引起的纳米尺度vdW结构变化；（j）[100]方向HAADF-STEM图，显示发生结构畸变的N和C掺杂区域；（k）通过IFFT放大（j）中区域1和4，展示微结构细节；（l）iDPC-STEM图，对应（j）中1-4区域。（m）原子和缺陷的低能损图像和高能损图像；（n）EELS光谱；（o）-（p）分别是C 1s和N 1s的XPS光谱；（q）XRD精修数据分析；（r）形成能计算结果。图3. vdW层的原子尺度表面重构。（a）和（b）展示了Bi0.4Sb1.6Te3体系与N-C掺杂体系的原子排布；（c）理论晶界结构和C插层与N间隙掺杂下的可能模型；（d）c中对应的模型在单个晶胞内的模型；（e）和（f）HAADF-STEM图像；（g）由（f）中标记的区域1和2的HAADF-STEM图像，显示正常QLs和倒置的QLs。（h）和（i）HAADF-STEM图，分别展示层间和层内区域的结构变化；（j）λPD值与层间原子距离的掺杂依赖性。（k）N-C掺杂体系中，由C插层驱动的层间-层内畸变相关行为；（l）QLs内部的掺杂依赖性以及键长变化；（m）计算的强度比；（n）形成能计算结果。; 研究了制备的Bi0.4Sb1.6Te3的载流子输运性能，从理论和实验角度对比分析了N-C掺杂后Bi0.4Sb1.6Te3载流子迁移率，形成能，能带结构的变化以及其对电导率和塞贝克系数的调节作用（图4和图5）。根据热导率实验测量结果和理论计算结果，分析掺杂对声子散射的影响。通过Peierls畸变参数的计算，证明N-C掺杂对降低Bi0.4Sb1.6Te3晶格热导率的作用（图6）。同时，本研究制备的高效热电器件在200 K温差条件下实现了6.1%的能量转化效率，显著优于现有的Bi-Sb-Te体系的热电模块。图4. 输运行为与电子能带结构。（a）载流子浓度变化趋势；（b）形变势能变化趋势；（c）SPB模型计算的电导率与载流子浓度关系。（d）温度相关的迁移率以及基于DFT计算的不同载流子浓度下的电导率/弛豫时间比值；（e）态密度；（f）态密度对比；（g）能带间隙变化与杂质态的形成；（h）价态收敛性为对比；（i）掺杂体系VBM和CBM变化示意图。图5. 晶面晶界和热电性能的调控。（a）基于能量过滤效应的理论模型。（b）计算的界面塞贝克系数与实验塞贝克系数对比；（c）实验塞贝克系数以及基于DFT计算的理论塞贝克系数；（d）SPB 模型下塞贝克系数对载流子浓度的依赖性；（e）有效质量变化；（f）实验功率因子的温度依赖性以及载流子浓度依赖性。图6. 结构畸变和热输运行为。（a）总热导率变化趋势；（b）实验测得晶格热导率与理论计算结果对比；（c）各散射机制下模拟的晶格热导率；（d）理论计算的Ks值；（e）平均声速和Gruneisen 参数在掺杂条件下的变化；（f）变温zT结果；（g）zT值文献对比结果；（h）掺杂导致得电荷输运与声子散射调控示意图；（i）热电模块的能量转换效率与文献对比。 ; 小结本研究通过在Bi0.4Sb1.6Te3体系中引入N-C复合结构，实现了电子输运优化与热输运抑制的协同提升。实验结果表明，该策略有效增强了载流子浓度，保持较高的塞贝克系数，同时显著降低晶格热导率，从而提升材料的zT值，最高为1.54 （373K）。同时，基于本研究制备的高效热电器件在200 K温差条件下实现了6.1%的能量转化效率。本研究不仅为层状热电材料的性能优化提供了新的策略，也为高性能热电器件的开发奠定了理论和实验基础。 ; 作者简介 ; Adil Mansoor博士，深圳大学博士后，北京工业大学材料科学与工程博士。长期从事热电材料领域和轻质金属合金的开发与优化。目前已在Energy & Environmental Science、Advanced Functional Materials、Nature Communications、Nano Energy、Journal of Materials Chemistry A等国内外高水平期刊发表了14篇论文。 Bushra Jabar博士，德国莱布尼茨固体材料研究所研究员，洪堡奖学金获得者（2023），中国科学技术大学博士，深圳大学博士后。长期从事先进能源材料的开发（比如热电材料）以及能源存储与二维材料的研究。已在Energy & Environmental Science、Nature Communications、Advanced Functional Materials、Nano Energy等国际高水平期刊发表40余篇论文。郑壮豪教授，深圳大学物理与光电工程学院特聘教授，博士生导师，国家高层次人才“特殊支持计划”青年拔尖人才，广东省杰青，深圳市海外高层次人才，深圳市真空学会理事，Journal of Materials Science & Technology、Carbon Neutralization期刊青年编委，连续多年入选斯坦福大学全球前2%科学家榜单。一直从事新型能源材料和器件方面的研究，着重于热电材料及器件、薄膜太阳能电池、柔性可穿戴设备等领域。主持国家自然科学基金面上项目、青年基金项目、广东省自然科学杰出青年基金、面上基金、广东省教育厅青年创新项目、深圳市科技计划面上项目和深圳市海外高层次人才项目多项；在Nature Sustainability、Nature Communication、Energy & Environmental Science等期刊上发表学术论文200余篇，SCI总引用8000余次，H指数48；获美国和日本等国家授权发明专利7项，国内发明专利授权10余项，获广东省科学技术奖自然科学二等奖。 ; 全文链接：https://doi.org/10.1039/d4ee04930f

