中国材料进展 /oa 可调介质超材料研究进展 /oa/darticle.aspx?type=view&id=201901032 超材料由于具有自然界材料所不具备的一些独特的电磁和光学特性而被广泛关注与研究。相比于传统金属结构超材料,介质超材料不仅可以低损耗的实现超常电磁特性,而且对外场具有很高的敏感度,其电磁参数随磁场、电场、温度等外场的变化而发生改变,因而受到了功能材料和信息器件领域研究者的广泛关注。本文分别从磁可调、电可调和温度可调等三个方面介绍可调介质超材料。首先,对于磁可调介质超材料,介绍了基于铁氧体的多种磁可调结构的研究进展以及铁磁谐振原理;其次,对于电可调介质超材料,介绍了基于石墨烯、变容二极管和液晶材料的多种电可调结构的研究进展;最后,对于温度可调介质超材料,介绍了基于二氧化钒、锑化铟和钛酸锶材料实现温度可调性能的研究进展及其相应物理机制,并展望了可调介质超材料的发展趋势和潜在应用。 2019年01月29 00:00 2019年第01期 1 13 7341367 毕科1,王旭莹1,兰楚文1,郝亚楠1,周济2 力学超材料的构筑及其超常新功能 /oa/darticle.aspx?type=view&id=201901034 力学超材料是具有反直觉力学性质的人工微结构,其性能取决于人工原子的几何结构而不是材料组分。典型的力学超材料通常与4个弹性常数相关联:杨氏模量E,剪切模量G,体模量K和泊松比v。按所调控弹性常数的不同,将几何结构种类繁多的力学超材料分类为负泊松比拉胀材料(v<0,G>>K)、剪切模量消隐五模式反胀材料(G<<K)、负压缩性材料(-4G/3<K<0)、模式转换可调刚度材料(E)、低密度超强仿晶格材料(E/ρ)、负热膨胀材料。基于人工晶格结构和手性/反手性几何结构单元,扼要地论及在人工几何构筑方面的基本情况,以及不同构型与超常力学性能之间的联系。从而为拓展力学超材料的研究领域提供了系统性的架构,展望了面向3D打印技术制备的力学超材料的发展前景。 2019年01月29 00:00 2019年第01期 14 21 4459364 于相龙1,周济2 光子带隙超材料研究进展 /oa/darticle.aspx?type=view&id=201901033 光子带隙超材料是一种可用于控制和操纵光传导的极具吸引力的人造材料,通常是由周期性电介质、金属、超导体等组合而成的微结构或纳米结构。光子带隙可理解为在晶体中传播的光在高、低介电常数区域的界面处发生多次反射而干涉相消,类似于固体物理中的电子带隙。针对近年来光子带隙超材料研究领域的几个热门方向——光子晶体光纤、光学拓扑态、Dirac点零折射率和带隙调制发光,从凝聚态物理学理论出发,通过与电子带隙和Dirac方程理论的比较和拓展,详细介绍了介质基光子晶体、光拓扑绝缘体、Dirac点多重简并、金属和发光材料与光子晶体构成的复合光子带隙超材料的研究进展和应用现状。光子带隙超材料灵活可调控的光学特性不但可以用于设计更高品质的传统光学器件,还可以获得自然界中不存在的奇特属性。我们相信随着现代科技的发展进步,多学科和多方向的交叉融合能够进一步拓宽光子超材料的设计思路,推进理论向实用转化。 2019年01月29 00:00 2019年第01期 22 29 3877227 董国艳,乔鹏武,李振飞 超材料隐身理论应用于多物理场的研究进展 /oa/darticle.aspx?type=view&id=201901031 超材料指具有天然材料所不具备的超常物理性质的人工复合结构或复合材料,其物理性质不取决于其组成材料本身,而是由单元结构所决定。超材料对物理场具有超强操控能力,因此可以突破传统材料的物理极限,实现诸多新颖功能和重要应用。变换光学理论的提出及其在完美电磁隐身衣中的成功应用,大大拓展了超材料的研究范围,而且将超材料研究由电磁场调控推广到声、力、热、化学以及静电/静磁等其他多物理场,发展出一系列非电磁超材料,而隐身也作为最典型的物理场调控类型,受到广泛的研究。这些物理场往往具有相似的理论表达形式,但物理细节又各有特点,近些年超材料隐身用于多物理场的研究已经形成了一系列富有特色的研究方向。简要介绍了超材料的发展,阐述了超材料隐身的几种典型方法,还对超材料隐身在多物理场、尤其是非电磁物理场中的研究进展进行了综述介绍。 2019年01月29 00:00 2019年第01期 30 40 6222009 李扬1,2,刘传宝1,2,周济3,乔利杰1,2,白洋1,2 基于离子液体溶解-超临界干燥技术制备纤维素基气凝胶材料的研究进展 /oa/darticle.aspx?type=view&id=201901037 作为自然界储量最为丰富、可持续、可再生、环境友好的一种天然原材料,纤维素已成为高分子材料领域的研究热点之一。