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Fabrication of highly ion-conducting lithium phosphorus oxynitride thin films using atomic layer deposition 2024-06-28

Physicists create first-ever Bose-Einstein condensate made of molecules 2024-06-26 A team of physicists has successfully created a unique quantum state of matter called a Bose-Einstein condensate (BEC) out of molecules. The team is led by Sebastian Will at Columbia University, who received a U.S. National Science Foundation Faculty Early Career Development award to support his research. The findings were published in the journal Nature . While BECs have previously been achieved with atoms of a single element, this is the first creation of a molecular BEC. Its greater period of stability will allow scientists to test longstanding theories in quantum phenomena, including superconductivity, superfluidity and more. Molecular BECs also hold the potential to outperform single-element BECs by creating longer-ranging interactions in quantum simulators, allowing for more complicated models. The pictures show the Will lab for the creation of Bose-Einstein condensates of dipolar sodium-cesium (NaCs) molecules. The optical benches show laser systems for laser cooling and the vacuum system in which the molecules are cooled to nanokelvin temperatures. Credit: Sebastian Will/ Will Lab/ Columbia University Predicted in the 1920s by Albert Einstein and Satyendra Nath Bose, BECs were first achieved in laboratories in the 1990s. All BECs require ultracold conditions and are neither gas, liquid nor solid, but rather a unique state of matter in which a group of particles cooled to a near standstill merge into a single, larger entity with shared properties and behaviors dictated by the laws of quantum mechanics. Most experiments using BECs take place within a second — some as short as a few milliseconds — but Will's molecular BEC, made from sodium-cesium molecules, remains stable for upwards of two seconds, a duration that will allow for dozens of theoretical predictions to be tested. Single-element BECs have expanded the understanding of concepts such as the wave nature of matter and led to the development of technologies such as quantum gas microscopes and quantum simulators. Researchers plan to use molecular BECs to explore more quantum phenomena, including new types of superfluidity, a state of matter that flows without experiencing any friction. They also hope to use their molecular BEC-based quantum simulator to help guide the development of new quantum materials. The members of the BEC team at Columbia, from left to right: associate research scientist Ian Stevenson, doctoral student Niccolò Bigagli, doctoral student Weijun Yuan, undergraduate student Boris Bulatovic, doctoral student Siwei Zhang, and principal investigator Sebastian Will. Credit: Sebastian Will/ Will Lab/ Columbia University ;

ACS Applied Materials & Interfaces：用于高效防冰/除冰和防雾的坚固透明光热全疏涂层 2024-06-26 中国科学院兰州化学物理研究所吴杨和周峰ACS Applied Materials & Interfaces：用于高效防冰/除冰和防雾的坚固透明光热全疏涂层引用格式：Zhengyuan Li, Yizhe Liu, Yubao Liu, Kai Feng, Jing Li, Yang Wu, Feng Zhou (2024). Robust Transparent Photothermal Omniphobic Coating for Efficient Anti/Deicing and Antifogging, ACS Appl Mater Interfaces.光学材料表面结冰、起雾，给日常生活带来各种问题。最近，一些光热涂层被报道通过提高表面温度来防止水滴的凝结或冻结。然而，由于其不透明性和机械耐磨性差，将其应用于实际条件是一个很大的挑战。在这项工作中，我们用简单的浸涂技术构建了一个坚固的透明光热全疏涂层。在涂层体系中，将光热聚吡啶纳米粒子引入到无机二氧化硅网络中，然后在无机二氧化硅层上接枝聚二甲基硅氧烷(PDMS)刷，使表面具有全疏性和耐污性。涂层的透明度和光热容量可以通过涂层的沉积次数来调节。此外，由于“液体状”PDMS刷的存在，该涂层具有优异的抗除冰性能，并明显减少了冰的粘附。更重要的是，该涂层具有出色的机械耐磨和自润滑性能，可以承受数千次摩擦循环而不损失性能。机械坚固的光热全疏涂层为透明基材在阳光照射下的防冰防雾提供了一条可行的途径。图1. (a) PPy纳米颗粒及SPPy + PDMS涂层的制备。(b) SPPy + PDMS表面的SEM图像。(c) SPPy + PDMS和PET表面的FTIR和(d) XPS。图2. (a) SPPy + PDMS涂层上的CA和SA。