北理工陈南团队Adv. Mater.：通过铝离子硬酸配位增强氟代石墨炔湿气电池的性能 2025-03-08 一、;【导读】近年来，水伏效应因其能通过材料与水的相互作用产生电能，而受到了广泛关注。湿气发电（MEG）领域的研究迅猛发展，且性能持续提升。作为湿气发电的核心材料，二维碳材料以及天然/合成高分子材料，凭借其优异的导电性、高比表面积、丰富的电离活性位点，以及有效的湿气生成载流子（MGCs）扩散路径，成为提升能量密度的理想选择。然而，这些材料的原子排列密集或大分子链无序等结构问题，限制了湿气生成载流子垂直扩散的效率，从而影响湿气发电的性能。为解决这一难题，研究人员已开展大量工作，尝试通过缩小二维片材的晶体尺寸或构建三维结构来改善性能，但这些手段可能会破坏材料的分子结构或稳定性。在此背景下，金属阳离子（如Na⁺、K⁺及Al³⁺）的引入被视为有效途径，能够显著提升离子导电性并释放更多湿气生成载流子，从而增强湿气发电效率。然而，碳基二维材料面临着配位活性位点不足的挑战，这一问题在MEG长期应用中的稳定性上具有较大的缺点。石墨炔（GDY）因其丰富的碳键、大共轭体系、宽层间距、丰富的孔洞结构及卓越的化学稳定性，一直是备受青睐的材料。氟代石墨炔作为其新型衍生物，不仅保持了石墨二炔的核心结构，还引入了氟原子，这一改性极大地拓展了分子通道，并增强了湿气生成载流子的传输性能。氟原子作为强极性“硬碱”，能够与铝离子等硬酸形成稳定配位，从而提高离子导电性和迁移能力，使FGDY成为湿气发电领域中的极具潜力的材料。 ; 二、【成果掠影】 ; 鉴于此，北京理工大学陈南课题组等人开发了一种新型湿气电池——基于铝离子-氟配位的氟代石墨炔铝离子湿气电池（FGDY AlMC）。这一新型湿气电池实现了卓越的性能：超高的质量比功率密度（371.36 μWg⁻¹）、稳定的电压输出（0.65 V，持续15小时），并能够在多种湿度环境下稳定工作。密度泛函理论（DFT）计算结果表明，与其他二维碳材料相比，FGDY的大孔分子结构显著降低了铝离子的扩散能垒。同时，氟原子作为“硬碱”与铝离子“硬酸”的有效配位，进一步提高了材料的离子导电性和迁移性，进而促进了更多可移动阳离子的生成。这些优势使得FGDY AlMC的电性能得到了显著提升。该研究成果证明，铝离子配位的FGDY材料为高性能湿气发电材料提供了一个极具潜力的方向。该文章以Enhancing the Performance of Fluorinated Graphdiyne Moisture Cells via Hard Acid-Base Coordination of Aluminum Ions为题发表在国际顶级期刊《Advanced Materials》上，研究生魏晓燕为第一作者。 ; 三、【核心创新点】 ⭐;FGDY的大孔分子结构有效降低了铝离子的扩散能垒。 ⭐;铝离子与氟原子形成的硬酸硬碱配位显著提升了离子导电性。 ⭐;铝-钼电极对的氧化还原反应增强了装置的电性能。 ; 四、【数据概览】 ; ;;; 图1. FGDY薄膜的制备与表征。 a–c) FGDY薄膜的合成路线。b) FGDY薄膜的低倍率扫描电子显微镜（SEM）图像。c) FGDY薄膜的高倍率SEM图像。d) 透射电子显微镜（TEM）图像，包括高分辨率TEM和选区电子衍射图，展示了晶格间距。e) FGDY薄膜中C和F的相应元素分布图。f) FGDY的拉曼光谱。g) FGDY的傅里叶变换红外（FTIR）光谱。h) FGDY的X射线衍射（XRD）图谱。i, j) C 1s和F 1s的X射线光电子能谱（XPS）谱图。 ; ; 本研究通过水热合成法，原位将FGDY薄膜生长在商用Whatman GFD基底上。随着FGDY层的逐渐形成，基底的颜色由白色转为棕黄色。SEM分析表明，FGDY薄膜呈现出具有高连通性的开孔结构，进一步的高倍率SEM图像揭示了其细致的表面形貌。TEM分析表明，FGDY具有优异的结晶性，晶格间距为0.371 nm。元素分布图证明了碳（C）和氟（F）在FGDY薄膜中的均匀分布，拉曼光谱和FTIR进一步验证了FGDY的结构特征，并且XRD图谱在23.7°处出现的单一衍射峰则进一步证明了FGDY的层状结构，促进了离子的扩散。图2. FGDY AlMC的结构与性能。a) 完整的FGDY AlMC的照片。b, c) FGDY AlMC由多孔铝电极、FGDY薄膜和钼电极组成。d) FGDY薄膜的水接触角测量。e) FGDY AlMC在25°C和90%相对湿度（RH）条件下的输出电压和电流密度曲线。f) 不同金属电极（与铝电极相比）的FGDY MCs电性能对比。g) 相对湿度（RH）对FGDY AlMC性能的影响（25°C）。h) 温度对FGDY AlMC性能的影响（90% RH）。i) FGDY AlMC在外部电路负载电阻条件下的输出电压、电流密度和功率密度曲线。j) FGDY AlMC的长期性能曲线。 ; 将FGDY薄膜组装成FGDY AlMC湿气电池，并通过多孔铝电极和钼电极进行连接。水接触角测试表明，FGDY具有极强的亲水性，极大促进了水分子的吸附，从而提高了湿气发电效率。电池的输出电压为0.65 V，电流密度可达65 μAcm⁻²，并在90%相对湿度下稳定运行。通过长期稳定性测试，FGDY AlMC在超过15小时内维持了稳定的电性能，电压波动极小。图3. FGDY AlMC的工作机制。a) FGDY AlMC工作机制的示意图。b, c) FGDY AlMC铝电极侧工作机制的示意图，以及相应的d) 化学反应。e) FGDY AlMC运行后铝电极表面的XPS谱图。f) FGDY在FGDY AlMC内工作机制的示意图。g) FGDY在FGDY AlMC中运行后的XPS谱图。h) FGDY在FGDY AlMC中不同运行时间后的铝含量。i) FGDY AlMC钼电极侧工作机制的示意图。j) 运行后钼电极表面的SEM图像，包括相应的元素分布图（Mo, Al）。k) FGDY AlMC钼电极侧发生的化学反应。图4. FGDY中的铝离子。a) FGDY AlMC和FGDY MoMC的循环伏安曲线（CVs）。b) 将含有铝离子的水溶液（与FGDY AlMC中的pH值相同）滴入FGDY MoMC，以研究湿气发电（ME）效应对电性能的影响。c) 引入不同浓度铝离子后FGDY MoMC的输出电压。d) 含有8.08 wt%铝离子的FGDY MoMC在不同RH下的输出电压。e) DFT计算铝离子在FGDY中沿不同路径扩散的能垒：e) 水平路径，f) 垂直路径。g) FGDY中铝离子与氟原子配位的示意图（以Al³+为例）。h) 不同氧化态的铝离子与FGDY中氟原子配位后能垒的变化。 ; ; FGDY AlMC的工作机制揭示了铝电极在潮湿环境中通过水分渗透而氧化，生成铝离子，这些铝离子随后迁移至钼电极。氟原子作为硬碱，与铝离子进行配位，显著增强了FGDY的导电性，并加速了铝离子的迁移。此外，DFT计算表明，铝离子在FGDY中的垂直扩散能垒显著低于传统材料中的扩散能垒，氟原子的配位进一步优化了整体的电性能。图5. FGDY AlMC在实际应用中的可扩展性与集成性。a) 不同弯曲角度下FGDY AlMC的电压输出稳定性。b) 多次弯曲循环后的电性能。c) 串联和并联连接FGDY AlMC提升性能。d,e) 使用四个串联的FGDY AlMC点亮LED灯并为不同容量的电容器充电。f, g) 将FGDY AlMC阵列（例如5×4单元）集成到柔性塑料基底上，用于潮湿环境。h–j) 将阵列暴露在潮湿草地上为手机供电。k) 使用湿巾发电为设备充电。l, m) 将FGDY AlMC集成到智能腕带中，通过吹气解锁电子门禁系统。 ; FGDY AlMC展现了出色的电性能稳定性和可扩展性，在多次弯曲和长时间循环测试后，电池仍保持稳定输出。通过串联多个FGDY AlMC单元，可以进一步提高电压输出，且成功为LED灯和电容器充电，展示了其在实际应用中的广阔前景。该装置的集成性高，能够在潮湿环境中为电子设备供电，甚至可作为可穿戴技术的电源，具有巨大的应用潜力。 ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; 五、【成果启示】本研究成功展示了一种高性能湿气电池——FGDY AlMC，结合了FGDY的分子结构特性与铝-钼电极的优势，在潮湿环境下实现了卓越的电性能。FGDY AlMC不仅展现了极高的质量比功率密度（371.36 μWg⁻¹）、长时间稳定运行（15小时）、高输出电压（0.65 V）和电流密度（65 μAcm⁻²），还具有显著的柔韧性和可扩展性，使其成为未来可穿戴电子设备和物联网设备中可持续能量收集的理想选择。 ; 原文详情：题目：Enhancing the Performance of Fluorinated Graphdiyne Moisture Cells via Hard Acid-Base Coordination of Aluminum Ions 作者：Xiaoyan Wei,;Danyang He,;Ya’nan Yang,;Zhide Geng,;Mengfan Shi,;Zhiyu Jia,* Jiaqi Wang,;Tianchang Zhao,;Nan Chen* 期刊官方简写: Advanced Materials DOI:;10.1002/adma.202419706; https://doi.org/10.1002/adma.202419706 ; 本文由文章团队供稿

