简讯

哈工大合成功能性高分子结构强化金属/热塑复材热连接界面

轻质合金与热塑性复合材料形成的多材料混合结构，成为未来装备轻量化的主要表现形式，可实现局部减重30%～40%，在航空航天、轨道交通、汽车等行业具有广泛应用前景。但是，金属与热塑性复合材料的微观结构和热物理性能差异巨大，难以直接进行熔化焊接，使得实现两者的高强度直接热连接成为异质材料连接领域的研究热点。

激光连接作为工业适用性较强的热连接工艺，通过优化工艺窗口及施加界面压力可使金属与热塑性复合材料达成可靠连接，但直接连接的接头强度较低，因此需要界面调控。

近日，哈尔滨工业大学檀财旺教授团队提出通过一种通过化学合成功能性高分子结构定向诱导高密度二次交互作用的界面调控技术：根据金属及热塑性复合材料的原子及官能团组成，合成功能性席夫碱聚合物，通过金属原子与席夫碱官能团的络合作用及热塑性复合材料与功能性席夫碱聚合物中的极性官能团间的二次交互作用，结合高分子结构实现对金属/热塑性复合材料热连接界面高密度二次交互作用的定向诱导。

相关论文以“Directionallyinduced high-densitysecondary interactionforenhancing thebondingreliabilityof titaniumalloyandCFRTP viafunctionalschiffbasecontainedpolymer”为题发表在CompositesPartB:Engineering上。

研究人员以TC4 钛合金与碳纤维增强聚醚醚酮为待连接材料，筛选待连接材料内的金属原子及官能团组成，通过化学合成手段成功制备了功能性席夫碱聚合物。通过定量喷涂法向TC4 钛合金表面引入均匀的纳米级功能性涂层，纳米级功能性席夫碱高分子结构在激光连接过程中对TC4 钛合金内钛原子与碳纤维增强热塑性复合材料内极性官能团实现了高密度二次交互作用的定向诱导，通过傅立叶红外光谱将交互作用进行精确捕捉与鉴定，并通过第一性原理分析验证了作用机理及调控的定向性。改性的钛合金/热塑性复合材料激光连接接头性能提升了287%。

同时，该技术的成本/效益系数低于目前界面强化研究领域报道的平均水平，具有较好的市场应用前景，并成功制备工业可应用的大尺寸构件。

这项研究突破了现有针对调控机械嵌合机制的微织构引入加工时效长、调控化学键合机制的界面键合诱导困难等局限，创新地结合化学合成手段，通过制备功能性调控结构诱导高密度二次交互作用，实现对金属/热塑性复合材料热连接界面较弱连接机制的定向强化。该技术也为金属/热塑性复合材料热连接界面定向调控提供新思路，为界面的二次交互作用的定向诱导、鉴定及验证奠定了理论基础。

下图为合成的功能性席夫碱聚合物及其定量喷涂示意图。

（本刊记者 大漠）

山东大学克服双相高熵合金强韧性倒置关系

山东大学机电与信息工程学院宋凯凯教授团队在高熵合金（HEA）材料结构调控和力学提升方面取得新进展。该工作创新性地将超快速退火（闪灯加热）工艺和深冷处理工艺（UHDCT 工艺方法）应用于TRIP 型双相Fe50Mn30Co10Cr10高熵合金，使其极限抗拉强度和延伸率同时提高了约58%和96%，为制备高强高韧高熵合金提供了新的思路。

相关成果以“Evading strength-ductilitytrade-off dilemmainTRIP-assisted Fe50Mn30Co10Cr10duplex high-entropyalloysvia flashannealinganddeep cryogenictreatments”为题，发表在ActaMaterialia。

研究表明，经过UHDCT 工艺方法处理后，双相高熵合金形成了一个包含超细表面区域、过渡区域和内部区域的梯级异质结构。在这一过程中，深冷处理的应用促成了超细表面区域形成纳米针状马氏体。这些马氏体因其出色的热稳定性，并未转回奥氏体状态，而是在表面区域粗化形成了纳米层状结构。在静态加载过程中，孪生诱导塑性主要控制着表面区域的塑性变形，从而提高了强度，使表面区域的维氏硬度比内部区域高出约72%。另一方面，随着过渡区和内部区奥氏体转变的逐步进行，奥氏体含量得到了增加，晶粒得到了细化，促进了马氏体转变诱导塑性效应的发生，进一步提高了强度和塑性。