(b) SPPy + PDMS涂层上各种液滴的照片。(c)原始PET和SPPy + PDMS表面的拒水性试验。图3.(a)抗污，(b)自洁，(c) SPPy + PDMS涂层表面的抗指纹能力。生PET作为对照。图4. (a)不同沉积时间SPPy + PDMS涂层的透明度，(b)光热性能，(c)不同沉积时间SPPy + PDMS涂层的红外图像。(d) SPPy + PDMS的抗冰和除冰性能及原理图。以PET原膜为对照。图5. (a) PET原表面和(b) SPPy*5 + PDMS表面雾滴形成过程的照片和显微照片，以及“1太阳”照射10 min下雾滴形成的示意图。内图为相应的红外图像。(c)安全护目镜上SPPy*5 + PDMS涂层示意图。(d)室温下安全护目镜在阳光下起雾试验。(e)护目镜在阳光照射下的红外图像。太阳辐照量为600w /m2。图6. (a)摩擦试验机方案。(b) 2万次循环中SPPy和SPPy + PDMS涂层的COF。(c)磨损试验示意图。(d) 3000次循环摩擦前后SPPy + PDMS和PPy + PDMS涂层的润湿性，(e) AFM图像，(f)显微照片。负载:1n，摩擦副:聚酯纤维。总结与展望综上所述，本文采用浸涂技术制备了具有复合结构的透明光热涂层。将光热聚吡啶纳米粒子引入到无机硅胶网络中，并在其表面接枝PDMS链，使其具有全疏性和自润滑特性。通过调节SPPy层的沉积次数，可以控制涂层的透明和光热性能，在“1太阳”照射下，在- 25℃的环境下，表面温度可达到7.5℃，同时在565 nm处保持55%的透光率，这保证了明显的抑制起雾和融冰积累，并在寒冷的阳光照射下保持清晰的视觉。重要的是，由于其有机-无机结构，SPPy + PDMS涂层具有优异的机械耐磨性和自润滑性能。该方法为透明光热涂层的防冰防雾应用提供了新的途径。原文链接：https://doi.org/10.1021/acsami.4c06623 相应的成果以“Robust Transparent Photothermal Omniphobic Coating for Efficient Anti/Deicing and Antifogging”为题发表在ACS Applied Materials & Interfaces上，文章的通讯作者为吴杨和周峰。中国民用航空飞行学院何强教授团队依托高高原航空安全验证实验室与四川省全电通航飞行器关键技术工程研究中心等省重平台，主要研究方向为表面防除冰，航空橡胶密封等。欢迎相关文献投稿，交流合作。在线投稿投稿邮箱：aystar@cafuc.edu.cn【声明】版权归原作者所有，部分资料可能来源于网络，由于水平有限难免出现偏差，感兴趣者可点击左下角阅读原文，感谢您的支持和关注。欢迎您提出宝贵建议，任何事宜请联系后台管理员。投稿及合作请发邮箱或者扫描上方二维码。

《Acta Materialia》双发：毛新平院士团队在薄带铸轧高强钢和高强塑低锰含量中锰钢设计方面取得重要进展 2024-06-25 ; 一、薄带铸轧微合金高强钢中团簇诱导的强塑机制薄带铸轧流程简约高效，是双碳背景下钢铁工业实现节能减排目标的重要手段。微合金高强钢是制造业重要的钢铁材料，传统长流程生产的微合金高强钢中要达到最佳析出强化效果需要高浓度的碳化物形成元素和复杂的热处理工艺，大幅提高生产成本的同时增加了二氧化碳排放量。薄带铸轧技术的快速凝固速度和单道次热轧允许微合金溶质在奥氏体中保持过饱和固溶状态，使在后期卷取过程（相变）中引入团簇强韧化机制成为可能。本文章主要报道了在薄带铸轧含Nb微合金高强钢中的团簇诱导强塑机制方面的新研究进展，Nb-N富集团簇形态和分布状态的调控对微合金高强钢的强韧化作用，多原子层团簇与位错的动态相互作用，及其在薄带铸轧先进高强钢开发中的潜在应用。 ; ; 薄带铸轧流程简约高效，能源消耗和二氧化碳排放量仅为传统连续热连轧工艺的10%和16%，是双碳背景下钢铁工业实现节能减排的重要手段。微合金高强钢是制造业重要的材料，传统长流程生产的微合金高强钢（HSLA）中要达到最佳析出强化效果需要高浓度的碳化物形成元素（如Nb、V和Ti等）和复杂的热加工工艺，提高生产成本的同时极大地增加了二氧化碳排放量。薄带铸轧工艺的快速凝固速度和单道次热轧工艺使微合金元素在奥氏体中保持过饱和固溶状态，为随后的γ→α相变过程中引入溶质团簇强化机制提供了有利条件，可在节约能源消耗的同时节省微合金元素的添加量。 ; 在本工作中，我们通过利用薄带铸轧亚快速凝固、低压下量轧制的工艺特点，通过调控卷取温度，在薄带铸轧含铌微合金钢中成功引入了界面和随机分布型的多原子层团簇，并显著提升了材料的机械性能，其中650℃卷取的团簇强化型铁素体样品在与480℃卷取的无团簇贝氏体样品相比，机械性能显著提高，抗拉强度从630 MPa增加到670 MPa，延展性增加了近90%（从10.3%增加到19.1%）。借由球差扫描透射电子显微镜、三维原子探针层析以及透射电镜下的原位力学测试设备的协同表征，发现这些多原子层微合金富氮团簇在调整材料位错滑移行为方面发挥了关键作用，促进位错局部双交滑移的同时，显著增强了位错增殖和位错的均匀分布，这些机制相互配合，共同保持了较高应变量条件下的加工硬化率，从而同时提高了强度和延展性。该研究成果拓展了薄带铸轧微合金高强钢中的团簇诱导强塑机制，揭示了薄带铸轧HSLA中团簇状态、分布模式及其与位错的动态相互作用关系，明确了团簇强塑化机制在薄带铸轧先进高强钢开发中的潜在应用，同时揭示了薄带铸轧技术在制备低成本高性能微合金高强钢方面的显著优势。相关研究成果以“Cluster mediated high strength and large ductility in a strip casting micro-alloyed steel”发表Acta Materialia上。第一作者:;黄禹赫许帅。通讯作者:;高军恒研究员,;赵海涛研究员,;汪水泽研究员,;毛新平院士。通讯单位：北京科技大学碳中和研究院，辽宁材料实验室钢铁再生技术研究所。 ; 全文链接： https://doi.org/10.1016/j.actamat.2024.120102 ; 图1.;拉伸性能。(a) Nb-480、Nb-620和Nb-650的应力-应变曲线。屈服强度;(σ_{y)、极限强度;(σ_{UTS);和均匀伸长率;(ε);分别由方形和菱形表示。(b);相应的加工硬化响应;(dσ/dε)。值得注意的是，Nb-650表现出较高的加工硬化率和更显著的加工硬化行为。图2.;Nb-650钢中多原子层团簇的精细显微组织表征。(a);铁素体的TEM明场图像。插图是沿;[100]_{α晶带轴拍摄的选区电子衍射图案;(SADP)。(b)团簇的暗场图像。用于暗场成像的衍射点在中由(a)中的黄色圆圈突出显示。(c);团簇的HR-HAADF-STEM图像和相应的FFT图。(d)富Nb、N的团簇由初始状态演化到NbN纳米析出物的示意图，显示了涉及不同氮原子占据量的衍射图样演化趋势。图3.;Nb-650试样内团簇的原子探针断层扫描（3D-APT）。(a) Nb-650中溶质原子分布。(b);和;(c);分别展示了具有1 at%特征元素组成等浓度面的随机分布和相界分布型团簇，及随机分布和相界分布型团簇及基体界面处的平均化学成分变化情况。图4.;Nb-650中位错构型的TEM观察。(a);在2%应变下，位错多呈平面滑移模式。(b);在8%应变下，发现了一系列位错特征，包括位错环;(红箭头指示)、位错偶极子;(白箭头突出);和位错钉扎点;(黄色箭头标示)。(c);在断裂试样中，位错亚结构显示出主要由高密度位错偶极子组成的偶极墙的存在。 ; 图5.由团簇的钉扎效应引起的位错双交滑移。(a);位错1和2 (白色虚线突出);在同一路径上滑移。(b);滑移的位错2被两个障碍物钉扎，白色箭头突出显示处。(c);对于位错2 (白色箭头突出显示的中点)，观察到强的钉扎效应，同时一个位错环即将形成（红色虚线）。(d);在位错1和2的滑移面上观察到位错增殖，形成了新的位错3和4。(e);示意图显示团簇-位错交互引起的的双交滑移增强了位错增殖。图6.;Nb-650合金中滑移痕迹形貌分析。(a);在2%应变水平的变形下，滑移痕迹主要沿直线排列;(白色虚线和白色箭头指示)。(b);在5%应变时，滑移痕迹表现出直线和波状图案的组合;(黄色箭头强调)。(c);进一步进展到10%应变时，波状滑移线的存在增加。(d);在15%应变时，除了与不同滑移系统相关的直滑移痕迹;(左上角白色虚线标示);外，还观察到波状滑移痕迹的增多，特别是由大量波状滑移线;(黄色框区域包围);标示的。 ; 本研究系统地探讨了富溶质团簇的形成机制及其在提升薄带铸轧微合金高强钢强度和延展性方面的作用。作为富含铌和氮的GP型团簇，这些多原子层团簇与铁素体基体完全共格，并在卷取过程中由于铌原子的受限扩散而表现出高热稳定性。