碳是一种极具吸引力的支撑材料,因为它并不昂贵,当前的化学和热稳定性,并且通过修改其结构,更改了对确定催化性能至关重要的电子和几何特性,它具有多种用途[12-15]。此外,通过简单地燃烧(焚化)碳材料或提取,金属NP可以很容易被回收[16]。的确,碳表面结构特征强烈影响金属支持的相互作用[17-19]。Zhao等。 报道了碳纳米纤维(CNFS)结构中表面菌株的PD NP结合能的增加[20]。 PD-C相互作用在存在空缺的情况下也得到了加强,并从PD 4D轨道转移到C悬挂键[21]。 为了调整碳材料的表面是杂原子的引入,例如 o,n,b和p在其蜂窝晶格结构中。 沉积在杂种掺杂的碳表面上的 NP吸引了研究人员的注意,因为NPS结合更强并防止了烧结问题[22]。 这些催化剂的电子结构也会影响其在诸如水力氧合[23],电催化氧还原[24],光催化氧化等反应中的活性[25]。 氧作为掺杂剂会影响碳和金属纳米颗粒之间的电荷转移,实际上,大多数杂原子增强了相邻碳原子的电子密度,从而增加了从C到金属原子的反向构成[26]。Zhao等。报道了碳纳米纤维(CNFS)结构中表面菌株的PD NP结合能的增加[20]。PD-C相互作用在存在空缺的情况下也得到了加强,并从PD 4D轨道转移到C悬挂键[21]。为了调整碳材料的表面是杂原子的引入,例如o,n,b和p在其蜂窝晶格结构中。NP吸引了研究人员的注意,因为NPS结合更强并防止了烧结问题[22]。这些催化剂的电子结构也会影响其在诸如水力氧合[23],电催化氧还原[24],光催化氧化等反应中的活性[25]。氧作为掺杂剂会影响碳和金属纳米颗粒之间的电荷转移,实际上,大多数杂原子增强了相邻碳原子的电子密度,从而增加了从C到金属原子的反向构成[26]。氮和硼掺杂的C材料已受到越来越多的考虑因素,因为它们直接影响了固体的费米水平[27,28],而对其支持的PD和PD合金NP在FA分解反应中显示出有希望的活动和耐用性[29-32]。尽管PD NPS在氧气和磷掺杂碳上的沉积是甲酸脱氢反应仍然是一个挑战,但Xin等人。通过XPS揭示了磷掺杂的影响,即P掺杂会影响PD的电子特性增强其活性和催化剂稳定性[33]。
增材制造 (AM) 是指一系列制造方法,涉及逐步添加材料以直接构建最终或接近最终几何形状的零件,通常采用逐层工艺。金属增材制造尤其在工业上得到广泛采用和成熟。该技术提高了复杂几何形状工程材料的设计自由度,其中结构化蜂窝或晶格结构在广泛应用中尤其有前景。这些材料类似于过去几十年来已在工业上得到广泛应用的随机泡沫,但常规蜂窝结构对增材制造所制造的结构具有更高程度的控制。这些结构化多孔材料具有可针对特定应用进行微调的特性(针对机械性能、渗透性、热性能等)。与随机结构相比,对此类结构化结构的设计和制造的控制开辟了新的应用可能性,并实现了一系列新产品和新功能。随着金属增材制造技术的日趋成熟,并越来越多地被各行各业采用,以及增材制造设计能力的不断提高,这一潜力才刚刚开始被实现。这篇综述文章总结了增材制造晶格结构的独特属性以及迄今为止这些属性如何成功应用于特定应用,并强调了近期可能感兴趣的各种应用领域。因此,这篇综述文章的重点是金属增材制造晶格结构的独特可实现属性及其相关应用。
超材料是一类具有负介电常数和/或磁导率的人工材料,在自然界中尚不存在此类材料。超材料的概念最早由JB Pendry于20世纪90年代提出,近二十年来,高频超材料在电磁学、力学和光学等领域得到了广泛的研究和应用。超材料由多个具有相同结构的晶胞组成,这些晶胞在空间中周期性排列,以模拟晶体中的晶格结构。对于高频电磁超材料,每个晶胞由导体形成的电感和导体之间形成的杂散电容组成。电感和电容在特定频率下发生共振,从而感应出较大的导体电流,进一步增强外加磁场。然而,现有的高频超材料由于一些技术瓶颈,无法用于低频(工频至兆赫兹)大功率(>200W)电磁装置。该项目的目标是开发具有负磁阻的低频超材料单元,以获得一些基本的设计知识,以备将来的突破。该项目中低频超材料的目标应用是三维无线电力传输系统。该项目的成功将为未来制造世界上第一种低频超材料产生新的基础知识。项目/中心网站 https://www.ntu.edu.sg/csie
