功能分级的材料(FGM)是新一代的工程材料,其中微结构细节通过增强阶段的非均匀分布在空间上变化,请参见顶部图。工程师通过使用具有不同属性,大小和形状的增强件以及以连续的方式互换增强和矩阵阶段的作用(参考1)。结果是一个微观结构,该微观结构在宏观或连续尺度上产生连续或离散变化的热和机械性能。这一新的工程材料的微观结构的概念标志着材料科学和材料领域机制中革命的开始,因为它首次允许一个人将材料和结构上的考虑因素完全整合到结构组件的最终设计中。功能分级的材料是涉及严重热梯度的应用的理想候选物,从高级飞机中的热结构和
(或溶剂混合物),可进一步加工成可印刷或可涂覆的油墨。这些悬浮液的行为通常用 Derjaguin-Landau-Verwey-Overbeek (DLVO) 理论描述,[3] 这意味着悬浮液中纳米片的浓度有一个上限,超过该上限悬浮液就会变得不稳定。[4] 尽管如此,高浓度悬浮液(油墨)对于形成渗透粒子网络是必要的,[5] 并且满足高通量印刷和涂层方法的流变学要求(例如高粘度)。无论浓度如何,悬浮液在热力学上都是不稳定的,并且粒子倾向于通过聚集来降低其表面能。[6] 为了降低沉降速度,必须最小化溶剂和 2D 材料之间的表面能差异,[3] 这使得分散介质的选择限制为少数溶剂,而这些溶剂的溶解度范围可能不适合后续加工。在传统的油墨配方中,为了解决上述问题,将二维材料悬浮液加工成可印刷或可涂覆的油墨,需要使用表面活性剂、粘合剂和流变改性剂等添加剂。[7–10] 例如,需要高浓度的聚合物粘合剂(如70 mg mL-1乙酸丁酸纤维素)来将石墨烯油墨的粘度提高到适合丝网印刷的水平。[11] 由于典型的添加剂会对电子性能产生不利影响(例如,
高质量的科学研究需要全面了解什么是、如何做和为什么,打破界限,超越现有知识的舒适区。真正的科学研究文化在学生的不同阶段被灌输,从高中开始,在本科和硕士学习期间成熟,最终在博士学习期间确定方向。就像科学研究不遵循生物学、化学、物理学、数学和/或不同工程分支等主要学科之间的任何预定义界限一样,学生的思维也应该遵循类似的模式。充满活力的学术思想永远不应该有偏见,要做到这一点,学生需要受到发人深省的教师的培养,最重要的是多样化的课程。其中一种课程
已用于机械响应变色聚合物[8–10],而电子转移机制已被用于制造电致发光机器人皮肤。[11] 具有应力可调结构色的软材料也已开发出来,使用水凝胶基质中的定向纳米片或有机双层、聚合物渗透的光子晶体和液晶系统。[4,5,12] 尽管概念验证材料和设备已经成功展示,但目前这些材料在自主和节能的块体设备中的利用受到以下因素的阻碍:诱导颜色变化所需的高能量输入、速度慢、不可逆性以及扩大合成和制造工艺的挑战。与人造设备相比,鱼、鱿鱼和变色龙等动物已经进化出优雅、节能的细胞内结构,可以动态控制颜色,从而进行交流、警告、保护和伪装。 [13–17] 其中一些动物的彩虹色是由一种名为虹细胞的特殊细胞内的层状纳米结构反射光线的建设性干涉产生的。颜色和亮度的变化是通过细胞介导对这些反射结构的层状间距和方向的操控而产生的。例如,霓虹灯鱼只需使用所谓的百叶窗机制倾斜高反射率的鸟嘌呤板,就能将颜色从蓝绿色(≈ 490 纳米)变为靛蓝色(≈ 400 纳米)(图 1 A、B 和电影 S1,支持信息)。[13] 在电刺激虹细胞的驱动下,颜色变化是可逆的,而且速度超快。由于该机制依靠入射光作为动力源,并且反射光线通过建设性干涉得到加强,因此这些动物可以用最少的能量输入产生强烈、动态可调的颜色。人们还广泛探索了堆叠的薄片形式的层状结构,以便对合成材料的性质和功能进行结构控制。受软体动物壳结构的启发,粘土和无机薄片排列成珍珠层的砖和砂浆结构,可用于显著提高聚合物基复合材料的刚度和断裂韧性。[18–22] 除了机械性能外,人们还开发了具有精心设计的薄片取向的结构材料,以提高锂离子电池石墨阳极的充电速率[23],或实现受植物启发的变形结构[24]和软机器人的形状变化。[25] 与许多可以实现的组装过程相比,
