需要支持多种机械和生物功能(如实现液体运输、促进再生和修复、抵抗不确定和随时间变化的机械需求)。[1–3] Wolf-Roux(机械稳态)定律表明,骨骼会随着机械需求的变化而沉积或吸收,[1,4,5] 指出优化在多尺度材料和结构的自然设计中发挥着作用。因此,结构优化是追求性能优化的仿生工程系统的一种很有吸引力的策略;然而,自然界中观察到的一系列功能极难完全融入基于优化的工程设计过程中。在这里,我们赋予结构优化方法和旋节线结构材料,这些材料模仿自然界中观察到的几种微观结构特征,这样我们就可以直接以设计中的刚度和轻量化为目标,并间接促进由微观尺度上的旋节线孔隙度和随机性促进的其他机械和生物功能。图1显示了在几种生物系统中观察到的微结构,这些微结构具有不同的孔径、孔形、密度和方向偏好,这些特征可以通过旋节线结构材料轻松模仿。旋节线结构材料是通过将旋节线相分解中的一个相解释为微结构材料而获得的。它们的非结构化、随机微结构特征已被证明可实现理想的工程性能(例如高机械弹性[9]、高能量吸收[10]和对缺陷不敏感[11]),这些性能通常超过结构化结构材料(例如桁架和板晶格)。此外,以高斯随机场(GRF)形式对旋节线相分解进行函数近似[12,13]可以广泛可调微尺度各向异性和孔隙率,从而实现显著的微结构设计自由。 [6] 底层函数表示也使得在任意方向和孔隙度的不同旋节线类(例如,图 1 中所示的各向同性、立方、层状和柱状结构)之间转换变得轻而易举。因此,旋节线结构材料为工程部件提供了一种途径,这些部件具有嵌入的、空间变化的微尺度特征,与结构化结构材料相比,这些特征提高了工程性能并增强了可制造性。旋节线结构材料的制造多功能性还使人们能够回归经典的多尺度
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纳米颗粒在接口处。没有纳米颗粒,系统将在系统中发生宏观分离,这两个阶段将根据其密度而定。[5,6] 2000年代初期证明了Bijels生产的第一个程序。第一个实验成功的方法是所谓的热旋缺失分解。[7]在2015年,Haase和同事改善了这种方法,开发了一种导致旋律分解的方法,该方法依赖于从三元混合物中去除溶剂的方法。[8]在这种情况下,将两个易碎的液体与溶剂混合在一起,该溶剂具有使它们相互溶于的能力。将所谓的混合物注入能够提取溶剂的连续相中,其突然去除会诱导两个剩余流体的旋律分解。最近,Clegg Research Group定义了一种越来越简单,更快的生产协议,涉及所涉及的组件之间的直接混合。[9]以这种策略分散到两种不混溶的液体中,需要一些表面活性剂。以这种方式,可以偏爱面部表面的不同局部曲率并稳定结构。与旋律分解不同,这里的比杰尔是通过应用高剪切速率形成的,因此,在初始阶段,产生了二元混合物的液滴。去除剪切物后,粗糙的过程开始将颗粒[1]在接口处捕获[1],直到融合融合为止。最近的Huang等人。同时,表面活性剂施加了液态液接触表面的局部曲率,有助于形成特征性的双连续结构。[1,2,10]仅使用简单的涡流混合简化了生产方法。这样做,他们采用了不同的分子量表面活性剂的组合来稳定不同的局部曲率,以与两个液相之间的界面稳定。在这种情况下,形成比耶尔的唯一必要条件是使用具有不同分子量的聚合物的混合物和足够高的颗粒来形成双连续性的互面膜间堵塞的乳胶凝胶。在最近几年中,比杰尔(Bijels)在许多工业领域表现出了有希望的应用,例如电池,燃料电池和许多其他领域,其中具有控制结构的多相材料引起了任何关注。[11]从医学角度来看,使用Bijels的主要优势居住在可能获得系统