对Nb-650变形结构的分析显示，塑性变形初期以平面滑移为主。随着应力和应变的增加，频繁的位错-团簇相互作用诱导并促使交滑移成为主要机制。原位TEM观察动态地揭示了富溶质多原子层团簇和位错在机械载荷下的相互作用。多原子层团簇在塑性变形过程中促进了位错钉扎、交滑移和局部双交滑移，帮助位错增殖和均匀分布，延缓局部应力峰值，增强了加工硬化和延展性。多原子层簇与位错之间相互关系的揭示，有助于深入理解其对微合金高强钢机械性能的影响，对推动基于薄带铸轧技术开发新型低成本高性能且环境友好的团簇强化型微合金高强钢起到很大助力。 ; ; 二、高强塑低锰含量中锰钢非均质结构调控及强塑化机制研究 ; 中锰钢（3-12 wt. % Mn）通过残余奥氏体的相变诱导塑性（TRIP）效应展现出优异的强塑性。然而，为了实现锰原子向奥氏体内的配分以提升残余奥氏体的热稳定性，需要进行长时间的临界区退火。此外，中锰钢的高锰含量也导致了其它问题，如成本增加、焊接等问题。不同于调控残余奥氏体以提升中锰钢强塑性的传统思路，本研究通过传统的轧制和短时临界区退火工艺，在低锰含量的中锰钢;(3 wt. % Mn);中设计了一种新型异质结构，该结构由交替分布的带状马氏体区和带状超细晶双相区（马氏体+铁素体）组成。异质结构的形成归因于锰的带状分布（富锰区对应马氏体区，贫锰区对应超细晶双相区）、初始组织内高度分散的马氏体-奥氏体（MA）岛（临界区退火过程中作为逆转变奥氏体的有效形核位点）以及临界区退火过程中锰原子的低扩散速率（抑制晶粒长大并促进超细晶结构的形成）。拉伸试验结果表明实验钢展现出优异的强塑性（拉伸强度1452 MPa，总延伸率17%）和优异的加工硬化能力。优异的加工硬化能力和延伸率主要归因于带状马氏体区和超细晶双相区之间明显的硬度差异，这引起了强烈的异构强化效应（HDI）。本研究提出了一种开发高性能钢材的新方法，为解决中锰钢在机械性能、高锰含量和临界区退火时间长之间长期存在的矛盾提供了一个有效的范例。 ; ; 作为最具代表性的先进高强度钢之一，中锰钢（3-12 wt. % Mn）因其优化的组织结构和优异的力学性能而被广泛研究。中锰钢为了优化残余奥氏体的稳定性获得持续的应力诱导相变效应（TRIP），不可避免地需要长时间的临界区退火（最长可达24小时）。过长的临界区退火时间使现有生产线难以实现中锰钢的工业化生产。此外，高锰含量及钒、钼、铝等合金元素的添加不仅增加了成本，还加剧了中锰钢的可焊性和铸造性等问题。因此，制备出具有高强度和高延伸率且易于规模化生产的中锰钢仍然具有很大的挑战。 ; 为了最大限度地发挥TRIP效应对力学性能的贡献，奥氏体逆转变机制受到了广泛的关注。研究表明，由于碳和锰的扩散速率不同，奥氏体的逆转变过程主要分为两个阶段。具体来说，逆转变奥氏体的形成始于由快速碳扩散控制的快速生长期，这一阶段在几秒钟内完成，随后是由锰扩散控制的较慢生长期。因此，将退火时间缩短到几十秒对于实现大量锰分配到逆转变奥氏体中以优化其力学稳定性是具有挑战性的。此外，低锰含量的逆转变奥氏体在随后的冷却过程中或在塑性变形的早期阶段容易转变为新鲜马氏体，这不可避免地削弱了TRIP效应对力学性能的贡献。因此，为了有效利用残余奥氏体的TRIP效应，长时间的临界区退火是必不可少的，尽管这使中锰钢的工业化生产变得极具挑战性。 ; 在中锰钢中，沿轧制方向经常能观察到锰偏析带，即使经过长时间的高温均质化处理，这些偏析带也很难被消除。偏析带通常会削弱材料的各向异性并降低力学性能的可预测性，最终降低材料在应用中的可靠性。近年来，不同于传统的消除偏析带的思路，基于偏析带内贫锰区和富锰区的成分差异来设计异质结构进而得到高性能中锰钢已有成功的实践。然而尽管通过引入异质结构可以提高强度和延展性，但这些中锰钢要么含有高锰含量，要么需要长时间的临界区退火，这些都是阻碍中锰钢规模化应用的障碍。 ; 在本研究中，我们基于中锰钢中的不均匀锰分布以及新颖的合金成分和工艺路线设计，得到了一种由带状马氏体和超细双相结构组成的非均质中锰钢。这种具有非均质结构的中锰钢不仅具有比传统中锰钢更高的强度和相当的延展性，而且锰含量更低（3 wt. %）且临界区退火时间更短（8分钟）。通过对在不同热处理阶段的显微组织进行表征和分析，揭示了这种非均质结构的形成机制。通过维氏硬度试验和循环加载试验，揭示了这种新型中锰钢的强化机制。 ; 相关研究成果以“Heterostructure mediated high strength and large ductility in novel medium-Mn steels with low Mn content”发表Acta Materialia上。第一作者: 朱晴。通讯作者: 高军恒研究员,汪水泽研究员。通讯单位：北京科技大学碳中和研究院，辽宁材料实验室钢铁再生技术研究所。全文链接： https://doi.org/10.1016/j.actamat.2024.120092 图1.;IA和I-IA的工艺路线图图 2.;HR 样品的显微组织分析。(a) SEM 和TEM 图像，白色虚线突出显示了贝氏体区和马氏体区的分布特征。θ 表示渗碳体，α表示铁素体/马氏体，γ表示奥氏体。(b) EBSD 相分布图证明了渗碳体的形成。HAGB 表示晶界取向差大于 15°，而LAGB 表示晶界取向差在 5°-15° 范围内。(c) EPMA 锰分布图。图 3.;IA 样品的显微组织分析。(a) SEM 图像，白色虚线突出了超细晶双相区和块状区的分布特征。(b) IA 样品中铁素体和马氏体的晶粒尺寸分布。插图显示了块状区多边形铁素体的晶粒尺寸分布。(c) EPMA 锰分布图。 (d) 和(e)分别为块状区和超细双相区中粗大铁素体晶粒的亮场TEM 图像。插图显示了 (d) 中灰色圆圈标记区域的选区电子衍射图案。图 4.;I-IA 样品的显微组织分析。(a) SEM 图像，白色虚线突出显示了沿轧制方向交替分布的层状马氏体区和层状超细双相区。(b) 超细双相区内铁素体和马氏体的晶粒尺寸分布。(c) EPMA 锰分布图。(d) 超细双相区的TEM亮场图像。图 5.;IA 和 I-IA 样品的力学性能。(a) 室温工程应力-应变曲线。(b) 相应的真实应力-应变曲线及加工硬化率曲线。图 6.贫锰区和富锰区在轧制和退火过程中的显微组织演变示意图。图 7.在 720 °C 下进行 8 分钟临界区退火过程中奥氏体逆转变的Dictra模拟。(a) 模拟中使用的扩散偶示意图。(b) 随退火时间变化的奥氏体体积分数，红点表示测量的逆转变奥氏体/马氏体的体积分数。(c-d) 在 0.001 秒、1 秒、480 秒和 100,000 秒时锰和碳浓度分布情况。图 8.;IA 和 I-IA 合金的包辛格效应和背应力强化贡献。(a)循环加载试验得到的真应力应变。(b) 不同真应变对应的IA和I-IA的背应力。 ; 本文设计了一种具有层状异质结构和相对较低锰含量的新型高性能中锰钢。详细地讨论了层状异质结构的形成机制和 I-IA 合金的强化机制。主要结论如下：通过常规轧制和短时间临界区退火工艺，在 I-IA 合金中构建了由层状马氏体区和层状超细双相区组成的新型异质结构，表现出1452 MPa 的高极限抗拉强度和 17% 的高延伸率的结合。对于 I-IA 合金，层状马氏体区的形成归因于较高的锰含量以及富锰区缺乏有效的逆转变奥氏体形核位点，而超细晶双相区的形成则归因于 I-HR 样品贫锰区中高度分散的 MA 岛的形成，这些 MA 岛成为逆转变奥氏体的优先形核位点，同时锰原子的低扩散速率限制了临界区退火温度下相界面的迁移。与 IA 合金相比，I-IA 合金具有更高的屈服强度和极限抗拉强度、更大的延展性和更强的加工硬化能力，这归因于其独特的层状组织特征：层状马氏体区的形成、层状超细双相区中更细小的等轴马氏体和铁素体晶粒、更薄的层片厚度，以及层状马氏体区和超细双相区之间更大的显微硬度差异和更清晰的界面。}}}

