摘要：随着碳纳米管增强铝基复合材料制备工艺的不断完善,碳纳米管的难分散问题被妥善解决,复合材料的强度有所提高,但复合材料的高模量、高强度没有得到充分利用,并出现“强度–塑性”倒置现象。本文总结了近年来对碳/铝复合材料界面结构、晶粒结构与复合构型设计的调控手段,讨论了界面结构强度对碳纳米管载荷传递效率的影响,分析了出现倒置现象的原因,并针对复合材料塑韧性差的问题,提出了调控思路,为制备强度高、韧性强的碳纳米管增强铝基复合材料提供依据。

摘要：非晶合金具有许多优于传统合金的性能,而具有纳米晶结构的非晶合金材料的许多特性与传统的晶态合金材料和非晶态合金材料有着根本的不同。铁基非晶合金作为应用最广泛的非晶合金体系之一,通过热处理获得的具有纳米晶结构的合金具有更加优异的软磁性能,而这种高性能的功能合金响应了国家节能减排的号召,是21世纪信息、生物、能源、环保、空间与高技术领域重点发展的绿色产品。为了获得具备更多优异性能的纳米晶合金材料,近几十年来众多学者研究了元素的替代对纳米晶合金的影响。然而,当前对于纳米晶合金的研究仅局限于铁基非晶合金,并未探索其他元素基体的非晶合金;同时,目前对于纳米晶合金成分的设计大多根据经验规律或者探索性试验进行,尚未形成具有统一共识的理论模型。自1988年Finemet合金问世以来,研究者们除了为提高其软磁性能进行了大量的尝试之外,对纳米晶的形成机理也展开了不断的探索,发现对于Finemet合金纳米晶的结晶机制主要归因于α-Fe(Si)基体中Cu元素和Nb元素的相互作用。Finemet系列合金由于成本低廉,并且具备铁基非晶合金的高磁感与钴基非晶合金的低磁滞损耗与高磁导率,目前已经在变压器及电流互感器等领域实现应用。同时随着社会的进步以及对绿色发展的需求日益增长,对Finemet合金的研究不再局限于其在变压器设计的应用,研究者们对合金的巨磁阻抗效应、表面多样性及其向复合材料的发展也做了大量的探索,实现了其在军工、信息、能源等行业的应用。本文以经典Finemet合金为例,归纳了近年来通过元素的置换对Finemet合金的研究,分析了各个元素对Finemet合金的影响,通过分析Finemet合金的纳米晶结晶过程,归类出各组成元素影响纳米晶磁性能的机理,在此基础上,提出了一种研究纳米晶磁性合金的理论模型。最后,回顾了Finemet合金的研究进展并展望其未来的发展方向。

摘要：高性能可调控的稀土发光材料及相关物理机制的探究是设计和开发新型发光材料与器件的重点与难点。其中,揭示离子间复杂的微观相互作用产生的能量传递特性一直是稀土掺杂发光材料研究中的关键问题。Monte Carlo模拟是一种依赖大量重复的随机抽样获得数值结果的统计模拟方法,是稀土发光领域中结合基质晶体结构、离子掺杂行为、荧光衰减动力学数据等对离子间能量传递机理进行系统研究的重要工具。本文首先简要介绍Monte Carlo模拟的基本原理及建模方法;然后从影响能量传递的相互作用机理和几何因素出发,概述了利用Monte Carlo方法研究离子间能量传递的进展;最后进行总结并对该方法在稀土发光材料中的应用进行了展望。

摘要：石墨烯量子点作为纳米炭家族中独特的一员,由于其高比表面、丰富的表面化学反应位点和高电荷转移性能,已成为全解水和金属-空气电池等领域中的重要催化剂。了解石墨烯量子点在多相催化中的催化机理有助于合理设计高性能石墨烯量子点基催化剂。本文综述了近年来石墨烯量子点基多相催化剂的合成、改性及在全解水、金属-空气电池等领域应用的研究进展。讨论了目前石墨烯量子点基催化剂研究中存在的问题,并对设计高性能石墨烯量子点基催化剂的前景进行了展望。

摘要：负极材料是锂离子电池的重要组成部分,目前商用锂离子电池的负极材料石墨的理论比容量仅为372 mAh/g,严重制约了锂离子电池的进一步发展。在众多的锂离子电池负极材料新体系中,金属氧化物具有理论比容量高、价格低廉、环境相容性好等优点,受到广泛关注,但是其存在导电性差、充放电体积变化大等缺点。研究发现,纳米化可以在保持金属氧化物优点的同时克服其缺点,因此成为金属氧化物基负极材料的研究热点。本文对近期纳米金属氧化物基锂离子电池负极材料研究的主要成果进行综述,着重关注几种具有代表性的金属氧化物及其复合物的纳米结构设计与性能优化,并为后续相关研究提出建议。