我们提出了一种替代方法,该方法将模式识别表示为使用退火的二次无约束的二进制优化(QUBO; np-hard概率),这是一种符合目标函数的全局最小值的过程 - 在我们的情况下,是二进制变量而不是二进制变量的二等函数。术语nealing的灵感来自重复加热和冷却的冶金过程,以消除晶格结构中的位错。同样,此处使用的是,退火优化过程使用随机的“热”闪光来找到目标函数的更好结果,并结合了“冷却”,从而可以大大降低接受较差结果的可能性。量子退火基于绝热定理:如果对其作用的扰动很小,并且不足以跨越地面和第一个激发态之间的间隙,则系统将保留在其本征状态。因此,有可能用简单的基态哈密顿式初始化量子退火器,并将其绝热地发展到所需的,复杂的,问题的哈密顿量。进化后,量子弹性(例如隧道)将退火器带入了后者的基态,代表了问题的全球最小解决方案。量子退火的所有步骤均在整个系统上运行,因此所需的总时间原则上与系统大小无关。因此,只要退火器上的问题拟合,总的运行时间应该是恒定的,并且足够大的量子系统(运行一个大问题)应优于基于软件的问题。
磁性记忆(MSM)合金的添加剂制造的最新发展表明,激光粉末床融合(L-PBF)工艺的高潜力用于制造具有复杂几何形状的基于功能性的多晶Ni-GA基于Ni-Mn-GA的作用。这项研究采用了系统的实验方法来开发和优化制造Ni-MN-GA晶格的L-PBF工艺。进行了两个独特的阶段进行实验:首先,以构建的批量样本中的选择性Mn蒸发表征;其次,研究应用过程参数对晶格支撑的相对密度和几何完整性的影响。使用优化参数制造的晶格的内密度高约99%,并经过热处理,用于化学均匀化,谷物生长和原子序。热处理的晶格在环境温度下表现出七层的调制(14m)马氏体结构,相变温度和与化学成分相对应的磁性特性。主要是,结果表明,可以通过后处理热处理在单个晶格支撑杆中获得有益的“竹粒颗粒”结构。加,他们还确认使用稀释的结构(例如晶格)可以有效防止在大量样品中观察到的裂纹。尽管对该主题还有足够的进一步研究空间,但这些结果突显了L-PBF在生产新一代基于MSM的致动设备方面的高潜力。关键字:晶格结构,4D打印,添加剂制造,激光粉末床融合,磁性记忆材料
图1:晶格结构,紧密的结合定义以及单个和耦合Polyyne链的带结构。(a)在Polyyne中较短的键和较长的键之间跳跃术语。c原子在A和B位点由黑色和绿色圆圈表示。应注意,这是晶格结构的卡通图,旨在表明δ1>δ2和所描绘的长度不缩放。实际上,δ2〜0。97δ1。(b)在AA配置中显示的两个与链间跳的关闭链链。c原子用不同的颜色表示。该系统显然具有围绕ZZ'线的反射(平等)对称性或晶格翻译产生的任何其他线路的对称性。等效地,每个单位单元格还有一条奇偶校验对称性(未显示在图中)。垂直虚线表示(a)和(b)的单位单元格。(c)单个和(d)耦合的多扬链的带结构,用于放松的链间分离和AA堆叠。虚线蓝线代表紧密结合,实心绿松石线代表DFT带结构。轨道投影的带结构是为(e)单个和(f)耦合链附近x点附近的X点绘制的。各种轨道对频段的贡献用不同的颜色表示。用绿色虚线显示费米级。在(f)的插图中显示了x点处最高占用分子轨道(HOMO)的带状电荷密度。与(a)中相同的轴方向遵循了插图图。