此类方法制备的高熵合金的力学性能可以媲美通过复杂热机械过程制备的高熵合金的力学性能。

（本刊记者 大漠）

一种超高强度多尺度结构的摩擦电气凝胶膜

新一代可穿戴电子产品在生物医学、个人健康监测等领域的快速发展，具有彻底改变人类未来生活方式的潜力。在改善功能电子产品鲁棒性的同时提高其可持续穿戴能力，是推动上述变革的有效途径。基于接触起电和静电感应耦合机制的摩擦电式传感器，成为改变人类获取周围环境信息的高效工具。智能摩擦电式传感器在解决电子产品能源供给问题的同时，拓宽了材料的选择范围，以此将灵活赋予传感设备更多的特殊功能。这为通过定制轻质、坚固的摩擦电材料以协同提高可穿戴电子产品的鲁棒性和持续可穿戴能力提供了设计思路。

近日，王双飞院士团队聂双喜教授课题组基于“以患为利”的设计思想，制备了一种具有超高强度和多尺度结构的摩擦电气凝胶膜。自加速效应帮助聚合物分子链之间形成多重氢键并快速出现凝胶化行为，迅速匹配的双氢键诱导纤维素纳米纤维与聚苯胺超分子在纳米空间内自组装出具有多尺度缠绕的凝胶结构。同时,结合树叶仿生的增强机制，气凝胶膜的拉伸强度提高至104 MPa。基于该气凝胶膜所构筑的可穿戴摩擦电传感器显示出良好的鲁棒性和超快的响应（48 ms）。

该项成果以“Multiscalestructural triboelectricaerogelsenabled byself-assemblydriven supramolecularwinding”为题发表在Advanced FunctionalMaterials上。

这项工作通过对传统自由基聚合反应中“不利的”自加速效应进行合理控制，制备了一种具有多尺度缠绕结构的纤维素基摩擦电气凝胶，并基于此材料开发了一种用于有毒环境中的高鲁棒性自供电传感器。这种“以患为利”的有趣设计思想，为高性能气凝胶的简便制备提供了参考，以此构建的自供电传感器有望促进可穿戴产品在复杂环境中的进一步应用。

左图为摩擦电式传感器的结构组成。

（本刊记者 大漠）

西安交大：高精度数值仿真揭示流体弹性对聚合物3D 打印的影响

近年来，随着材料领域的蓬勃发展和计算机水平的不断提高，3D 打印技术被越来越多地应用于生产、生活。墨水直写因其受到温度、光照和激光等外部条件的影响较小，设备需求相对简单 ，被广泛应用于药物输送、义肢制造、电子设备加工等领域。

西安交通大学袁文君特聘研究员和陈飞教授，与新加坡国立大学闫文韬教授合作，基于指数型PTT（Phan-thien tanner）本构模型和高精度直接数值模拟方法，研究了黏弹性聚合物流体在打印喷嘴中的挤出、运动平台上的沉积及打印线条的变形行为。此研究主要从应力层面揭示了弹性对线条沉积的影响机理，并针对不同打印速度和喷嘴距基底高度对线条的影响进行了研究。

相关研究成果以 “Numericalinvestigation ontheviscoelasticpolymer flowinmaterialextrusion additivemanufacturing” 为题 发 表 在Additive Manufacturing上。

该工作通过研究弹性、打印速度和喷嘴与基底间的高度对线条形态的影响，发现打印初期因弹性的增大产生的比较大的头部会明显影响打印线条的质量。同时，当喷嘴和基底间的距离较大时，线条中部会出现明显凹陷。

本工作研究了打印参数对于打印线条形态稳定性的影响，从应力角度揭示了线条变形的机理，为墨水直写打印的实际应用提供了理论指导。

下图为不同横截面上打印线条内部应力分量。

（本刊记者 大漠）

华中科技大学研制出可自愈可回收重构可印刷的柔性光电探测器

柔性光电探测器在人体健康监测、人机交互、可穿戴视觉传感等领域具有广阔的应用前景。将半导体纳米材料共混填充到聚合物基体内，在保持聚合物本征特性基础上进一步叠加半导体材料的光电性能，是制备耐久稳定的柔性光电探测器的普适性方法，但聚合物主体会严重束缚载流子传输路径与迁移速率，导致难以获得较佳的光电性能。同时，大部分柔性光电探测器难以在机械破损废弃后进行重复利用，这严重阻碍了其长期可靠的应用。