Nano-Lubricants 2024-06-25 Table of Contents Introduction Preparation of nano lubricants Tribological mechanisms of Nano lubricants Types of nanoparticles Future of Nano lubricants Reference Introduction Tribological studies on nanoparticles have demonstrated their effectiveness in reducing friction and wear in tribosystems, offering a promising avenue for designing energy-efficient systems. However, selecting the right nanoparticle for a specific oil presents challenges, as the compatibility and impact of nanoparticles can vary depending on the oil grade. Factors such as nanoparticle affinity with base oils and their physical properties, including shape, size, nanostructure, hardness, and concentration, influence their behavior in different oils. Additionally, the introduction of nanoparticles can alter the thermo-physical properties of the oil, such as thermal conductivity, viscosity, density, and various points like flash point and pour point. These properties play a crucial role in determining the lubricant’s effectiveness, ensuring its suitability across a range of operating conditions. Preparation of nano lubricants Nano lubricants, colloidal solutions of oils and solid nanoparticles, are typically prepared using either a one-step or two-step method, with the latter being more common due to its simplicity and cost-effectiveness. In the two-step method, separately synthesized nanoparticles are mixed into lubricants using techniques like magnetic stirring, ultrasonication, or ball milling. However, a significant challenge with this approach is the stability of nano additives in the lubricant. Nanoparticles tend to aggregate due to their high surface energy, forming clusters that decrease stability and settle down easily. The limitations of the two-step method have prompted the development of the one-step method for preparing nanofluids. In the one-step method, nanoparticles are simultaneously prepared and mixed into the fluid using physical or chemical methods. This approach reduces the need for separate storage, transportation, and mixing of nanoparticles, thereby minimizing agglomeration, and increasing the stability of nanofluids. However, nanofluids prepared by the one-step method may contain residual reactant products in the suspension, diminishing their effectiveness. Additionally, the high cost and limited scalability of production have hindered the widespread adoption of the one-step method for nanofluid preparation. Figure-1 Schematic illustration of lubrication mechanisms using water-based nano lubricants containing TiO2 NPs during hot steel rolling [3] Tribological mechanisms of Nano lubricants The effectiveness of nanoparticles in enhancing the tribological properties of oil is influenced by several factors, including size, morphology, chemical composition, concentration, nanostructure, and surface functionalization. Optimal size and concentration thresholds exist beyond which tribological improvements diminish, with larger particles often leading to higher settling rates that affect nanoparticle stability in oil. Dispersion stability varies across different oils, impacting nanoparticle effectiveness in reducing friction and wear. Additionally, nanoparticle shape plays a crucial role in tribological enhancement. While spherical nanoparticles, commonly used, are associated with a rolling mechanism, onion-shaped nanoparticles exhibit lower frictional coefficients and maximum wear reduction due to their lack of dangling bonds, which reduces particle-environment interaction and promotes dominant rolling action. Various lubrication mechanisms, including rolling, mending, polishing, and protective film formation, contribute to the improvement of tribological properties when nanoparticles are dispersed in base oil. These mechanisms are influenced not only by oil and nanoparticle properties but also by operating conditions such as load, velocity, temperature, and surface roughness of tribo-pairs. Consequently, nanoparticles exhibit different behaviors in different oils, leading to variations in friction and wear