Journal of Materials Science - JMS Article Abstracts in Chinese: Volume 59, Issue 29
The Editors of Journal of Materials Science are pleased to present a selection of abstracts translated into Chinese.
Ti3SiC2/SiC陶瓷的合成、制备和应用：一项综述
Synthesis, fabrication, and applications of Ti3SiC2/SiC ceramics: a review
Chengzhi Du, Bo Lei, Yajie Qi, Rui Zhang & Fuyan Liu
Ti3SiC2/SiC复合材料展现出独特的物理和化学性质，包括独特的层状结构、优秀的摩擦学性质、高热电导率等。这些性质赋予它重要的潜在应用。近年来，对Ti3SiC2/SiC复合材料的研究取得了显著的进步。因此，有必要对其研究进展进行全面的概述。在这篇综述中，我们总结了Ti3SiC2/SiC复合材料的合成方法，这些方法包括烧结、熔盐、化学气相沉积、电泳沉积以及其他固液渗透合成方法。此外，我们还报告了Ti3SiC2/SiC复合材料形成的不同物理形态及其性质和重要应用，特别是摩擦装置、微波屏蔽和吸收材料、高温应用材料以及其他如涂层处理等用途。通过探索这些创新方法，我们可以更好地理解Ti3SiC2/SiC复合材料的合成和应用。
对陶瓷烧结现场测量和模拟技术的回顾：朝向数字孪生烧结系统
A review of in-situ measurement and simulation technologies for ceramic sintering: towards a digital twin sintering system
Benshuai Chen, Xinyu Ren, Quanwei Diao, Hongbo Zou, Xiaolong Shi, Tianyi Sui, Bin Lin & Shuai Yan
绿色和智能制造已经成为工业生产发展的关键方向。现场测量和烧结模拟技术在陶瓷材料的改性和烧结过程的优化中起着关键作用。这两种技术可以显著缓解陶瓷生产过程中的能源和资源浪费问题，从而推动陶瓷行业的绿色发展。尽管这两种技术已经在陶瓷烧结领域得到了广泛的应用，但是对它们应用的全面回顾却很少。为了更好地推广这两种技术的应用，本文首次提供了陶瓷烧结现场测量技术应用进展的概述，并系统地回顾了陶瓷烧结模拟技术的当前研究状态。然后，它展望了这两种技术的应用前景，综合这两种技术，首次构建了数字孪生陶瓷烧结系统的框架，并分析了这两种技术在数字孪生陶瓷烧结系统中的重要作用。
金属纳米材料在超快光子学中的光学性质和应用：一项综述
Optical properties and applications of metal nanomaterials in ultrafast photonics: a review
Jiale Chao, Guangyu Wang, Pengtianyu Qiu, Haoqi Sun, Yachen Wang, Xuanzhu Duan, Jian Zhang, Yunyu Lyu, Ijaz Ahmad & Bo Fu
金属纳米材料由于其由表面等离子体共振效应引起的出色的可饱和吸收性能，已经成为超快光子学应用的有力候选者。近年来，对可饱和吸收器的探索已经涵盖了从贵金属到非贵金属，以及各种结构，如簇，纳米线和纳米片。在这里，我们全面阐述了金属纳米材料在超快激光器中的工作原理，包括表面等离子体共振效应和它们复杂的光学性质。此外，最近在超快激光器中使用的金属纳米材料的进步已经被系统地总结和分类，根据深刻影响其性质的维度结构。此外，基于金属纳米材料的可饱和吸收器的操作参数详细列出。最后，我们展望金属纳米材料在超快光子学中的进一步方向，展示了在超表面的探索，潜在的替代品，和新的集成方法。图形摘要
组装富含氧空位的Co3O4/CeO2纳米酶用于废水分析和处理
Assembling oxygen vacancy-enriched Co3O4/CeO2 nanozyme potential for wastewater analysis and treatment
Yijun Pang, Jie Tong, Xuke Fan, Didi Yang, Zhiquan Chen, Li Zhou & Bing Yan