Science：石墨烯-聚合物增强钙钛矿晶格以提升太阳能电池的耐久性 2025-03-08 一、【科学背景】;; ; ; ; ;钙钛矿太阳能电池因其高效率和低成本而备受关注，但其稳定性和耐久性仍是主要挑战。传统的钙钛矿薄膜在光照、热和湿度条件下容易降解，导致性能下降。为了提高钙钛矿太阳能电池的稳定性和效率，研究者们探索了多种材料和方法，其中石墨烯及其衍生物的应用显示出显著潜力。华东理工大学的杨双和侯宇教授为通讯作者，团队采取了一种科学的方法将单层石墨烯与聚合物结合，形成一种复合材料，用于增强钙钛矿晶格的稳定性。具体方法是将石墨烯通过聚合物连接到钙钛矿晶格上，以减少光诱导的膨胀和由此导致的太阳能电池损伤。这种复合材料不仅提高了钙钛矿晶格的机械稳定性，还改善了电荷传输效率。这种创新方法不仅提高了太阳能电池的使用寿命，还保持了其高效率，为钙钛矿太阳能电池的商业化应用提供了新的可能性。相关研究成果以“Graphene-polymer reinforcement of perovskite lattices for durable solar cells”为题目发表在国际顶级期刊Science上。二、【科学贡献】图1 . 制造单片石墨烯-过氧化物异质结。© 2025 Science 图2 过氧化物薄膜的机械特性。© 2025 Science 图3 光伏性能和设备稳定性。© 2025 Science 图4 薄膜的微观结构演变。© 2025 Science 图5 过氧化物薄膜的光电特性。© 2025 Science 三、【创新点】; ; ; ; 1．通过将石墨烯与聚合物结合，形成了一种新型复合材料，用于增强钙钛矿晶格的稳定性。该复合材料显著提高了钙钛矿太阳能电池在光照和热条件下的耐久性。石墨烯的高导电性改善了电荷传输效率，从而提高了太阳能电池的整体性能。四、【科学启迪】 ; ; ; ;本文发现，在环境应力作用下，晶格变形是导致钙钛矿多晶薄膜晶界（GB）损坏和结构退化的一个重要因素，而这一问题长期以来在该领域一直被忽视。通过研究表明，聚甲基丙烯酸甲酯（PMMA）耦合单层石墨烯界面的协同效应，可以抑制这种软晶格动力学，从而使钙钛矿薄膜具备高模量、大硬度、回弹韧性、紧密互连等机械特性以及物理保护。其中，石墨烯作为增强基底，PMMA 作为粘合介质。实验观察到的动态结构演变以及计算模型的结果都证明了混合界面在工作条件下控制晶格变形和横向离子迁移的实用性。因此，这种混合界面能够使钙钛矿器件在各种环境下（如光浸泡、高温、环境空气和真空条件下）实现长期稳定高效的运行。由于钙钛矿材料本身比较脆弱，使用紧密耦合且坚韧的石墨烯可以解决应力问题，从而在柔性器件中防止由应力引起的损坏和裂纹扩展。随着二维材料的发展，这种策略有望与大面积石墨烯相结合，为钙钛矿器件的进一步发展提供新的思路。原文详情：https://www.science.org/doi/10.1126/science.adu5563