摘要：锂硫电池具有较高的理论比容量(以硫计1675 mAh·g^-1和2600 Wh·kg^-1),以及低成本和绿色环保等优势,成为最有前景的下一代可充电储能器件之一。然而,锂硫电池内部严重的多硫化锂穿梭现象导致了电池容量的下降和使用寿命的快速降低。为实现锂硫电池的商业化,其严重的"穿梭效应"亟需改善。普通的商业隔膜有很大的孔径(500 nm),且不具有阻碍多硫化锂迁移的功能。因此,对隔膜进行表面修饰,引入功能化修饰层就成为了一种很有效的策略。本文综述了近年来隔膜表面修饰所遵循的方法以及在此基础上开发的新型隔膜,并对功能化的隔膜在提升锂硫电池性能上的前景进行了展望。

摘要：电极的结构设计是影响其反应动力学与离子传质能力,进而影响电化学储能系统性能的重要因素之一.为了追求较好的电极动力学以及传质速率,三维有序石墨烯基电极已吸引越来越多的研究兴趣.与其他类型的三维石墨烯结构不同,通过定向冷冻法、等离子体增强化学气相沉积法、KOH辅助水热法等制备的三维垂直定向石墨烯(3DVAG)具有垂直开放通道以及低孔隙弯曲度,可以有效增强离子的输运和电子的传导,提高活性物质的负载,从而实现电极材料的高能量密度及倍率性能.本文对三维垂直定向石墨烯的制备方法及其在超级电容器中的应用进行了综述,并对其未来的发展前景进行了展望.

摘要：近年来磁力显微镜(magnetic force microscopy,MFM)对动态磁场信号的测量与分析由于其特殊的工业要求和重要用途而受到广泛关注,本文旨在利用交变磁力对磁性探针的周期性调制发展一种交变力磁力显微镜技术,为磁信息存储工业等重要领域关键技术的发展提供新型的有力的工具.与目前标准MFM采用的设计思路不同,本文的关键在于合理利用MFM频率调制机理,优化设计MFM磁性探针,并且引入动态信号处理模块,实现对交变磁场信号的MFM成像.为达到这些目的,需要从理论上研究MFM探针的频率调制机理,并由实验上设计出动态信号提取模块,二者相辅结合优化设计出具有动态信号测试和分析能力的交变力磁力显微镜技术,由此来测量和解释纳米尺度磁畴结构.

摘要：随着高功率激光和光通信技术的迅速发展,如何消除光学系统内部产生的反射噪声是一个至关重要的问题。磁光隔离器是依据法拉第效应设计而成的磁有源器件,能够有效隔离大部分反射光以保证光学系统稳定工作,而法拉第磁光材料作为磁光隔离器的核心部件,其研究和应用推动了磁光隔离器的更新与发展。CeF_(3)晶体具有高透过率、宽透过区间和高Verdet常数等优点,近年来获得了广泛关注,但是其传统生长方法存在成本高、周期长等缺点。本研究通过坩埚下降生长技术,优化温场结构和生长工艺,采用多孔坩埚成功获得多根CeF_(3)晶体。与商用TGG(Tb3Ga5O12)晶体相比,CeF_(3)晶体的透过率得到明显提高,最高达到92%,并且在近红外波段两者的Verdet常数相当。CeF_(3)晶体的比热较高,表明晶体拥有较强的抗热冲击能力和较高的抗激光损伤能力。本研究使用多孔坩埚技术生长CeF_(3)晶体,实现了规模化和低成本生产;生长的CeF_(3)晶体物理性能优良,具有应用于近红外波段磁光隔离器的巨大潜力。

摘要：采用全原子分子动力学方法系统研究了聚酰胺(PAMAM)型树形大分子非共价搭载4种抗癌药物分子(CE6,DOX,MTX及SN38)的药物传输复合体系.考察了药物分子种类、数量及树形大分子的代数和聚乙二醇化表面修饰对复合体系的结合强度、尺寸及溶剂中扩散行为的影响.研究发现,PAMAM自身变形能对药物-PAMAM间的结合有重要影响.搭载较多的药物分子可以使PAMAM自身增大,但同样搭载条件下经过聚乙二醇化修饰过的PAMAM变化并不明显.PAMAM分子表面的聚乙二醇化可以更高的强度结合更多的药物分子,并减缓其扩散速度,因而提高药物分子的搭载效率和体内滞留时间.为新型树形大分子基药物传输体系的设计提供理论依据.