properties; they may either enhance or degrade tribological properties depending on the specific oil composition and operating conditions. Figure-2 Nano lubrication mechanisms (a) rolling and mending (b) protective and polishing [1] Types of nanoparticles In recent years, there has been a notable increase in interest in the synthesis and properties of nanoparticles, driven by high expectations for their applications across various scientific and technological fields. This surge in interest is primarily due to the unique properties exhibited by nanoparticles, including catalytic, optical, semiconducting, magnetic, antifriction, and others. Nanoparticles are synthesized using three major methods: physical, chemical, and biological. Physical synthesis methods encompass techniques such as ball milling, electro-spraying, melt mixing, inert gas condensation, laser pyrolysis, and spray pyrolysis. Chemical methods involve processes like sol-gel synthesis, simple precipitation, chemical vapor deposition, hydrothermal synthesis, polyol synthesis, and solvothermal synthesis. On the other hand, biological methods utilize sustainable sources such as viruses, fungi, bacteria, and plant extracts to produce nanoparticles. These diverse synthesis methods offer researchers flexibility in tailoring nanoparticles for specific applications across a wide range of industries and disciplines. Future of Nano lubricants The study of thermo-physical properties of nano lubricants emphasizes the interaction between nanoparticle-liquid molecules and nanoparticle-nanoparticle interactions, while the tribological aspect focuses more on nanoparticle-surface interactions. The effectiveness of a Nano lubrication system is influenced by both the properties of the base fluid and nanoparticles. Nanoparticle properties affecting thermal conductivity include shape, size, concentration, and thermal conductivity, while fluid properties affecting it include viscosity, thermal conductivity of the base fluid, and the ability to form layered structures at the interface. These differences in properties result in varied enhancements in thermal conductivity across different grades of lubricants, though the exact impact of nanoparticles on thermal properties remains incompletely understood. Conflicting views exist regarding the relationship between thermal properties and nano additive concentrations, with some studies reporting increases and others decreases with increasing concentration. Further research is needed for a comprehensive understanding. Viscosity variations in nano lubrication systems are attributed to factors such as particle loading, size, shape, and hardness of nanoparticles. Nanoparticles suspended between lubricant layers increase resistance, with resistance rising alongside particle concentration. However, some nanoparticles may suspend easily while others agglomerate due to chemical opposition and Brownian motion, resulting in varying viscosity increments. Higher nanoparticle agglomeration leads to greater viscosity increases and pump losses, necessitating surface functionalization of nanoparticles for industrial applications. Reference [1] Shafi, W.K. and Charoo, M.S., 2021. An overall review on the tribological, thermal and rheological properties of nanolubricants.;Tribology-Materials, Surfaces & Interfaces,;15(1), pp.20-54. [2] Ali, M.K.A., Abdelkareem, M.A., Elagouz, A. and Xianjun, H., 2022. Nanolubricant additives. In;Nanotechnology in the Automotive Industry;(pp. 675-711). Elsevier. [3] Wu, H., Kamali, H., Huo, M., Lin, F., Huang, S., Huang, H., Jiao, S., Xing, Z. and Jiang, Z., 2020. Eco-friendly water-based nanolubricants for industrial-scale hot steel rolling. Lubricants, 8(11), p.96.

