此外,当 TMO 充电至更高电压时,晶格氧可以参与阴离子氧化还原以补偿电荷。[15,16] 因此,氧化还原反应会在首次充电时贡献额外的容量。由于晶格结构内的氧损失,相关容量在接下来的循环中通常可逆性要低得多。[17-19] 此外,过渡金属离子可以在晶格氧氧化还原反应过程中迁移到钠离子层,导致层状 TMO 的结构变形。[20,21] 因此,高能量密度 SIB 正极设计需要了解层状 TMO 中的氧阴离子氧化还原活性,以更好地设计正极材料,提高氧化还原活性的可逆性,从而稳定循环性能。层状钠 TMO 的晶格氧氧化还原活性已通过多种原位或非原位技术进行了表征,例如拉曼光谱、X 射线光电子光谱和 X 射线吸收光谱。[22 – 24] 结果通常揭示有关充电或放电时表面氧局部电子态变化的信息。[18,25,26] 此外,了解本体(晶格)氧氧化还原活性对于解释相关的晶格结构变化和电化学过程的可逆性至关重要。
摘要:发现原子薄层的材料(例如石墨烯和过渡金属二分法生化剂)在二维中揭示了对新型基本物理和设备应用的独特探索。表征它们的晶体对称性和随后的电子性能是重要的,即实现这些降低的尺寸系统的全部潜力,从根本上讲,这从根本上决定了拓扑,手性和丰富的界面物理学。第二次谐波生成(SHG)是一种非线性光学效应,对晶体对称性和电子结构敏感,这被证明是捕获本质物理学的最强大但最简单的技术之一。另一方面,分层材料的2D性质具有多种外部刺激的物理性能,可以使其具有大量的可调性,这又为开发2D非线性光电应用程序铺平了道路。在这篇综述中,我们概述了使用第二次谐波生成光谱和显微镜检查的最新努力,以探测晶格结构和偶极性金属二甲硅烷和极性材料中的晶格结构和偶极极化。此外,涵盖了用于控制SHG的多种外部刺激,作为潜在的光电设备。我们以基于SHG光谱法的新兴磁磁和拓扑材料的探索方向的未来探索方向进行了结论。
4D 打印是一个新兴领域,其中 3D 打印技术用于对刺激响应材料进行图案化以创建变形结构,以时间为第四维。然而,目前用于 4D 打印的材料通常较软,在形状变化过程中的弹性模量 (E) 范围为 10 −4 至 10 MPa。这限制了所得结构的可扩展性、驱动应力和承载能力。为了克服这些限制,多尺度异质聚合物复合材料被引入作为一种新型的刚性、热响应 4D 打印材料。这些油墨的 E 比现有的 4D 打印材料高四个数量级,并提供可调节的电导率,可同时实现焦耳加热驱动和自感应功能。利用电控双层作为构建块,设计和打印出一种可变形为 3D 自立式起重机器人的平面几何体,与其他 3D 打印执行器相比,在重量标准化的起重负载和致动应力方面创下了新纪录。此外,该油墨调色板还用于创建和打印平面晶格结构,这些结构可变形为各种自立式复杂 3D 形状。这些贡献被集成到 4D 打印电控多步态爬行机器人晶格结构中,该结构可承载自身重量的 144 倍。
目前 CMOS 的行业标准 XOR 和 XNOR 门分别由 12 个和 10 个晶体管组成。由于 XOR/XNOR 在许多功能模块中被广泛使用,因此可以降低晶体管数量以产生低功耗电路。作为一种解决方案,提出了一种利用对称布尔函数的特殊性质实现低晶体管数量 XOR/XNOR 门的方法。此特性表明,使用特殊的晶格结构电路可以用更少的晶体管实现此类功能的电路。对原始晶格结构进行了修改,以符合当前 CMOS 技术要求。最终电路需要八个晶体管用于 XOR/XNOR,并在上推和下拉网络中混合使用 NMOS 和 PMOS。模拟表明,XOR/XNOR 的预期逻辑功能已实现。然而,实际电压摆幅的读数表明,当 NMOS 和 PMOS 分别作为下拉或上推网络时,输出要么高于地 0.3 V,要么低于 VDD。如果只有 NMOS 处于上推状态或只有 PMOS 处于下拉状态,则可观察到 0.4 V 的更大电压损失。作为一项初步工作,功能逻辑级别的实现保证了未来开展更多工作以改善输出电压摆幅的损失。