近期，纳米酶在各种领域如比色传感器、生物医学和环境中找到了广泛的应用。然而，开发高活性和多功能的纳米酶仍然是一个挑战。在此，通过包括水热和机械研磨过程的两步方法，制造出棒状的Co3O4/CeO2异质结构纳米酶。这种方法能有效地创建明确的纳米复合材料界面，从而在Co3O4/CeO2异质结构中产生大量的氧空位，这一点通过高分辨率透射电子显微镜、X射线光电子能谱和拉曼光谱表征得到证实。由于上述特性，Co3O4/CeO2异质结构表现出过氧化物酶模拟活性和优秀的催化性能。因此，构建了一个比色传感器，用于快速和敏感的定量分析单宁酸，线性范围为0.05-3.0 μM，检测限为29.8 nM。此外，Co3O4/CeO2纳米酶还在降解污染物罗丹明B方面表现出显著的效率，20分钟内几乎完全降解。这些发现突出了高活性纳米酶在环境感测和修复应用中的潜力，强调了在异质纳米结构中进行界面工程以增强其催化性能的重要性。
钨磷化物：用于测定危险水污染物对硝基酚的高性能催化剂
Tungsten phosphide: a high-performance catalyst for determination of p-nitrophenol, a hazardous water pollutant
Ming Wei, Siyu Liu, Tienan Bao, Dongsheng Chen, Jiasheng Song, Jiayan Liu, Wenting Tong & Wenbo Lu
作为环境水中的典型有毒物质，以对硝基酚为代表的酚类污染物对生态环境构成了巨大威胁。在这项研究中，我们使用六氯化钨和草酸作为原料，成功设计并构建了由钨磷化物（WP）纳米粒子制成的新型对硝基酚（PNP）传感器，这扩大了WP纳米材料在电分析领域的应用。通过X射线衍射、扫描电子显微镜、透射电子显微镜和X射线光电子能谱等一系列表征技术，确认了WP的成功合成。所有的电化学实验都在pH值为6.5的磷酸盐缓冲溶液中进行。WP纳米粒子可以电催化氧化PNP，产生电流以检测PNP。PNP的反应位点由Gaussian 09和Multiwfn预测。PNP传感器表现出突出的性能，达到了从10.00到6500.00 μM的广泛线性范围，低至1.59 μM的检测限制，以及可靠的选择性、重复性和稳定性。令人满意的是，制备的传感器能满足实际环境水（如自来水和雨水）中PNP测定的要求。
由SnO2-hBN纳米复合材料制成的灵活存储器设备展示出稳定的电阻切换应用
A flexible memory device made of SnO2-hBN nanocomposite exhibits stable resistive switching application
Km. Komal, Mukhtiyar Singh & Bharti Singh
近期在灵活存储器、神经形态计算以及其他领域的发展引发了对基于二维材料的忆阻器设备的大量关注。由于其数据存储能力和快速的工作速度，两端非易失性存储器设备更为高效和令人难以置信。由于医疗保健、可穿戴电子产品和物联网等快速发展的领域的需求，对灵活、低功耗、超薄的存储器的需求正在增加。当前的研究观察了纯六方氮化硼(hBN)包含物对氧化锡(SnO2)基灵活电阻存储器设备的电阻切换性能的影响，该设备是通过直接的水热法合成的。通过X射线衍射和拉曼光谱法对合成的纳米复合粉末进行了表征。纯SnO2和SnO2-hBN (5, 7, 和 10 wt.%) 纳米复合膜被旋涂在ITO-PET灵活基板上以制造存储器设备。为了完成存储器设备，使用热蒸发法制造了厚度小于100纳米的Al顶电极。在比较了制造的设备的电阻切换性能后，发现使用7% hBN的SnO2存储器设备有更高的ION/IOFF比值1000，而包含5和10 wt.% hBN的样品的比值分别为96和10。此外，对制造的7%SnO2-hBN复合膜基设备的保留和耐久性行为进行了研究，分别进行了1.5 × 104和100个周期，存储窗口没有退化。已经注意到，当前的金属氧化物-2D混合纳米复合材料是低功耗、灵活和持久的非易失性存储器应用的有前途的选择。图形摘要
氮掺杂的CNTs和石墨烯碳纳米结构的结构、形态和光致发光性质
Structural, morphological, and photoluminescence properties of nitrogen-doped CNTs and graphitic carbon nanostructures