AM：高度规则的层状结构通过纳米片的双空间限制排列实现高性能纳米复合材料 2024-06-24 研究背景：1、纳米级构建块(NBBs，如纳米纤维和纳米片)被认为是接近理想的、对缺陷不敏感的材料，具有优异的机械性能。2、最近，受生物学启发的研究已经证实，NBBs的高水平定位和多尺度界面优化可以有效地将NBBs的优异力学性能转移到其宏观尺度组装中。考虑到对高性能结构材料的巨大需求，人们探索了各种装配策略，通过对齐NBBs来制造高性能宏观纳米复合材料。3、大多数报道的组装方法都可以有效地对准具有大长宽比(横向尺寸与厚度之比，~1000)的超薄纳米片，如氧化石墨烯(GO)，碳化钛和蒙脱土(MMT)。然而，这些大纵横比(LAR)超薄纳米片在组装过程中很容易起皱或形成空洞，导致结构规则性、微界面连接和宏观性能的恶化。4、据报道，在制备好的有序薄膜上施加外部拉伸力以减少内部空隙，这使得纳米片的排列水平更高，并实现了显著的机械增强。虽然已经开发了几种方法，但将超薄纳米片以通用和可扩展的方式组装成具有高度结构规整性的层状纳米复合材料仍然是1个挑战。研究思路：提出了1种双尺度空间约束协同组装策略，以实现宏观层状纳米复合材料的高结构规整性。大纵横比（LAR）纳米片和小纵横比(SAR)纳米片在聚合物基体内协同组装。在微观尺度上，平坦的微流控通道作为1个受限空间，借助流动剪切力诱导LAR纳米片排列。在纳米尺度上，组装过程中相邻LAR纳米片之间逐渐缩小的间距是诱导SAR纳米片排列的受限空间。在共组装过程中，相对运动的SAR纳米片可以使皱褶的LAR纳米片变平，从而减少宏观组装的皱褶和空洞。通过两种力学特征和计算模拟验证高度规则的共组装层状结构能够在聚合物基体、SAR纳米片和LAR纳米片之间实现有效的跨尺度应力传递，最终实现多尺度力学增强。主要结论：1、提出了1种双尺度空间限制协同组装策略，通过SAR和LAR纳米片的对齐来构建具有高度规则层状结构的纳米复合材料。2、通过多尺度结构表征和力学研究，发现SAR纳米片不仅可以诱导LAR纳米片更好的取向，提高整体结构的规律性，还可以作为LAR纳米片与聚合物基体之间的桥梁，促进应力传递，最终提高综合力学性能。SAR纳米片的加入不是简单的共混，而是充分体现了不同尺寸纳米片的协同优化。3、得益于不同尺寸纳米片的精确排列(取向度为90.74%)，纳米片与层间基体之间实现了有效的应力传递，从而获得了具有多尺度力学增强和优异疲劳耐久性(100,000次弯曲循环)的层状纳米复合材料。4、与其他组装策略相比，无复杂化学反应的双尺度空间限制策略在构建高度规则的层状微观结构方面具有很大的优势，促进了NBBs向高性能多功能宏观纳米复合材料的转变。此外，所提出的策略可以很容易地扩展到其他NBBs的组装中，期望可以制备出更多具有规则微观结构和优异性能的宏观纳米复合材料，以满足不同技术领域日益增长的应用需求。文章信息：1、Si-Chao Zhang, YuanZhen Hou, Si-Ming Chen, Zhen He, Ze-Yu Wang, YinBo Zhu, HengAn Wu, Huai-Ling Gao, Shu-Hong Yu. Highly Regular Layered Structure via Dual-Spatially-Confined Alignment of Nanosheets Enables High-Performance Nanocomposites[J].First published: 14 June 2024。https://doi.org/10.1002/adma.202405682.2、作者团队来自中国科学技术大学合肥国家物理科学研究中心纳米材料与化学研究室仿生材料安徽工程实验室仿生材料新基石科学实验室和中国科学院现代力学系材料力学行为与设计重点实验室。

LANGMUIR: 受鸢尾科叶片启发的具有优异防冰和减阻性能的超疏水表面 2024-06-24 江苏科技大学冯晓明副教授LANGMUIR: 受鸢尾科叶片启发的具有优异防冰和减阻性能的超疏水表面引用格式：Zhou, W.; Feng, X.; Wang, Z.; Zhu, D.; Chu, J.; Zhu, X.; Hu, Y.; Tian, G., Superhydrophobic Surfaces with Excellent Ice Prevention and Drag Reduction Properties Inspired by Iridaceae Leaf. Langmuir 2024, 40 (13), 7192-7204.在过去的十年中，各种微结构表面的防冰和减阻性能得到了广泛的研究。尽管如此，恶劣的环境对超疏水表面(SHS)的复合特性提出了严格的要求。江苏科技大学冯晓明副教授及田桂中副教授利用纳秒激光加工技术，从耐寒植物鸢尾科汲取灵感，在金属衬底上制备了新的复合材料结构。