Advanced Materials 美国桑迪亚国家实验室&麻省理工学院：开发超低磨损Pt-Au纳米晶合金 2025-03-04 研究背景近年来研究发现，通过溶质偏析改变晶界能，可使一些二元合金获得热稳定的纳米晶结构。已有研究展示了这类合金卓越的热稳定性，许多合金在长时间接近熔点温度的环境下，晶粒生长现象极不明显。超低磨损材料通常指磨损率在单原子层量级，即特定磨损率低于10−8 mm3 N−1 m−1的材料。像类金刚石碳（DLC）、石墨、金属二硫化物（如MoS2和WS2 ）、金属氮化物、碳化物（如Si3N4和 WC ）、半导体（如 GaN）以及部分聚合物纳米复合材料（如 PTFE - 氧化铝）等都属于此类。但金属材料作为一个类别，以往很少能达到超低磨损标准。部分材料如石墨和金属二硫化物，依靠形成高度有序、低剪切强度的层状表面膜来降低摩擦和提高耐磨性，不过这种机制仅在特定环境下有效。对于金属而言，表面微观结构细化与摩擦和耐磨性改善相关，这意味着能抵抗热和机械驱动晶粒生长的合金，理论上应比传统合金具备更低摩擦和更高耐磨性。在金属摩擦过程中，循环接触应力会引发金属变形，进而致使微观结构演变、缺陷成核，最终产生磨损颗粒。对于纳米晶金属，当表面应力不超其流动应力时，磨损主要由疲劳主导，即接触应力反复循环形成裂纹，导致内聚失效产生磨损颗粒，这一过程被称为 “分层磨损机制”。大多数粗晶金属在循环加载下会发生位错介导的塑性变形、胞状结构形成和晶粒细化，而晶界不稳定的纳米晶金属在循环加载时可能出现晶粒生长，这会促进裂纹形成，增加了实现金属超低磨损的难度。实验方法材料制备：用直流磁控溅射法在低温下制备Pt90Au10薄膜，膜厚精度达埃级，成分经波长色散光谱验证。摩擦磨损测试：定制线性往复摩擦计，在特定温湿度条件下，用不同材质球体在薄膜上往复滑动，用扫描白光干涉仪测磨损率。微观结构表征：用透射电镜观察薄膜微观结构，用能谱仪分析成分，样品退火后用聚焦离子束法制备 TEM 样品。研究结果与讨论研究围绕 Pt - Au 合金薄膜的微观结构、摩擦磨损性能及磨损机制展开。通过扫描透射电镜（STEM）和能谱仪（EDS）分析，发现 Pt - Au 薄膜呈现柱状结构，具有较大的晶粒纵横比。Au 在晶界和三重结处偏聚，同时在相邻晶粒内部出现溶质贫化区，且 Au 的分布高度不均匀。该薄膜展现出非凡的纳米晶热稳定性，在 500°C 退火 1 周后，晶粒尺寸无明显变化。 Figure 1. A) STEM-HAADF images of a cross-sectional view of as-deposited Pt–Au films.B) Plan-view EDS composition map showing heterogeneous Au segregation. Also shown is a quantitative line scan of Au concentration across the dashed line showing preferential segregation (i.e., above theglobal mean composition) to grain boundaries. 在实验室空气中，Pt - Au 薄膜的磨损率低至(3×10−9±1×10−9)mm3N−1m−1 ，与类金刚石碳（DLC）和蓝宝石相当，优于传统纳米晶金属，且在磨损实验中，其磨损率比更硬的蓝宝石和Si3N4探针更低或与之相近。退火处理对 Pt - Au 薄膜的磨损率没有影响，这表明其在不同热状态下都能保持优异的耐磨性。摩擦系数在 0.2 - 0.3 之间，与文献中纳米晶金属的报道相符。使用Si3N4球时，摩擦系数会逐渐增加，这是由于Si3N4球表面粗糙度较高，且其磨损颗粒会转移并嵌入 Pt - Au 薄膜中，导致表面粗糙度增加，进而使摩擦系数增大。 Figure 2. A) Cycle average friction coefficients for sapphire and Si3N4 spheres sliding against Pt–Au films in as-deposited and annealed conditions. B) Friction coefficients and specific or volumetric wear rate map of tribological materials including the present results with Pt–Au sliding against sapphire. 由于蓝宝石球表面相对光滑，接触应力在 Pt - Au 薄膜的疲劳 endurance limit 以下，从而抑制了裂纹的形核与扩展、应力诱导的微观结构演变和晶粒生长，有效抑制了疲劳驱动的磨损。而Si3N4球的磨损率较高，是因为其自身的疲劳磨损导致材料转移到 Pt - Au 薄膜中，使得 Pt - Au 薄膜的磨损轨道内出现体积增加的现象。 Figure 3. Surface topographical area scans of: A) the worn sapphire ball and B) the Pt–Au wear track near the middle of the track after 100k sliding passes. C) Representative cross-sectional wear depth plots of the ball and Pt–Au wear track. D) Representative cross-sectional STEM inside the wear track. E) Plan-view back-scattered SEM image of wear track where FIB lift-out was taken. Pt - Au 薄膜的超低磨损率表明，其磨损机制可能主要为原子磨损，这种磨损机制此前仅在如 DLC 等高度耐磨的材料中出现。该研究首次证明了金属材料也能实现这种低磨损机制，意味着通过提高纳米晶合金的热机械稳定性，可以有效抑制传统纳米晶合金中常见的疲劳驱动分层磨损。Pt - Au 薄膜不仅具有超低磨损率和良好的摩擦性能，还具备出色的热机械稳定性。在 500°C 退火后，其摩擦和磨损性能与退火前相比几乎没有差异。此外，该合金的电阻率约为 30 nΩ・m，仅为粗晶纯铜的 1.8 倍，这一特性在需要良好导电性的应用中具有重要意义。 Figure 4. Surface topographical area scans of: A) the worn Si3N4 ball and B) the Pt–Au wear track near the end of the track after 100k sliding passes. C) Representative cross-sectional wear depth plots of the ball and Pt–Au wear track. D) Plan-view BSD and E) EDS of the wear track surface. 该研究成果为未来的研究指明了重要方向。在技术层面，Pt - Au 合金在非润滑滑动条件下的超低磨损率和卓越的热机械稳定性，使其在电气接触领域具有广阔的应用前景，特别是在对能源使用、存储和传输效率要求日益提高的背景下。在纳米和微机电设备领域，该合金有望解决应力和温度驱动的晶粒生长、氧化以及绝缘有机膜形成等问题，推动相关技术的广泛应用。此外，该合金在疲劳抗性和高强度方面的表现，也为其作为结构材料的研究提供了有前景的方向。