通过在 1000 ◦ C 下进行 1 小时和 3 小时的真空退火,研究了磁控溅射合成的化学计量 Ti 0.12 Al 0.21 B 0.67 薄膜的热稳定性。比较了沉积态和退火后薄膜的化学成分、相形成和形态的变化。X 射线衍射 (XRD) 数据表明,沉积态 Ti 0.12 Al 0.21 B 0.67 薄膜中形成了单相固溶体。退火 1 小时后,扫描透射电子显微镜 (STEM)、能量色散 X 射线映射 (EDX) 和原子探针断层扫描 (APT) 研究揭示了富 Al 和富 Ti (Ti,Al)B 2 域的偏析,与旋节线分解一致。此外,AlB 12 的形成伴随着 Al 浓度从 20.9 原子% 降至 16.8 原子%,这可能是由于蒸发引起的,表明在退火 1 小时期间富 Al (Ti,Al)B 2 域发生了分解。退火 3 小时后对薄膜的分析表明,存在持续的旋节线分解以及富 Al (Ti,Al)B 2 域的进一步分解,除了 AlB 12 的形成外,还导致 Al 浓度因 Al 蒸发而降至 12.5 原子%。在 1100 ◦ C 下进行原位透射电子显微镜 (TEM) 研究期间观察到的相形成趋势与上面讨论的分解过程一致。这里确定的热稳定性极限是通过空间分辨的结构和成分探针揭示的,它将 Ti 0.12 Al 0.21 B 0.67 在真空中的应用温度范围限制在 < 1000 ◦ C 的温度范围内,并强调仅基于 XRD 数据的热稳定性研究会导致高估热稳定性。
1.固体的结构类型 α) 金属和非金属 β) 二元化合物: AB, AB 2 , AB 3 , A 2 Β 3 , A x B y γ) 三元化合物: ABX 2 , ABX 3 , AB 3 , AB 2 Χ 4 , A 2 ΒΧ 4,AB 2 Χ 2 δ) 金属间化合物和Zintl 相ε) 模块化化合物:多型体、同系系列和失配层状化合物2. 能带结构(基于R. Hoffmann 评论)。 α) 从分子轨道开始构建“意大利面条”图。 β) 电子不稳定性(Peierls 畸变、Jahn-Teller 效应) γ) 态密度、能带折叠、直接和间接带隙 δ) 量子限制:低维材料、量子阱、量子线、量子点 3. 晶体中的非化学计量和缺陷 α) 非化学计量和扩散。热淬火、烧结和退火。 β) 相图、共晶、调幅分解和固溶体。 γ) 相变。无机固体、晶体和非晶态固体中的相变。 4. 合成方法 α) 固相合成、湿法合成、溶剂热合成 β) 晶体生长 从熔体、溶液和蒸汽传输中生长。
异质结构 (HS) 材料由于其多种微观结构和优异的物理性能而受到广泛研究[1 e 5]。它们由不同性质的软硬异质区组成,不同区域之间的协同效应可改善物理性能。HS 材料根据硬区形状可分为层状结构[6,7]、梯度结构[5,6,8,9]、层压结构[10 e 13]、双相 (或多相) 结构[14 e 19]和核壳结构[20 e 22]。十年来,另一种互连 (或互穿) 结构一直受到人们的关注。这种结构具有双连续的两个不同的区域,其中硬相和软相都是连续的且相互交错。这种独特的结构包括胞状结构(如螺旋状结构)和由旋节线分解形成的空间无序模式。双连续结构的软区和硬区在机械上互相约束。增材制造[23,24]和粉末冶金[25,26]已用于开发互连的HS材料。然而,这些方法在区域大小及其分布方面存在技术限制。纳米级区域和均匀分布对于提高协同效应至关重要。最近,作者提出,通过液态金属脱合金(LMD)合成的3D互连HS材料在克服强度-延展性权衡方面具有巨大潜力[27]。从(FeCr)50Ni50前驱体中,可混溶的Ni选择性地溶解在Mg熔体中。