MS&T22 全体会议 星期二 下午 宴会厅 A 74 MS&T22 海报展示会 星期一 下午 宴会厅 BC 112 ACerS Richard M. Fulrath 奖颁奖会 I 星期一 下午 407 33 ACerS Richard M. Fulrath 奖颁奖会 II 星期二 上午 407 54 ACerS 基础科学部 Robert B. Sosman 讲座 星期三 下午 407 96 ACerS 科学与社会前沿 - Rustum Roy 讲座 星期二 下午 407 74 ACerS GOMD Alfred R. Cooper 奖颁奖会 星期二 上午 412 65 ACerS/EPDC:Arthur L. Friedberg 陶瓷工程辅导与讲座 星期一 上午 407 11 增材制造 增材制造与蜂窝/晶格结构:设计、实现与应用 蜂窝/晶格结构 I 星期一 上午 305 11 蜂窝/晶格结构 II 星期一 下午305 33 海报会议 星期一 下午 宴会厅 BC 115 蜂窝/晶格结构 III 星期三 上午 307 77 增材制造建模、仿真和机器学习:微观结构、力学和工艺力学性能 星期一 上午 303 11 微观结构与缺陷 I 星期一 下午 303 33 海报会议 星期一 下午 宴会厅 BC 115 机器学习和人工智能 星期二 上午 303 54 微观结构与缺陷 II 星期三 上午 303 77 上午工艺 星期三 下午 303 96 陶瓷基材料的增材制造:工艺开发、材料、工艺优化和应用 陶瓷基材料的增材制造 I 星期一 上午 307 12 陶瓷基材料的增材制造 II 星期一 下午 307 34 海报会议 星期一 下午 宴会厅 BC 116 陶瓷基材料的增材制造 III 星期三 下午 307 97高温和超高温陶瓷与复合材料的增材制造:加工、特性和测试 复合材料和增强材料 WED AM 306 78 新方法与特性 WED PM 306 97 金属的增材制造:微观结构、性能和合金开发 铁基合金 - 316L MON AM 301 13 镍基超级合金 MON AM 302 13 功能材料和钨基系统 MON PM 301 35 铝合金 MON PM 302 35 铁基合金 II TUE AM 301 54 镍基合金 II TUE AM 302 55 高温和耐火材料 WED AM 301 78 其他有色金属材料 WED AM 302 79 其他材料 WED PM 301 98 加工与特性 WED PM 302 98 聚合物基材料的增材制造:挑战与潜力 聚合物基材料增材制造的建模/仿真与创新 MON PM 306 36
激光引起的周期性表面结构(LIPS),尤其是表现出高空间频率LIPS(HSFL)的表面结构,由于其快速纳米结构的产生能力,因此在精确制造中具有至高无上的意义。但是,对于Au,在微纳米应用中广泛使用的材料,HSFL的表现仍然难以捉摸。这项研究成功地制造了HSFL,其周期性为100 nm,利用了520 nm飞秒激光(FS-LASER)引起的结晶。启动HSFL形成的基本元素在于用无序的晶格结构与FS激光诱导的结晶相结合。无序的晶格结构促进了电子在热传输中偶联的占优势,从而抑制了热电子扩散效果 - 这是HSFL形成的先决条件。结晶控制了“非晶Au”的转换为典型的Au的结晶状态,同时还可以使周期乘法取决于FS-LASER脉冲的数量。它最终促进了在晶体AU上形成100 nm HSFL的形成。此外,通过在单层石墨烯中的周期性纳米图案(即HSFL)中的应用中,Au HSFL的多功能性得到了证明。因此,除了揭示了基于金属HSFL形成的新型物理机制外,Au HSFL的成就无疑有望在纳米电子和纳米光子学方面取得重大进步。