针对上述问题，华中科技大学翟天佑教授/李会巧教授团队报道了一种可自愈可回收重构的高性能Te NWs/MoS2/Polyimine柔性光电探测器。该工作以MoS2作为光电功能基元、以Te NWs 作为载流子桥梁，以聚亚胺作为动态聚合物基体，通过流体限域刮涂方法在Polyimine 基体中构筑长程取向–桥接的1D/2D Te NWs/MoS2载流子输运通道，进而实现了器件载流子迁移率与光电探测性能的显著提升，并赋予其优异的弯曲/环境稳定性、自修复性以及可回收重构性。同时，还可通过丝网印刷的方式将Te NWs/MoS2/Polyimine 柔性光电探测器与织物结合，进行图案化定制，实现了大面积图像传感。

该研究以“High-performanceTe nanowires/MoS2/polyimine nanocomposite-basedselfhealable,recyclableand screen-printableflexible photodetectorforimage sensing”为题发表在AdvancedFunctional Materials上。

下图为Te NWs/MoS2/Polyimine 柔性光电探测器性能及应用示意图。

（本刊记者 大漠）

室温下高变形性高强度的多晶氮化硼块体陶瓷

近日，燕山大学的田永君院士和赵智胜教授课题组共同报道了一种在室温下具有高变形性和高强度的多晶氮化硼块体陶瓷。这种陶瓷采用洋葱状氮化硼纳米前驱体，结合传统的火花等离子体烧结和热压烧结工艺，形成了由互锁的层状纳米板构成的结构，这些纳米板在不同的扭曲角度下平行堆叠。该块状陶瓷的压缩应变在断裂前可达到14%，远高于传统陶瓷的1%的变形率，其压缩强度也是常规六方氮化硼层状陶瓷的6 倍。这种出色的机械性能得益于纳米板内扭曲分层的固有变形能力，以及三维交错结构对变形在单个纳米板上扩散的限制。这种新型扭曲层状氮化硼块状陶瓷的开发，为制造具有高变形性的块状陶瓷开辟了新途径。相关研究成果以“Twistedlayerboronnitrideceramic withhighdeformability andstrength”为题发表在Nature。

通过在纳米板内引入扭曲层状结构和构造三维互锁纳米结构，实现了vdW BN 陶瓷的高变形性、可塑性和强度。进一步地，通过添加BN 或碳纳米纤维、纳米管或引入第2 种陶瓷相，有望提升扭曲层陶瓷的韧性和强度。

这种塑性变形的能力表明，陶瓷材料能够像金属一样实现真正的永久形变而不发生断裂。此项研究所展示的结构设计策略，为开发具备更高室温变形能力、强度、韧性及能量吸收性能的其他层状vdW 工程陶瓷提供了新的思路。

（本刊记者 大漠）

激光表面区熔快速凝固揭示复合陶瓷的组织演化和凝固行为

在众多高温结构材料体系中，熔体生长的共晶复合陶瓷具有高熔点、低密度、良好的高温力学性能和抗氧化、抗腐蚀等优点，有望成为超高温极端环境服役的新一代结构材料。

激光表面区熔（LSZM）技术利用高能激光束为热源，对试样局部加热，使其完全熔化并形成稳定熔区，并通过激光束的运动实现材料从底部到表面的定向凝固。高能量密度激光（105～107W·cm-2）可以在短时间内（10-3～10-2s）使材料熔化并发生凝固。不同于传统烧结陶瓷，LSZM 技术制备陶瓷无须添加烧结助剂，通过熔体生长可获得界面结合良好、无非晶相的超细化凝固组织，有利于陶瓷性能的提升。

近日，西北工业大学材料学院苏海军教授团队系统研究了LSZM 制备ZrB2–SiC 复合陶瓷过程中的组织演化和凝固行为。研究表明，过高的扫描速度会导致熔体温度的降低，进而导致共晶组织的粗化。然而尽管在较低扫描速度（100 μm/s）下，关停激光造成的淬火现象所获得的共晶间距仅为0.39 μm，比500 μm/s 下凝固的共晶组织还要细小。从熔池底部到顶部的凝固顺序为粗初生相区、定向凝固共晶区、粗树枝状共晶区和迷宫状共晶区。共晶区中有一些弧形的粗共晶带，是由熔池对前一个熔池中凝固的共晶区的二次加热形成的。熔体成分的偏离和固液界面上杂质元素的积累分别会导致损害力学性能的单相失稳和双相失稳，这种现象可以通过降低原料中的杂质含量，适当提高SiC 含量，或通过调整激光功率和扫描速度来控制凝固速率来抑制。

（本刊记者 大漠）