Venkatesh Ramasamy, Prashantha Murahari, N. R. Banapurmath, N. H. Ayachit, K. Ramesh, K. S. Nivedhitha, Hitha D. Shetty, Chandramouli Vadlamudi & Sanjay Krishnappa
通过热解辅助化学气相沉积（PA-CVD）-热解法合成了石墨烯碳氮化物（g-C3N4）和碳氮化物纳米管（CNNTs）。这些材料的晶体结构、表面形态和光致发光性质受到沉积温度和金属基底选择的影响。本研究详细讨论了CNNTs和石墨烯碳氮化物的结构生长。随着温度升高到800℃，碳结构中无定形性质的数量随着缺陷态的增加而增加。从X射线衍射得到的g-C3N4和碳氮化物纳米管（CNNTs）的层间距分别为3.2 Ȧ和3.3 Ȧ。计算出的晶粒尺寸对于g-C3N4约为87 nm，晶格应变为3.14。FESEM分析显示纳米管结构有明显的差异，600℃下制备的CNNTs具有最小60 nm直径的线性结构，而800℃下制备的CNNTs显示出螺旋、结、不规则结构，最小直径为40 nm。此外，纳米级特征和层间距通过HRTEM和SAED调查得到确认。在800℃的Cu基底上，g-C3N4的最大光致发光强度观察到在574 nm和579.5 nm，位于黄光区域。此外，在可见光谱的更高波长处还注意到了较小的峰值。从光致发光研究中得到的制备样品的估计光学带隙约为2.14 eV。
可持续和多功能的聚氨酯绿色复合材料与可再生材料
Sustainable and multifunctional polyurethane green composites with renewable materials
Przemysław Bartczak, Kacper Szylińczuk, Maciej Tomaszczak & Sławomir Borysiak
聚氨酯材料因其多功能性而具有不断扩大的应用范围。目前，管理剩余物以及生产后和消费后废物用于生产生物复合材料是最明显、有效和有利可图的解决方案之一。由于纤维素、木质素和甲壳素等生物填料的可再生性，使用它们来获得复合聚氨酯弹性体是推广更环保材料的真实视角，同时，也有助于增加额外的经济利润。进一步发展聚氨酯/生物聚合物生物复合材料概念的关键方面是满足一些当前正在运行的行业标准，主要是那些关于功能性能的标准。在所呈现的研究中，首次尝试获得添加生物聚合物（纤维素、木质素和甲壳素）的先进聚氨酯弹性体。以这种方式获得的创新生物复合材料具有良好的加工参数（加工时间、密度）和相比于没有添加填料的标准具有改善的功能性能（耐磨性、拉伸强度、接触角、硬度）。由于上述事实，所描述的生物复合材料可以成功地用于生产具有广泛潜在应用的多功能弹性材料。此外，值得注意的是，以这种方式管理废物材料将降低生产成本，同时间接地有助于保护自然环境。图形摘要
利用深度学习势能辅助的液态Mg-Sr合金的原子模拟
Atomistic simulations on liquid Mg–Sr alloys assisted with deep learning potential
Jia Zhao, Taixi Feng & Guimin Lu
已经证明Sr是Mg合金的有益添加元素，能有效提升Mg合金的性能。然而，Mg-Sr的局部结构和热物理性质，作为合金的重要性质，很少有报道。本研究应用了原子模拟，辅以深度学习势能（DPL），对Mg-Sr液态合金进行了研究，揭示了其局部结构和热物理性质。通过均方根误差、能量和力比较结果以及局部结构的再现性，对训练后的DPL模型的可靠性进行了彻底的验证。采用径向分布函数和结构因子来评估Mg-Sr液态合金的短程和中程有序性，分析了其组分和温度依赖性。在Mg富集系统中，Mg-Sr合金更为紧密；所有的有序性都是温度负依赖的。通过深度学习分子动力学模拟，预测了含有不同Mg浓度的Mg-Sr液态合金的密度、自扩散系数和剪切粘度，覆盖了1100-1400 K的温度范围，并建立了相应的数据库。在1100 K下，可靠地评估了Mg-Sr液态合金的混合焓和元素活性。混合焓小于零，Mg和Sr活性对Mg浓度的依赖呈现出向下的凹形，偏离了Raoul's法则，形成了负偏差。总的来说，本研究为Mg-Sr合金的开发提供了理论基础和方向指导。
基于电场辅助微纳印刷的柔性电容压力传感器