让·拉穆尔研究所 (IJL) 是材料科学领域的基础和应用研究实验室。它是法国国家科学研究院和洛林大学的联合单位 (UMR 7198),隶属于法国国家科学研究院化学研究所。它是一个多主题实验室,涵盖材料、冶金、纳米科学、等离子体、表面和电子学,以应对能源、环境、未来工业、移动性、资源保护和健康等社会挑战。其研究工作范围从材料设计到工业应用,由 25 个小组开展,分为四个科学部门和一个技术研究团队。它由八个技术平台和四个支持服务提供支持。IJL 主要位于法国南锡的阿尔乔姆校区。让拉穆尔研究所是欧洲最大的材料研究所之一,拥有包括实习生在内的多达六百名员工、一百五十家合作公司、每年发表三百篇经过同行评审的文章、每年三十二次论文答辩、在学术合作框架内与三十个国家建立合作。
本课程旨在提供从家庭到各种工程应用中使用的金属冶金方面的基础知识。它涵盖了材料的基本方面、晶体结构及其表示,以及材料中存在的各种缺陷。然后,讨论了合金化的必要性及其相图中发生的相应变化。特别关注工业中广泛使用的重要黑色和有色合金。包括通过不同的热处理工艺及其微观结构变化来定制材料性能。最后,课程以对金属以外的材料的讨论结束,其中包括聚合物、陶瓷和复合材料等先进材料。课程成果:在课程结束时,学生将能够 1. 解释晶体结构及其缺陷的基本概念,并在立方晶胞中绘制晶体点、方向和平面。2. 解释合金二元相图中存在的各种相,并计算相的质量分数。3. 推荐热处理工艺以实现钢性能的期望变化。 4. 根据性质和应用,区分铁合金和有色合金。根据性质和应用,对聚合物、陶瓷和复合材料进行分类和解释。
淀粉样蛋白功能材料由淀粉样蛋白纤维结构块制成,这些结构块由淀粉样蛋白天然蛋白或合成肽体外生产,具有多种功能,包括环境科学和生物医学、纳米技术和生物材料。然而,淀粉样蛋白的可持续和可负担来源仍然是大规模应用的瓶颈,迄今为止,人们的兴趣仍然主要局限于基础研究。植物来源的蛋白质因其天然丰富和对环境的影响小而成为理想的来源。在此,燕麦球蛋白(燕麦植物的主要蛋白质)被用于生产高质量的淀粉样蛋白纤维和基于其的功能材料。这些纤维显示出丰富的多链带状多态性和具有不可逆和可逆途径的纤维化过程。此外,作者还制造了燕麦淀粉样蛋白气凝胶、薄膜和膜,可用于水净化、传感器和图案化电极。展示了燕麦淀粉样蛋白相对于其他蛋白质来源的可持续性足迹,有望为先进材料和技术提供一个环境高效的平台。
Anthill Clay是普通土壤类型中一种独特的土壤/粘土类型,因为具有非凡的储存方法。小颗粒被带入并用一个被称为白蚁的小生物竖起并竖立了一个arthill。通常,粘土是工业应用的明显原材料,并且对高级材料应用的Anthill Clay的高速公司的测定是现有研究的前景。使用标准程序和仪器在物理和化学上对精心收集的arthill粘土样品进行了表征。研究了从8000°C以下的Anthill粘土中制备的砖的机械特性。作为现有原始粘土研究的主要结果,pH值的5.56,天然水分含量的15%,差距分级和对称分布的谷物排列,颗粒百分比(<0.075mm)(<0.075mm)(<0.075mm)(<0.075mm)(<0.075mm)(根据Fe,Ti,ba和k的组成,Ti,ba和k andiption compounts的重量,包括fe Miners consepts complate consects conseptions coptosition。此外,观察到相对于从原泥粘土制备的砖,观察到25%的吸水,2.62个体积比重,65%的特异性重力,65%的显而易见的孔隙率,21 MPa抗压强度和0.4 MPa分裂的拉伸强度。基于这种肛门粘土的行为,在工业目的(例如水处理,刚性材料,催化剂和折射剂)中,它应该是高级材料制造中的有影响力材料。
摘要:本文报道了基于有限差分时域 (FDTD) 和有限元法 (FEM) 的介电谐振器材料测量装置建模的最新进展。与介电谐振器设计方法不同,介电谐振器设计方法使用贝塞尔函数的解析展开来求解麦克斯韦方程,而本文仅使用解析信息来确保场的固定角度变化,而在纵向和径向方向上应用空间离散化,从而将问题简化为 2D。此外,当在时域中进行离散化时,全波电磁求解器可以直接耦合到半导体漂移扩散求解器,以更好地理解和预测基于半导体的样品的谐振器的行为。本文将 FDTD 和频域 FEM 方法应用于介电样品的建模,并根据 IEC 规范规定的 0.3% 范围内的测量结果进行验证。然后采用内部开发的耦合多物理场时域 FEM 求解器,以考虑电磁照明下的局部电导率变化。由此展示了新方法,为介电谐振器测量的新应用开辟了道路。