上交-港城大联合顶刊《Composites Part B》：石墨烯纳米片增强铝基复材腐蚀行为和强度-延展性协同机制研究！ 2025-03-04 作为一种具有 Al11Ce3 增强相的复合材料，Al-Ce 合金在高温下表现出显著的微观组织稳定性以及可铸性。然而，铸态 Al-Ce 合金在室温下表现出相对较低的抗拉强度，通常约为150 MPa，即使在变形和热处理后也是如此。此外，大尺寸Al11Ce3相与Al基体之间的巨大电位差导致其耐腐蚀性较差。这些在强度和耐腐蚀性方面的限制为 Al-Ce 基合金的工业应用带来了重大障碍。增材制造是工业 4.0 的关键组成部分，能够生产复杂设计的组件，减少浪费，缩短成形周期，并加速产品开发周期。在各种AM技术中，激光粉末床熔融已成为一种突出且成熟的工艺，在航空、航天和汽车等行业中得到指数级整合。然而，在增材制造领域铝合金的发展相对缓慢，主要是由于较低的经济激励和与激光打印相关的挑战，包括更高的激光反射率和相对较大的凝固范围。商业高强度 2000、6000 和 7000 系列铝合金焊接性差，不适合激光粉末床熔融。Al-Ce 合金由于其热稳定性和在铸造过程中对凝固开裂的抵抗性，提供了一种可行的替代方案。先前的研究表明，采用激光粉末床熔融制备的具有原位纳米网络结构的 Al-9.5Ce-0.6Mg合金表现出优异的打印性。然而，尽管实际成形的 Al-9.5Ce-0.6 Mg 合金的强度提高了400 MPa，但在室温下断裂伸长率约为 6%。强度和延展性之间的不可调和冲突需要进一步解决。此外，激光粉末床熔融Al-Ce 基合金的腐蚀行为迄今为止尚未得到充分关注。铝基复合材料（AMCs）通过结合 Al 基体和增强材料的优异性能，提供了一种可行的解决方案。石墨烯纳米片（GNPs）由于其低成形成本、优异的机械性能以及独特的电子和热性能，被认为是金属中很有前途的增强材料。通过广泛的变形以防止氧化和 GNPs 与基体之间的反应，通常可以实现 GNPs 增强铝基复合材料的强度和延展性。然而，制备方法严重限制了铝合金的应用，尤其是在复杂结构组件中。金属基复合材料（MMCs）的传统制备路线，包括液态方法（如液态金属渗透和铸造技术）和固态方法（如粉末冶金），通常会导致在延展性基体中形成团聚颗粒，从而导致不希望的脆性和较差的耐腐蚀性。铝中 GNPs 的均匀分布对于获得优异的耐腐蚀性至关重要。在微米级熔池中粉末的局部熔化，随后快速凝固，防止了 GNPs 的团聚。这个过程为制备具有优异强度-延展性和耐腐蚀性的 AMCs 提供了机会。在这项工作中，上海交通大学和香港城市大学团队采用 LPBF 方法制备了新型 Al-9.5Ce-0.6Mg/0.7GNPs复合材料。随后，对制备的 Al-9.5Ce-0.6Mg/0.7GNPs 复合材料进行了后续热处理。对微观组织进行了细致表征。此外，系统研究了在 3.5 wt. % NaCl 溶液中的力学性能和腐蚀行为。此外，基于多尺度表征揭示了强化和腐蚀机理。主要附图图 1. (a) Al-Ce 粉末，(b) GNPs 粉末，(c) Al-Ce/GNPs 复合粉末的粉末形态；(d) Al-Ce/GNPs 复合粉末的 EDS图像；(e) Al-Ce 粉末的粒度分布；(f) L-PBF 工艺示意图；(g) 原位 Al-Ce/GNPs 复合样品；(h) 拉伸测试样品示意图。图 2. (a) 成形后的 Al-Ce/GNPs 复合样品中缺陷尺寸的分布；(b) 通过CT 测量的等效直径与球形度的关系。图 3. (a) Al-Ce/GNPs 复合粉末、原位和高温 Al-Ce/GNPs 样品的 XRD 和(b)拉曼光谱。图 4. 沉积态和热处理 Al-Ce/GNPs 样品的扫描电子显微镜图像、反极图（IPF）图和相应的极图（PF）：（a、c、e）沉积态 Al-Ce/GNPs 样品，（b、d、f）热处理 Al-Ce/GNPs 样品。图 5. 沉积态和热处理 Al-Ce/GNPs 复合样品的 HR-TEM 和 FFT 结果：（a、b）沉积态 Al-Ce/GNPs 复合样品，（c、d）热处理 Al-Ce/GNPs 复合样品。图 6. 沉积态和热处理 Al-Ce/GNPs 复合样品的透射电子显微镜（TEM）结果：（a）高角环形暗场（HAADF）图像，（b）MPB 区域放大的 HAADF 图像，（c）MPC 区域放大的 HAADF 图像，（d）沉积态样品中 Al、Ce、Mg 和 C 元素的 STEM-EDS图像，（e）HAADF 图像，（f）MPB 区域放大的 HAADF 图像，（g）MPC 区域放大的 HAADF 图像，（h）热处理样品中 Al、Ce、Mg 和 C 元素的 STEM-EDS图像。图 7. (a) 从制备样品中提取的原子探针Al、Ce、Mg 和 C 原子图；(b) 浓度分布的直方图；(c) 从 HT 样品中提取的原子探针 Al、Ce、Mg 和 C 原子图；(d) 浓度分布的直方图。图 8. 沉积态和热处理 Al-Ce/GNPs 复合样品的拉伸性能：(a) 室温下的工程应力-应变曲线，(b) 与其他报道的增材成形 Al-Ce 和 Al-Si 系合金的强度和延伸率随 YS 的变化比较。图 9. 沉积态和热处理 Al-Ce/GNPs 复合合金的断裂表面图 10. 铸造态 Al-Ce、烧结态 Al-Ce 和高温 Al-Ce/GNPs 复合样品的极化曲线和电化学阻抗谱（EIS）：（a）Tafel 曲线，（b）Nyquist 图，（c）阻抗模量与频率的 Bode 图，（d）相位角与频率的 Bode 图。图 11. 铸态、热处理态 Al-Ce 合金和热处理态 HT Al-Ce/GNPs 复合材料在循环极化测试后的腐蚀形貌 SEM 和 EDS 图像。图 12. 铸造态、沉积态态 Al-Ce/GNPs 和高温 Al-Ce/GNPs 复合合金在 3.5 wt %溶液中浸泡 1 小时、5 小时、3 天和 7 天后的 BSE 显微照片：（a）浸泡 1 小时后的 BSE 图像，（b, b1）浸泡 5 小时后的 BSE 图像和相应的 EDS 图谱，（c）浸泡 3 天后的 BSE 图像，（d, d1）铸造态 Al-Ce 合金浸泡 7 天后的 BSE 图像和相应的 EDS 图谱；（e–h）铸造态 Al-Ce/GNPs 复合合金浸泡 1 小时、5 小时、3 天和 7 天后的 BSE 图像；（i–l）高温 Al-Ce/GNPs 复合合金浸泡 1 小时、5 小时、3 天和 7 天后的 BSE 图像。图 13. 拉伸测试后和高温处理 Al-Ce/GNPs 复合材料的横截面形态和 GND 密度：（a）样品的横截面形态；（b）高温处理样品的横截面形态；（c, d）GND 密度和（e）GND 密度曲线。图 14. 铸态 Al-Ce 合金、制备态 Al-Ce/GNPs 和高温 Al-Ce/GNPs 复合材料的 SKPFM 分析。（a）原子力显微镜（AFM）形貌图像，（a1）电位差分布图，（b）铸态 Al-Ce 合金中沿白色箭头的电位差，（c, c1）对应 MPB 区的 AFM 形貌图像和电位差分布图，（d, d1）对应 MPC 区的 AFM 形貌图像和电位差分布图，（f）制备态 Al-Ce/GNPs 复合材料中 c1 和 c1 沿白色箭头的电位差，（f, f1）对应 MPB 区的 AFM 形貌图像和电位差分布，（g, g1）对应 MPC 区的 AFM 形貌图像和电位差分布图，（h）高温 Al-Ce/GNPs 复合材料中 f1 和 g1 沿白色箭头的电位主要结论该Al-Ce/GNPs复合材料具有优异的加工性能，相对密度为 99.62%，具有细小的 Al/(Al, Mg) 11Ce3 共连续结构。Mg 主要存在于(Al, Mg)11Ce3 相，但倾向于在其边缘发生更多偏析。Al-Ce/GNPs 复合材料在室温下表现出优异的拉伸性能，屈服强度约为 300 ± 2 MPa，抗拉强度约为 452 ± 3 MPa，延伸率约为 5.6 ± 0.3%。热处理提高了延展性至 13.2%，同时强度损失最小。主要强度贡献包括奥罗万强化、载荷转移强化和细化强化。(Al, Mg)11Ce3 网络的断裂可以促进滑移并提高延展性。HT Al–Ce/GNPs 复合材料在 3.5 wt. % NaCl 溶液中表现出优异的耐腐蚀性，显著降低了电化学腐蚀，并在 MPB 处优先发生腐蚀。