引入3D打印已彻底改变了不同复杂晶格结构的设计和制造,从而提供了前所未有的灵活性,以优化各种应用的机械性能。但是,传统的3D打印晶格结构通常会在实现强度,刚度和体重之间达到所需的平衡时面临一些局限性。这项研究通过创新的设计修改对常规3D打印晶格结构的增强进行了全面研究。通过将高级计算技术(例如有限元方法(FEM)建模与实验研究)整合在一起,本研究旨在评估这些增强结构的机械性能。FEM分析允许精确预测压力分布和压缩负载条件下的变形,而实验验证则提供了对现实世界中适用性和性能的见解。结果表明,体重不是影响机械规格的主要因素,这是该研究通过获得的结果的主要假设,这表明与SC-FCC相比,在修改的模型中,将重量降低了12%,与SC-FCC相比,修改的模型比SC-BCC的重量比SC 11.7 G的重量更轻,并且与SC-BCC结构相比,重量为10.32 G较轻。这些发现揭示了机械性能的显着改善,包括增加负载能力,证明了这些增强的晶格结构对高级工程应用的潜力。这项研究不仅有助于理解3D打印的晶格的机械行为,而且还为开发更有效,更健壮的结构组件铺平了道路。
生成设计已经被多家公司成功使用。航空公司为A320飞机创建了带有生成设计的隔墙。墙壁框架的元素模仿了粘液模具的生长模式,并且框架内部结构的算法基于哺乳动物骨骼的晶格结构,该结构在应力点上用材料密集地填充了空间,而在其他地方则不太密集。通用电动机生产汽车零件,Under Armour使用生成设计制作了轻巧的跑步鞋。NASA还使用了这种设计方法,例如,他们设计了一个具有生成设计的空间探索着陆器(图2)。
在过去的几十年里,增材制造 (AM) 技术一直被视为传统制造工艺的替代方案 [1, 2]。快速生产各种材料的近净成形产品被认为是促进其大规模应用的主要优势 [3]。此外,只需一台机器即可轻松制造多种复杂形状和部件,而这些部件和部件是单个传统加工操作难以实现的,这也是其卖点 [4e6]。然而,由于 AM 技术现在已考虑在多个领域进行大规模生产,因此我们迅速发现了新的挑战,需要控制和解决这些挑战以适应 AM 的发展速度 [7,8]。薄壁结构、复杂曲面和晶格结构是优先通过 AM 技术生产的主要几何部件 [9,10]。由于材料损失大、尺寸问题、设备限制以及内腔制造(尤其是晶格结构),传统制造程序存在严格的限制 [11, 12]。但另一方面,通过 AM 生产这些组件也存在一些限制和局限性。由于使用高功率热源,通过 AM 通常无法实现高精度和严格遵守公差要求 [13, 14]。此外,基于材料添加的制造概念允许在制造过程中添加残余材料 [15, 16]。另一方面,减材加工程序可产生高质量的产品 [17]。然而,由于几何复杂性,减材加工的几何条件并不总是有利 [18, 19]。因此,这两种程序的结合应用可以创建一个更好的制造策略。在这两种技术的混合方法中,增材制造可以制造出具有近净形状几何和尺寸特征的原始零件[20],而减材加工操作可用于精加工这些原始零件,以达到所需的尺寸精度和表面光洁度[21]。此外,支撑
添加剂制造(AM)技术被认为是过去几十年的常规制造过程的替代方法[1,2]。快速生产各种材料的近净形成产品被认为是促进其在群众规模上促进其应用的主要优势[3]。此外,单台计算机在制造许多复杂形状和组件上的易于使用,这些形状和组件否则很难由单个召开加工操作来实现,这是他们的卖点[4 E 6]。但是,由于现在考虑了AM技术在几个领域的大规模生产,因此正在迅速观察到新的挑战,需要包含并解决以允许AM的当前速度[7,8]。薄壁结构,复杂的弯曲形状和晶格结构是突出的几何成分之一,首先是通过AM技术生产的[9,10]。由于高材料损失,尺寸问题,设备构成和内部空腔的制造,尤其是针对晶格结构,因此常规制造程序具有严格的限制[11,12]。但是,另一方面,通过AM生产这些组件也有一些限制和局限性。由于应用高功率热源,通常无法实现高精度和严格遵守公差要求[13,14]。此外,基于材料的基于材料的制造概念允许在制造过程中添加残留物质[15,16]。此外,支持另一方面,减法加工程序可导致显着高质量的产品[17]。对于减法加工,几何条件并不总是有利的,这是由于几何复杂性[18,19]。因此,这两个程序的耦合应用都可以创建出色的制造策略。在这两种技术的这种混合方法中,添加剂制造可以创建具有近乎净形状几何和尺寸特征的原始部分[20],而减法加工操作则可以用于重新填充这些原始部分以实现所需的尺寸准确性和表面效果[21]。