其中纤维素气凝胶兼具超高孔隙率、超低密度纳米多孔材料的优点和高分子材料韧性好、易加工的特性,有诸多优异的性能,是继无机气凝胶和合成高分子气凝胶之后新一代气凝胶材料,正受到人们广泛的关注。介绍了作者课题组利用离子液体制备纤维素气凝胶方面的研究进展,主要包括:利用离子液体溶解结合超临界CO2干燥技术制备纤维素气凝胶;纤维素基复合气凝胶材料的制备;以及纤维素气凝胶材料作为锂离子电池凝胶聚合物电解质的应用。 2019年01月29 00:00 2019年第01期 42 48 5007274 余坚,米勤勇,袁斌,张军 石墨烯复合纤维材料研究进展 /oa/darticle.aspx?type=view&id=201901035 石墨烯具有优越的力学、电学、热学等性能。石墨烯纳米片组装成石墨烯纤维,将石墨烯优异的性能应用到先进的宏观材料中,石墨烯纤维可用于组装柔性电极、导电织物等智能器件。不同的制备方法赋予石墨烯纤维不同的功能化性能,比如高温石墨化处理会大大减少纤维的缺陷,从而获得很高的力学性能;通过掺杂不同元素,可以使石墨烯纤维具有非常好的导电性和导热性;通过界面协同作用增强石墨烯片层间的界面强度,使石墨烯纤维在提高力学性能的同时,保证较高的导电性;限域水热法制备,可以通过控制玻璃毛细管的形状来获得不同宏观形状的石墨烯纤维。综述了石墨烯纤维研究的最新进展,主要关注不同的制备方法以及后处理过程对石墨烯纤维的力学性能、电学性能以及功能化应用的影响。 2019年01月29 00:00 2019年第01期 49 57 8597324 张媛媛,程群峰 二氧化铀基事故容错燃料芯块研究进展 /oa/darticle.aspx?type=view&id=201901038 福岛核事故之后,现有核电站面对重大事故的固有安全性不足还是引起了世界核能研究领域的高度重视,事故容错燃料(accident tolerant fuel, ATF)的概念也由此产生。事故容错燃料能够在较长时间内抵抗冷却剂丧失事故,还能保持或提高正常工况下的性能。考虑到二氧化铀(UO2)是目前在核反应堆中得到大规模应用的核燃料,在不影响UO2中子特性的前提下提高其热导率成为近期最有可能得到应用的技术。因此,在众多事故容错燃料体系中,UO2基事故容错燃料成为目前研究的重点。主要针对目前UO2基事故容错燃料芯块的研究进展进行了综述。 2019年01月29 00:00 2019年第01期 58 67 6375213 高瑞1,杨振亮1,李冰清1,黄华伟2,马赵丹丹2,程亮1,贾建平1,褚明福1,刘彤2,张鹏程1 X-ray成像技术表征金属凝固组织及其演化过程研究进展 /oa/darticle.aspx?type=view&id=201901036 X ray具有较强的穿透性,可以穿透一定厚度的金属块状材料(毫米级的重金属,如钢、镍基合金等和厘米级的轻质金属,如铝、镁合金等),因而可以用来对其进行成像,获得其内部二维和三维微观结构。Xray成像技术对被表征物体的成像是非破坏性的(nondestructive),因而在一定的时间和空间分辨率条件下,还可以对金属材料成形过程的组织演化实时观测,实现对金属材料成形过程宏/微观结构演化的原位表征。第三代同步辐射光源可以产生高通量、高能量、高分辨率以及高相干性的Xray光束,利用它可以实现对金属材料从宏观(厘米级)到微观(微米、亚微米、纳米级)结构及其演化过程快速、准确的测量表征。Xray成像技术已经成为研究金属凝固科学问题的有力手段。简介了Xray成像技术的基本原理,综述了Xray成像技术在金属凝固组织三维(3D)表征和组织演化过程二维和四维(3D+时间)原位表征中的应用。最后对未来Xray成像技术在金属材料凝固领域的应用前景进行了展望。 2019年01月29 00:00 2019年第01期 68 76 4623682 帅三三,王江,任忠鸣 染敏太阳能电池中过渡金属硫化物对电极研究进展 /oa/darticle.aspx?type=view&id=201901039 近年来,第三代太阳能电池——染料敏化太阳能电池(dyesensitized solar cells,DSSC)因制造成本低、环境污染少、生产工序简单等优点而备受关注。对电极作为DSSC的重要组成部分是影响其光电转换性能及稳定性的重要因素。综述了对电极材料在DSSC中的作用以及研究现状,重点介绍了过渡金属硫化物(transitionmetal sulfides,TMSs)在DSSC中的研究进展,阐述了TMSs与其他对电极材料相比具有的优异性能及其制备方法和性能参数,最后提出了今后DSSC研究的主要方向是继续开发各种原料易得、成本低廉和稳定高效的新型对电极材料。TMSs染料敏化太阳能电池作为化合物薄膜太阳能电池中非常重要的组成部分,具有很大的应用前景。 2019年01月29 00:00 2019年第01期 77 82 1826207 李玲1,张雪1,王坤1,梁克凡1,闫勇1,温宝鑫1,胡晓雪2,刘爽2