今日Science，浙大再“出圈”，开发极端条件下水凝胶！ 2025-02-28 一、【科学背景】水凝胶因其富含水的交联网络，被广泛应用于组织工程、柔性电子和软体机器人等领域。尽管通过增强聚合物网络提升了水凝胶的延展性和韧性，但其柔韧性仍依赖于可移动的水分子。因此，这种依赖性导致水凝胶在温度变化过程中因蒸发或冻结而失水时变得坚硬和易碎。现有方法通过用离子液体、无机盐溶液等替代水分子以提高相变温度，但这些溶剂存在吸湿性、温度范围有限（通常低于-80 ℃或80 ℃）等问题。水分子在替代溶剂中仍可能冻结或逸出，导致网络脆弱。因此，如何固定水分子并维持其流动性，成为拓宽水凝胶极端温度适应性的关键挑战。二、【创新成果】为解决以上难题，浙江大学罗自生教授、李铁风教授和杨栩旭博士等人在Science上发表了题为“Hydro-locking in hydrogel for extreme temperature tolerance”的论文，报道开发了一种“水锁”策略，通过硫酸在聚合物网络中建立水分子与聚合物的强连接，锁定水分子，并引入牺牲网络保护聚合物主网络免于坍塌。在“水锁”策略下制备的海藻酸钠-聚丙烯酰胺双网络水凝胶在-115 ℃至143 ℃的宽温域内保持柔软和可拉伸性。该策略适用于多种水凝胶和溶液，有望实现极端温度下材料甚至生物样本的保存与观测。 ; 图1; S-凝胶的“水锁”策略和相变温度 © 2025 AAAS 图2; S-凝胶中的反应及相互作用 © 2025 AAAS 图3; S-凝胶和原位碳点的结构特性 © 2025 AAAS ; 图4; CS-凝胶在极端温度下的机械性能 © 2025 AAAS ; 三、【科学启迪】综上，本研究通过“水锁”策略将水分子牢固固定在聚合物网络中，使水凝胶在-115 ℃至143 ℃的极端温度范围内保持柔软和可拉伸性。该策略适用于多种水凝胶（如PVP水凝胶）和溶剂（如DMSO），并通过碳化形成保护层防止网络坍塌。“水锁”水凝胶（如CS-gel）在低温（-100 ℃）和高温（140 ℃）下仍具备导电性和传感功能，展示了在柔性电子和极端环境生物保存中的潜在应用价值。原文详情：Hydro-locking in hydrogel for extreme temperature tolerance (Science 2025, 387, 967-973) 本文由大兵哥供稿。 ;