制备的样品表面主要由周期性微菱形阵列和不规则纳米片组成。为全面考察其特殊结构对表面性能的影响，采用三种不同尺寸菱形结构的表面进行对比分析，结果表明SH-S2样品是最优的。这可以显着延迟冻结时间，在- 10°C令人印象深刻的1404 s，同时揭示样品表面防冰策略。此外，流变学实验确定了SH-S2试样在300μm以上的滑移长度，其表面减阻率接近40%，这与延迟结冰实验结果吻合较好。最后，通过划伤损伤、砂纸磨损、可修复性试验以及结冰和熔化循环试验来研究SH-S2表面的机械耐久性。本研究为SHS在极地船舶表面的应用提供了新的途径和方法。图1. (a1−a3)鸢尾科植物叶片的SEM图像。(b)鸢尾科植物叶片上液滴的凝结现象。(c)鸢尾科植物叶片的粘附试验。(d)飞沫在鸢尾科植物叶片上的弹跳行为。图2. (a)液滴在鸢尾科植物叶片上的冻结过程。(b)鸢尾科叶片剪切速率与滑移长度的关系。(c)鸢尾科叶片剪切速率与减阻速率的关系。图3. (a)样品制备过程图解说明。(b) SH-S2的SEM图像。(c) SH-S2上C、O元素的EDS谱。图4. (a)不同样品间CA值的比较。Sh-s1: ca ~ 160°;Sh-s2: ca ~ 165°;SH-S3: CA ~ 158°。(b)不同样品间RA的比较。Sh-s1: ra ~ 3°;Sh-s2: ra ~ 2°;SH-S3: RA ~ 3°。图5. 液滴撞击不同菱形结构表面后的第一次反弹过程。(a)液滴在SH-S1表面的弹跳过程。(b)液滴在SH-S2表面的弹跳过程。(c)液滴在SH-S3表面的弹跳过程。图6. SH-S1、SH-S2、SH-S3上液滴的凝结现象。(a−a3)液滴在SH-S1表面生长并自弹跳。 (b−b3)液滴在SH-S2表面成核、生长、合并，凝结后的液滴呈球形，保持Cassie态。(c−c3)液滴在SH-S3表面生长并凝结成大液滴。图8. (a) SHS流变仪实验示意图。(b) SHS的滑移现象。(c) SH-S1、SH-S2和SH-S3剪切速率与滑移长度的关系。(d) SH-S1、SHS2和SH-S3剪切速率与减阻速率的关系。(e)不同试样剪切速率与剪应力的关系。图7. (a)裸基材、SH-S1、SH-S2和SH-S3的预冷和冷冻次数。液滴在不同表面上的冻结过程。 (a1)液滴在裸基材表面的冻结过程。(a2)液滴在SH-S1表面的冻结过程。(a3)液滴在SH-S2超疏水表面的冻结过程。(a4) SH-S3表面冻结过程。(b)制备样品冻结过程机理分析。图9. (a)暴露在空气中的样品的CA。(b)样品在0.6 M NaCl溶液中的CA。(c) SH-S2试样经不同距离砂纸磨损后，在不同载荷下的CA和RA。(d) SH-S2的CA和循环结冰次数。图10. (a)划痕损伤和修复后SHS2上液滴的弹跳和翻滚特性。(b) SHS高速水射流试验。总结与展望综上所述，本研究以鸢尾科植物特殊的耐低温结构为灵感，将纳秒激光加工技术与肉豆蔻酸处理相结合，成功制备了一种新型SHS。发现了一种具有低附着力和极好的疏水性叶片的植物。表面包含周期性的微菱形阵列和尺寸不均匀的纳米片。这种复合结构使液滴在表面保持稳定的Cassie状态。因此，液滴在样品SH-S2上的接触时间最短，特殊的结构促进了液滴在样品表面的凝固。与裸基材相比，SH-S2的静结冰延迟时间延长了12倍。样品表面的减阻率提高了40%。此外，SH-S2表面具有强大的机械耐久性和可修复性，其在防冰/减阻方面的实际应用潜力在于其性能。原文链接：https://doi.org/10.1021/acs.langmuir.4c00333应的成果以“Superhydrophobic Surfaces with Excellent Ice Prevention and Drag Reduction Properties Inspired by Iridaceae Leaf”为题发表在LANGMUIR上，文章的通讯作者为冯晓明副教授与田桂中副教授。中国民用航空飞行学院何强教授团队依托高高原航空安全验证实验室与四川省全电通航飞行器关键技术工程研究中心等省重平台，主要研究方向为表面防除冰，航空橡胶密封等。欢迎相关文献投稿，交流合作。在线投稿投稿邮箱：aystar@cafuc.edu.cn【声明】版权归原作者所有，部分资料可能来源于网络，由于水平有限难免出现偏差，感兴趣者可点击左下角阅读原文，感谢您的支持和关注。欢迎您提出宝贵建议，任何事宜请联系后台管理员。投稿及合作请发邮箱或者扫描上方二维码。

