为什么材料应被视为一个边界概念?首先,人们越来越多地将材料视为既特殊又一般的材料;其次,在历史上,材料承载着一系列形而上学和经验主义、科学和工艺的诠释。考虑到这种边界特性,可以毫不夸张地说,我们对“材料”的理解在二十世纪下半叶发生了决定性的变化。从二十世纪中叶开始,除了铁、木材或陶瓷等公认的“原始”材料外,人们开始看到“设计材料”的出现 [Bensaude-Vincent 2011b,第 119 页]。但这些“设计材料”是什么?与原材料相比,这些新材料是为复杂而特定的任务而设计的,因此,它们不是位于研究和设计过程的开始,而是位于结束。我们对材料的理解和处理方式的这种显著转变也应该在材料对工业和工程重要性大大增长的背景下看待。最迟自材料科学系成立以来(始于 20 世纪 60 年代),“材料”已成为“一种新推理方式的典型本体论产物” [同上,第 108 页]。然而,材料科学也是一场更为全面转变的征兆:一种“材料思维方式”的出现 [同上,第 107-108 页]。本书的目的就是阐明和探索这种新颖的思维方式。当然,材料的提取和消费在所有社会中都是根本性的。人类与环境(包括所谓的“自然”)的关系是
大自然已经创造出了性能和机制远远超出工程材料行业现有知识的材料。生物材料卓越的效率,例如其依赖于弱成分的卓越性能、单位质量的高性能以及除机械性能之外的多种功能,主要归因于其层次结构。仿生材料的关键策略包括形成作为灵感的生物材料的基本理解,将这种基本理解与工程需求/问题联系起来,并制造具有相应增强性能的层次结构材料。现有的大量关于生物和仿生材料的文献可以从功能和机械方面进行讨论。通过基本的代表性特性和材料,仿生材料的开发利用生物系统的设计策略,以创新的方式增强材料性能,以用于各种实际应用,例如海洋、航空航天、医疗和土木工程。尽管目前面临挑战,但仿生材料已成为促进现代材料行业创新和突破的重要组成部分。
1 基于 NCM 811 电池化学成分的平均值;2 电池组/电池级别的性能可能有所不同。图表中的外部范围表示评估结果更佳;3 适用于钠离子应用的 CAM 正在开发中,可能会发生变化。4 快速充电,一般功率性能(内阻/低温性能);5 基于 2024 年第一季度的金属价格;6 可回收性,包括技术可行性和盈利能力
近几十年来,已经探索了折纸以帮助设计工程结构。这些结构涵盖了多个尺度,已被证明用于航空航天,超材料,生物医学,机器人和建筑应用等各个领域。从传统上讲,折纸或可部署的结构是由手,电动机或气动执行器驱动的,这可能会导致沉重或笨重的结构。另一方面,有效材料对外部刺激的响应重新构成,消除了对外部机械载荷和笨重的致动系统的需求。因此,近年来,与可部署结构合并的活性材料已经显示出对轻重,可编程折纸的远程致动的希望。在这篇评论中,有效材料,例如形状记忆聚合物(SMP)和合金(SMA),水凝胶,液晶弹性体(LCES),磁性软材料(MSMS)以及共价适应网络(CAN)聚合物,它们的驱动机制,以及它们如何用于现有的origanami和这些结构的使用方式,以及它们是可用的结构。此外,突出显示了构建活性折纸的最新制造方法。总结了折纸的现有结构建模策略,用于描述活跃材料的构造模型以及主动折纸研究的最大挑战和未来方向。
Ti合金由于其出色的结构,机械和生物学特性而在骨修复或再生领域越来越关注。在这项研究中,设计了由简单的立方(结构A)组成的六种类型的具有不同支柱半径的复合晶格结构,以身体为中心的立方体(结构B)和以边缘为中心的立方体(结构C)。首先通过有限元(FE)方法对设计的结构进行模拟和分析。然后通过选择性激光熔化(SLM)制造具有优化单位细胞和Strut半径的商业上纯Ti(CP - Ti)晶格结构,并且表征了尺寸,微观图和机械性能。结果表明,在六种类型的复合晶格结构中,BA,CA和CB结构组合表现出较小的最大von-Mises应力,表明这些结构具有较高的强度。基于应力/特定表面积与支撑杆半径的拟合曲线,BA,CA和CB结构的优化支撑杆半径分别为0.28、0.23和0.30 mm。它们相应的压缩屈服强度和压缩模量分别为42.28、30.11和176.96 MPa和4.13、2.16和7.84 GPA。带有CB单位结构的CP-TI具有与皮质骨相似的强度和压缩模量,这使其成为潜在的软骨下骨修复体的候选者。
由于未来需要管理的废旧电池数量巨大,回收锂离子电池 (LIB) 正成为一项当务之急。目前,将废旧 LIB 转化为再生产品的三种主要回收途径是火法冶金、湿法冶金或直接回收,而共沉淀法介于后两种途径之间:其关键单元操作是电池材料的浸出和阴极活性材料 (CAM) 再合成前体的共沉淀。由于浸出溶液对杂质的高度敏感性以及高质量 CAM 前体与溶解金属盐成分之间的紧密联系,对废旧 LIB 进行实验分析是找到最佳操作条件的关键步骤。为此,我们提出了一项实验活动来研究该过程中涉及的共沉淀和复杂化合物的形成。此外,我们还利用了严格模型在许多工业领域提供的支持,这也使化学工程和实验室分析受益。因此,在本研究中,我们还在 UniSim Design ® 上提出了一个严格的模拟模型,该模型带有热力学包 OLI ®,可以考虑所需的大多数不同的液固平衡。使用实验数据对模型进行验证,并对金属浓度、pH 值和螯合剂进行敏感性分析,以找到调节共沉淀结果的关键参数。目的是优化操作条件的选择,以限制通常昂贵且耗时的实验室测试和复杂分析的次数。
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资助信息信息和技术创新碳峰和碳中立性特殊基金,江苏省,赠款/奖励号:BK20220008;苏州Gusu在武士区的科学与技术创新与企业家精神的领先人才计划,赠款/奖励号:ZXL2021273;中国中国基础研究基金,赠款/奖励号:020514380266,020514380272,020514380274;江苏省的自然科学基金会,赠款/奖励号:BK20200306;香港特殊行政区的研究补助金委员会,赠款/奖励号:T23- 601/17- R;中国国家自然科学基金会,赠款/奖励编号:21872069,22022505;南京国际合作研究计划,赠款/奖励号:202201007,2022SX00000955;中国国家密钥研发计划,赠款/奖励号:2017YFA0208200
化石燃料的消耗和日益紧迫的环境问题。[1,2] 人们投入了大量研究精力来开发各种类型的清洁能源转换和存储技术;这些密集的研究活动导致了太阳能电池、风力涡轮机、可充电电池 (RB) 和超级电容器的开发和商业化取得了巨大进展。[3–8] 金属卤化物钙钛矿太阳能电池 (PSC) 的快速发展代表了可再生能源转换领域最新和最令人兴奋的发展的一个极好例子。 [9–15] 由于其可调的带隙、[16] 高载流子迁移率、[17–19] 大的光吸收系数、[20] 和低的形成能,[21] 进展能够将光电转换效率 (PCE) 从 2009 年的 3.8% 迅速提高到 2019 年的 25.2%。[9,22] 每个组成部分的研究贡献对这一进展都不可或缺,这些进展包括调整化学成分和加工方法、控制晶体度和形貌、以及设计表面/界面缺陷。[23,24]