镁合金顶刊《JMA》机器学习挖掘基于数据增强和重构的高强高塑性镁合金！ 2025-02-28 ;; 导读：机器学习在合金设计中的应用越来越广泛，但传统模型在处理有限的数据集和复杂的非线性关系时仍然面临挑战。本研究提出了一种基于数据增强和重建的可解释机器学习方法，用于挖掘高性能低合金镁合金。数据增强技术通过高斯噪声扩展原始数据集。数据重建方法对原始数据进行重组和转换，以提取更具代表性的特征，显著提高了模型的泛化能力和预测精度，极限抗拉强度（UTS）模型的决定系数（R2）为95.9%，断裂伸长率（EL）模型的R2为95.3%。提出了一种相关系数辅助筛选（CCAS）方法来过滤低合金靶材合金。设计了一种新型Mg-2.2Mn-0.4Zn-0.2Al-0.2Ca（MZAX2000，wt%）合金，并在给定的加工参数下挤压成棒材，实现了室温强度-延性协同作用，显示出395 MPa的优异UTS和17.9%的高延伸率。这与挤压态MZAX2000合金中的异质结构特性密切相关，该合金由粗晶粒（16%）、细晶粒（75%）和纤维区域（9%）组成。因此，这项工作为优化合金成分和加工参数以获得新型高强韧性低合金镁合金提供了新的见解。 ; ; ; ; ; ; 镁（Mg）及其合金作为重要的高性能轻质金属材料，凭借其低密度、高比强度以及出色的阻尼性能，在航空航天、汽车制造和电子产品等领域备受瞩目。然而，传统镁合金往往需要添加大量昂贵的合金元素来提升性能，这不仅增加了成本，还可能影响材料的可回收性。因此，研发高性能的低合金化镁合金成为热门研究课题。近年来，低含量无稀土的高性能Mg-Al-Ca-Mn-(Zn)合金逐渐受到研究人员的广泛关注，但确定其最佳合金成分和加工参数需要进行大量实验，开发新方法加速其制造迫在眉睫。随着材料科学和人工智能技术的飞速发展，基于数据驱动和计算材料科学的新研究范式逐渐兴起，机器学习方法虽已用于设计多种高性能合金，但传统机器学习方法面临可用实验数据有限和模型缺乏可解释性的挑战。;; ; ; ; ; ; ; ; 在本研究中，扬州大学、云南大学等多所高校及科研机构的团队提出了一种基于数据增强和重构的可解释机器学习方法，旨在挖掘高性能低合金化镁合金。该方法通过高斯噪声扩充原始数据集，运用数据重构方法提取更具代表性的特征，并采用三步特征选择过程降低变量维度，从而提高了模型的泛化能力、预测准确性和合金设计效率。研究对比了8种机器学习模型，发现GB模型在预测极限抗拉强度（UTS）和断裂伸长率（EL）方面表现最优，经随机搜索优化超参数后，其预测准确性超0.95。通过相关系数辅助筛选（CCAS）方法，确定了最佳合金成分和加工参数，制备出的Mg-2.2Mn-0.4Zn-0.2Al-0.2Ca（MZAX2000）合金在挤压态下呈现出由粗晶粒、细晶粒和纤维区域构成的异质结构，实现了强度和延展性的协同，UTS达到395;MPa，EL高达17.9%，与预测值相近，表明GB模型是指导高性能低合金化镁合金设计的有效方法。该研究还分析了新合金的强化机制和塑性变形机制。除晶界强化、第二相强化和位错强化外，HDI强化对提高UTS有重要贡献；而基面滑移的施密德因子分布均匀、多种滑移系统的参与以及异质结构界面附近的额外应变梯度则共同促进了EL的提高。综上所述，本研究为优化合金成分和加工参数以获得新型高强韧低合金化镁合金提供了新的思路和方法。; ; ; ;; ; ; ;; 相关研究成果以“Interpretable machine learning excavates a low-alloyed magnesium alloy with strength-ductility synergy based on data augmentation and reconstruction”发表在Journal of Magnesium and Alloys上链接：https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S2213956725000192 图1;高性能低合金镁合金的可解释机器学习设计策略。 ; ; ; ; ; ; ;; ; 图2;数据分布 (a)显示Al、Zn、Ca和Mn的合金成分； (b-f)分别包含ST、ST、ET、ES和ER的处理参数； (h-i)分别包括UTS和EL的机械性能。; ; ; ; ; ; ;; ; 图3;高斯增强：(a)高斯噪声分布，比较原始数据集和增强数据集的UTS；(b)原始样本和增广样本集中的数据情况。 ; ; ; ; ; ; 图4;增广数据集和普通数据集的比较：(a)UTS；(b)EL。 ; ; ; ; ; ; ;; ; 图5;PCC相关筛查结果。 ; ; ; ; ; ; ;; ; 图6;(a,b)分别为UTS和EL的RFE筛选结果； (c,d)UTS和EL的ES筛选结果。 ; ; ; ; ; ; 表1 理化参数三步特征筛选。;; ; ; ; ; ; ; ; 图7 模型预测结果： (a,b)8个ML预测模型对UTS和EL的比较； (c,d)分别为超参数优化后GB模型的UTS和EL预测结果。（读者可参阅本文的网页版本，以了解此图例中有关颜色的解释。） ; ; ; ; ; ; 图8 相关系数辅助成分筛选。 ; ; ; ; ; ; ;; ; 图9 (a)挤压态MZAX2000合金的OM观察； (b) (a)中框的扫描电镜放大图； (c)由粗晶、细晶和纤维区组成的异质结构示意图； (d)杆数，包括(0001)、(11-20)和(10-10)。ED和RD分别代表挤压方向和径向。 ; ; ; ; ; ; 图10 挤压态MZAX2000合金的XRD结果。;; ; ; ; ; ; ; ; 图11 挤压态MZAX2000合金的相组成： (a)SEM图像显示出一些微尺度的颗粒状相； (b)TEM图像显示一定量的纳米级颗粒状相； (c,d)微/纳米尺度相尺寸分布；;; ; (e)映射扫描结果显示Mg、Mn、Zn、Al、Ca元素分布； (f)高分辨率TEM图像， (g,h)相A和相B对应的快速傅里叶变换(FFT)图；（i-1)TEM图像显示部分纳米级相在晶界(GBs)分离。 ; ; ; ; ; ; 图12 (a)挤压态MZAX2000合金的工程拉伸应力-应变曲线及拉伸性能； (b)收集的Mg-Al-Ca-Mn-(Zn)数据和新开发的MZAX2000合金的UTS与EL的关系。 ; ; ; ; ; ; ;; ; 图13 (a)加载-卸载-再加载(LUR)拉伸工程应力-应变曲线； (b) (a)中黑色虚线框的放大视图； (c)HDI应力随工程应变的函数。;; ; ; ; ; ; ; ; 图14 (a)挤压态MZAX2000合金沿ED施加拉伸载荷时基底滑移的施密德因子分布图； (b,c)分别在g=0001和g=10-10条件下，采用双光束衍射的拉伸应变为5%时的TEM暗场图像； (d,e)分别为(b)、(c)对应的原理图。 ; ; ; ; ; ; ;; ; 图15 (a,d)逆极图(IPF)图， (b,e)基滑移的Schmid因子图， (c,f)粗/细粒结构和纤维/细粒结构的核平均取向偏差(KAM)图。 ; ; ; ; ; ; 本文通过提出基于数据增强和重构的可解释机器学习方法挖掘高性能低合金化镁合金，取得了多项成果：（1）利用高斯噪声和数据重构方法，有效扩展了数据集并提取出更具代表性的物理化学参数。经三步特征选择，减少了变量维度，提升了模型预测精度和合金设计效率。在8种机器学习模型中，GB模型预测UTS和EL的效果最佳，经随机搜索优化超参数后，预测性能进一步提升，R2均超0.95。（2）运用CCAS方法挖掘出最佳合金成分（0.2wt% Ca、2.2wt% Mn、0.4wt% Zn、0.2wt% Al）和加工参数（25 ER、300°C ST、3m/min ES、48 h St、250°C ET），能使挤压态合金实现高强度（UTS≥380 MPa）和高延展性（EL≥20%）。;; ; （3）制备的MZAX2000合金在挤压态下呈现异质结构，包含粗晶粒（16%）、细晶粒（75%）和纤维区域（9%），实现了强度与延展性的协同，UTS达395 MPa，EL为17.9%，与预测值接近，表明GB模型可有效指导高性能低合金化镁合金设计。（4）明确了新合金的强化机制除了晶界强化、第二相强化和位错强化外，HDI强化也对提高UTS有重要贡献。均匀的基面滑移Schmid因子分布、多种滑移系统（包括锥面共同提高了合金的EL。