突破传统共晶材料强塑性记录！上海大学钟云波团队实现一种超级位错网结构共晶合金 2024-06-20 ; 在材料科学领域，共晶合金凭借其卓越的流动性和铸造性，已成为制造大型结构件的首选材料。然而，与其它性能卓越的合金相比，传统共晶合金（CEAs）并未表现出令人满意的强度-塑性组合。近期，上海大学材料学院的钟云波教授领衔的“高性能结构功能材料超常冶金与制备”研究团队，通过精心设计的新型纳米析出相工程，成功制备出了一种独特的蚕茧状纳米位错网结构（CNN-D）共晶合金，突破传统共晶材料的强塑性记录。该成果以“Strong-yet-ductile eutectic alloys employing cocoon-like nanometer-sized dislocation cells”为题，在国际权威期刊《Advanced Materials》（最新影响因子：29.4）上发表。全文链接： https://doi.org/10.1002/adma.202405459 近年来，基于多主元的高熵合金逐渐成为设计强韧性材料的新范式，与传统合金相比，这种多主元合金具有更为广阔的成分设计空间。然而，随着主元数的增加，在提升强度的同时也不可避免地降低了合金的流动性，加剧了凝固时的偏析。即便采用复杂且耗时的机械热处理也难以完全消除这种铸造缺陷，对于制造理想微观结构和组织均匀的大型构件带来了重重挑战。共晶高熵合金（EHEAs）为解决上述困境提供了新的思路，由于共晶反应在凝固过程中不存在固液两相区（即糊状区），而是通过均匀双相层片的耦合生长，有效地抑制了化学成分偏析、缩孔等铸造缺陷。因此，共晶高熵合金的设计理念为材料的工程应用提供了广阔的前景。本研究以传统共晶合金为研究对象，使用成分简单的NiFeAl合金代替多主元合金，在兼顾制备工艺和制造成本的基础上达到了性能的协同提升。在该研究中，以公斤级的Ni-32.88wt%Fe-9.53wt%Al CEA为研究对象，通过流动性试验发现，相比于EHEAs，CEA不仅在流动性和铸造性方面表现出显著的优越性，还具有良好的可操作性和经济性。另一方面，CEA中，由纳米析出相钉扎位错组成的纳米级位错网在拉伸变形过程中同时实现了持续的应变硬化及损伤抑制效果。与传统的TWIP和TRIP效应不同的是，这种强化策略在FCC/B2共晶层片中同样表现出色。这是因为，分布在FCC相的大量CNN-D纳米结构诱导了平面滑移，并通过界面传递到脆硬的B2相，由此产生的滑移带细化和位错密度的动态积累显著提高了应变硬化能力并维持了稳定的流变应力（图2）。因此，这种易于铸造的简单共晶合金展现出令人惊讶的高强度和高延展性组合，其综合性能不仅优于所有的传统共晶及近共晶合金，还超越了目前性能最好的共晶高熵合金。值得一提的是，这种新型的CNN-D纳米结构在其它合金体系中同样表现出广泛的适用性，特别是在近期陆续发现的含有铸态纳米析出物的成分复杂（共晶）合金中。文章补充材料中列举了不同合金的实例，进一步证明了CNN-D纳米结构的普适性，表明蚕茧状纳米位错网结构是提升金属合金性能的又一重要微观组织结构。 ; 图1 蚕茧状纳米位错网结构共晶合金的微观组织结构图2 生活中的蚕茧超细丝组织综上所述，本研究通过纳米析出相工程设计在传统三元共晶NiFeAl合金中制备出一种蚕茧状的超级位错网结构，平均孔洞直径小到26纳米，实现了前所未有的共晶结构细化，因而顺序激活了多重新型的强韧化机制，实现了金属间化合物的室温塑化，克服了低温脆性，突破了传统共晶材料的强塑性记录，为开发低廉、实用、高性能的耐低温合金材料开辟了全新的途径。该研究成果是钟云波教授领衔的 “新能源产业关键材料超常冶金与制备”上海市重点创新团队继在《Science》，《Materials Today》，《Nature Communications》等国际顶级期刊上发表一系列研究性论文后，在基础研究领域取得的又一项重要科研进展。同时，也是该团队以徐匡迪院士“聚焦行业今后10~20年中面临关键科学问题展开研究”的战略指导思想为指引，在聚焦先进基础材料提质升级、培育高性能新材料发展新动能方面做出的又一重要原创性贡献。图3 蚕茧状纳米位错网结构共晶合金的优异力学性能组合 ; 该成果由上海大学、香港城市大学、西安交通大学等多家单位合作完成，其中上海大学为第一署名单位，上海大学钟云波教授、西安交通大学马恩教授为共同通讯作者，上海大学与香港城市大学的时培建博士为第一作者，上海大学材料学院的李毅博士生、蒋鑫博士生、沈喆副教授、林中泽博士生、李强副教授、丁彪副教授、郑天祥副教授、任维丽教授、雷作胜教授，上海大学微结构重点实验室梁雪高级实验师、闵娜副研究员、彭剑超实验师、李慧副研究员为合作署名作者。该研究得到国家自然科学基金区域联合基金重点项目（No. U23A20607）、科技部国家重点研发计划（2018YFB0109404, 2022YFC2904901， 2022YFC2904903 & 2022YFC2904905）、国家自然科学基金（No. 52231001）和111工程（No. BP2018008）的资助。

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