重量轻,出色的冲击力和能量吸收性能的晶格结构的抽象激光添加剂制造(AM)在航空航天,运输和机械设备应用程序领域中引起了极大的关注。在这项研究中,我们使用拓扑优化方法设计了四个梯度晶格结构(GLS),包括单向GL,双向增加GL,双向降低GL和无GLS。所有GLS均通过激光粉末床融合(LPBF)生产。进行了单轴压缩测试和有限元分析,以研究梯度分布特征对变形模式和GLS的能量吸收性能的影响。结果表明,与45°无GLS的剪切裂缝特征相比,单向GL,双向增加GL和双向降低的GLS具有逐层骨折的特征,显示出相当大的提高能量吸收能力。双向增加的GL表现出剪切裂缝和按层裂缝的独特组合,分别具有最佳的能量吸收性能,可分别在0.5菌株时具有235.6 J和9.5 J g-1的特异性能量吸收。结合NITI合金的形状记忆效应,进行了多个压缩加热恢复实验,以验证LPBF所处理的NITI GLS的形状存储器函数。这些发现对GLS的未来设计具有潜在的价值,并通过激光AM实现NITI组件的形状记忆功能。
近年来,具有匹配的晶体对称性的原子薄结构的堆叠和扭曲为创建新的超晶格结构提供了独特的手柄,其中新属性出现了1,2。并联,对强光场的时间特征的控制已允许在亚激光周期时间表上的这种原子薄结构中操纵相干电子传输3,4。在这里,我们演示了一个量身定制的灯光驱动的类似物,以扭曲层堆叠。将光波形的空间对称性定制到六角硼硝酸硼单层的晶格的空间对称性,并扭曲此波形会导致对时间反向对称性破坏5的光学控制,并实现了在激光抑制的2D 2D隔离式隔热晶体中的Haldane 6拓扑模型的实现。此外,有效的Haldane型哈密顿量的参数受旋转光波形的控制,从而在频带结构配置和前所未有的控制之间在频带隙的大小,位置和曲率上进行超快切换。这会导致互补量子谷之间的不对称种群,从而导致通过光学谐波极化法检测到可测量的山谷霍尔电流7。我们计划的普遍性和鲁棒性为山谷选择性带隙工程开辟了道路,从而解开了创建量子自由度的几秒钟开关的可能性。
强关联过渡金属氧化物因其各种奇异现象而广为人知。稀土镍酸盐(如 LaNiO 3)就是一个典型例子,它们的电子、自旋和晶格自由度之间具有紧密的互连。将它们配对成混合异质结构可以进一步增强其特性,从而产生隐藏相和突发现象。一个重要的例子是 LaNiO 3 /LaTiO 3 超晶格,其中已经观察到从 LaTiO 3 到 LaNiO 3 的层间电子转移,从而导致高自旋状态。然而,迄今为止尚未观察到与这种高自旋状态相关的宏观磁序出现。本文利用 μ 子自旋旋转、X 射线吸收和共振非弹性 X 射线散射,直接证明了在 LaNiO 3 /LaTiO 3 界面上出现了具有高磁振子能量和交换相互作用的反铁磁序。由于磁性是纯界面性的,单个 LaNiO 3 /LaTiO 3 界面本质上可以表现为原子级薄的强关联准二维反铁磁体,有可能在先进的自旋电子器件中实现技术应用。此外,其强准二维磁关联、轨道极化平面配体空穴和分层超晶格设计使其电子、磁性和晶格结构类似于超导铜酸盐和镍酸盐的前体态,但具有 S → 1 自旋态。
我们利用从头算密度泛函理论 (DFT) 研究了 54 个选定原子单层中的挠曲电效应。具体来说,我们考虑了 III 族单硫属化物、过渡金属二硫属化物 (TMD)、IV 族、III-V 族、V 族单层、IV 族二硫属化物、IV 族单硫属化物、过渡金属三硫属化物 (TMT) 和 V 族硫属化物的代表性材料,执行对称性适应的 DFT 模拟,以计算在实际相关的弯曲曲率下沿主方向的横向挠曲电系数。我们发现这些材料表现出线性行为,沿两个主方向具有相似的系数,TMT 的值比石墨烯大五倍。此外,我们发现了挠曲电效应的电子起源,该效应随着单层厚度、弯曲方向的弹性模量和组成原子的极化率之和而增加。挠曲电性 1-8 是半导体/绝缘体共有的机电特性,代表应变梯度和极化之间的双向耦合。与压电性不同,它不限于非中心对称的材料,即不具有反演对称性的晶格结构,与电致伸缩相反,它允许通过反转电场来反转应变,并允许感测额外的