【材料资讯】法国开发储氢罐结构健康监测工具 2025-02-27 ; 法国开发储氢罐结构健康监测工具高压储罐由于多次填充和排空循环而容易引发疲劳，从而导致结构中出现微裂纹和微泄漏。近日，法国Touch Sensity公司宣布推出一项基于SensityTech技术（一种非侵入式、非破坏性传感系统）的集成监控解决方案，旨在应对储氢压力容器（主要为III型和IV型）的结构健康监测（SHM）难题，实现实时监测（损伤与弯曲检测及定位），并确保安全性、耐用性以及预测性维护。该方案是一个嵌入式模块系统，涵盖数据采集、处理和分析，仅通过连接器连接到储氢压力容器的外围。该模块可检测和定位实时材料特性的变化，在发生严重损坏之前提供有关罐体完整性的快速可靠信息，可应用于固体、柔性且受环境限制的材料，包括纤维增强复合材料和金属罐。此外，还可用于监测拖车氢气罐涂层的完整性，避免拆卸罐体并优化停机时间。来源： https://www.compositesworld.com/products/touch-sensity-develops-shm-tool-for-hydrogen-tanks

首页
1
2
3
4
5
末页
跳转

当前展示1-10条共732条,74页

成果名称：低表面能涂层

合作方式：技术开发

联系人：周老师

联系电话：13321314106

成果名称：低表面能涂层

合作方式：技术开发

联系人：周老师

联系电话：13321314106

成果名称：低表面能涂层

合作方式：技术开发

联系人：周老师

联系电话：13321314106

成果名称：低表面能涂层

合作方式：技术开发

联系人：周老师

联系电话：13321314106

学科视频

More >

机械基础

会议报道

More >

第五届新材料产业大会“润滑密封与耐磨材料分会”

研究进展

More >

我国学者提出无铅压电陶瓷电致应变新机制 2025-03-07

我国学者在深渊鱼类演化和适应性研究领域取得新进展 2025-03-07

兰州化物所高熵陶瓷界面固-液复合超润滑研究获新进展 2025-03-03

兰州化物所与德国于利希研究中心合作在多尺度橡胶磨损研究获新突破 2025-02-28

清华大学高端装备界面科学与技术全国重点实验室刘宇宏课题组（机械工程系）：莲藕启发的超疏水毛细网状表面实现水下气膜长期稳定性 2024-12-15

润滑百科

More >

Area of contact between moving surfaces – Bowden and Tabor 2025-03-04

Area of contact between stationary surfaces – Bowden and Tabor 2025-02-25

Adhesive Wear Modelling Methods 2025-01-28

Mechanism of Metallic Friction as described by Bowden and Tabor 2025-01-15

Prandtl-Tomlinson friction model 2025-01-08

热点排行

陕西省科学技术厅关于征集2024年度陕西省关键核心技术攻关项目（第二批）的通知科技资讯 | 浏览量：5495
往复滑动摩擦磨损试验科技资讯 | 浏览量：5392
会议通知｜第十六届全国摩擦学大会暨全国青年摩擦学学术会议会议 | 浏览量：2451
中国科学院兰州化学物理研究所润滑材料全国重点实验室科研机构 | 浏览量：1166
中国科学院半导体研究所&东方理工大学最新Nature：提出免于退极化效应的光学声子软化新理论科技资讯 | 浏览量：1060
在编！薪酬70万，个人补贴（含安家补贴）375万起，中科院引进高层次人才！招聘信息 | 浏览量：1016
润湿科学经典理论润滑百科 | 浏览量：1006
广州机械研究院工业摩擦润滑技术国家地方联合工程研究中心科研机构 | 浏览量：913
第三届中国西部摩擦学青年学者论坛暨第二届华山摩擦学论坛成功举办会议报道 | 浏览量：866