Flexible capacitive pressure sensor based on electrically assisted micro-nanoimprinting
Ke Xu, Changtong Wang, Zixuan Zhang, Yuhe Tang & Hongji Guo
柔性压力传感器正在向更高的精度、更大的面积、多感测能力、更高的分辨率和集成化发展，这对柔性传感器设备的制造过程提出了更大的要求。本研究提出了一种全印刷制造过程，利用电场辅助的3D微纳喷射打印技术制造电容传感器。此外，它设计了基于半球结构、立方体结构和各种微结构排列密度的传感器模拟研究，以指导电容压力传感器的制备。通过使用PDMS混合10%的石墨烯材料来打印微结构的介电层，并使用导电银胶来打印电极层，全印刷过程显著提高了柔性电容压力传感器的制造效率。制造出的传感器达到了最大灵敏度为0.7826 kPa−1，响应时间为90 ms，恢复时间为50 ms。在4000次循环测试中，它表现出优秀的响应性和稳定性，验证了基于微纳-3D打印的柔性电容压力传感器可以提高柔性电容传感器的制造效率，并提供出色的性能。图形摘要
通过层层湿法转移方法实现多层WS2中的弱层间作用和增强电子迁移率
Weak interlayer interaction and enhanced electron mobility in multilayer WS2 achieved through a layer-by-layer wet transfer approach
Xinyu Jia, Changyong Lan, Yiyang Wei, Feng Zhang, Qiusong Zhang, Rui Zhang, Chuanfu Huang, Yi Yin & Chun Li
半导体二维材料由于其独特的物理性质，在电子领域受到了重要关注。在这项研究中，通过化学气相沉积法合成的单层WS2膜，采用层层湿法转移方法，实现了多层WS2膜。光致发光和拉曼光谱的分析表明，多层WS2膜中的层间作用较弱。WS2基场效应晶体管的电子迁移率显著受到层数的影响，其中三层膜展示出最高的迁移率。此外，这些FETs在环境条件下具有操作能力，当使用HfO2作为覆盖层时，性能得到了增强。我们的发现为实现高性能FETs的多层WS2提供了一种可行的方法。图形摘要
自激活策略合成的具有优越钠离子储存性能的分级微-介孔硬碳
Self-activation strategy-synthesized hierarchical micro–mesoporous hard carbon with superior sodium ions storage
Xiangfeng Kong, Haocheng Qin, Xin Li, Lei Guo & Yuxiang Chen
具有良好循环耐久性的多孔硬碳在钠离子电池阳极材料的应用中引起了广泛关注，但常用的碱金属离子激活策略的复杂过程仍然阻碍了其发展。在此，我们提出了一种简单且可扩展的方法来合成分级多孔硬碳。得益于高效的自激活策略，具有大层间距的分级微-介孔硬碳（MMHC）具有高比表面积704.1 m2g−1，这可以在碳质结构中提供更短的离子扩散路径和更多的可接触的电化学活性位点，从而导致快速的钠离子扩散动力学（3.5 × 10–9cm2s−1）。因此，MMHC电极在50 mA g−1下提供高比容量214.3 mAh g−1，在500 mA g−1下经过1000个循环后为118.3 mAh g−1，即使在4000 mA g−1下也为47.4 mAh g−1。值得注意的是，通过工程微-介孔结构，低电压范围的容量贡献比例得到提高（从HC的28.5%提高到MMHC的37.7%）。有希望的是，分级微-介孔硬碳在商业钠离子电池中具有巨大的潜力。
设计和评估复合膜用于大蒜素蒸气的原位合成和抗菌活性
Design and evaluation of composite films for in situ synthesis and antibacterial activity of allicin vapour
Lucie Mašková, Lenka Závišová, Ondřej Kašpar, Zdeněk Knejzlík, Silvie Rimpelová & Viola Tokárová
尽管大蒜素具有强大的抗生素属性，但其低稳定性，这是其持续生物活性的原因，对其在现代医学中的实际应用构成了重大挑战。为了利用这种已为人类所知的数千年的植物化学物质的治疗效益，我们提出在感染部位附近控制大蒜素蒸气的原位合成。考虑到防止由多重耐药细菌引起的大流行情况的新方法的迫切需求，我们建议将大蒜素前体（底物蒜素和酶蒜酶）封装并物理分离在海藻酸基膜和喷雾干燥的壳聚糖微粒中。评估了各种组成的水凝胶膜的机械性能，以及它们保护封装的蒜酶免受热应力并控制水合作用下大蒜素释放总速率的能力。此外，还测试了自由蒜素/蒜酶反应混合物（水溶液）和三种隔室配置，即膜-溶液，膜-颗粒和双膜，对选定的细菌菌株，即大肠杆菌，表皮葡萄球菌和金黄色葡萄球菌的非接触抗菌效果。结果表明，使用提出的隔室系统形成大蒜素蒸气解决了大蒜素的稳定性问题，并对大蒜素产量的速率提供了更好的控制。观察到的抗菌效果与直接使用两种物质的较高初始量形成的大蒜素相当，这是由封装相关的扩散限制所决定的。这些发现说明了隔室系统在开发基于自然的伤口敷料以预防感染和促进愈合方面的潜力。
对于机械和高温抗氧化应用的溅射沉积疏水性铬掺杂镍铝化物涂层的表征
Characterization of sputter-deposited hydrophobic chromium doped nickel alumnide coatings for mechanical and high-temperature oxidation-resistant applications
Sunil Kumar Tiwari, Akula Umamaheswara Rao, Archana Singh Kharb, Vipin Chawla, Neha Sardana, Paritosh Dubey, Piyush Chandra Verma, Sanjeev Kumar Dubey, Devesh Kumar Avasthi & Amit Kumar Chawla ]
Ni3Al和Cr-Ni3Al薄膜在直流磁控溅射下以400°C的基板温度沉积在Inconel-718上。已使用XRD、FESEM、AFM和纳米压痕法分别对沉积膜的相态、微观结构、表面形貌和机械性能进行了表征。纳米压痕法的结果显示，涂层的硬度、模量和粘附强度随着Cr浓度在Ni3Al基体中的增加而增加。5.7原子%的Cr-Ni3Al膜显示出最大的硬度和模量，分别为10.62和150.42 GPa。在900°C、1000°C和1100°C的高温下，在开放空气环境中进行了循环氧化测试，以研究实际的氧化攻击。测试结果显示，Ni3Al和Cr-Ni3Al膜的氧化速率低于未涂覆的基材。掺杂5.7原子%的Cr-Ni3Al的Ni3Al膜已经提供了更好的保护，使基材抵抗氧化攻击。使用FESEM和EDS调查了氧化样品的表面形貌和元素组成，以阐明表面尺度分析和由于形成不同氧化层而导致的氧化机制。
对激光功率变化对300M超高强度钢表面激光熔覆Ni45/Cr3C2/MoS2自润滑耐磨涂层性能的影响的研究
Research of the effects of laser power variation on the properties of laser cladding Ni45/Cr3C2/MoS2 self-lubricating wear-resistant coatings on the surface of 300M ultra-high-strength steel
Peng Wang, Yan-hui Zhang, Ming Pang & Liu-hua Gao
为了提高300M超高强度钢的耐磨性，我们使用激光熔覆技术制造了Ni45/Cr3C2/镍包覆MoS2复合涂层。我们研究了激光功率变化对涂层性能的影响。结果显示，MoS2在激光熔覆过程中部分分解，形成新的硫化物润滑相，如CrxSy和NiS，而Cr3C2部分分解以形成新的增强相，如Cr23C6和Cr7C3。增强相和润滑相主要分布在1100W涂层的表面。1100W涂层的表面硬度达到509 HV0.5，平均硬度为508.65 HV0.5，均超过800W涂层的表面硬度（477 HV0.5）和平均硬度（502.88 HV0.5）。1100W和800W涂层的磨损率分别为300M钢基材的0.29和0.21倍。300M钢基材的主要磨损机制包括严重的粘附磨损、磨蚀磨损和氧化磨损；对于1100W涂层和800W涂层，主要的机制是磨蚀磨损和氧化磨损。随着摩擦磨损的进展，润滑相和硬颗粒的剥落导致1100W涂层的摩擦系数增加。相反，由于其优越的韧性，800W涂层显示出更稳定的摩擦系数和较低的磨损率。图形摘要
Ti含量对FeCoNi基中熵合金微观结构演变和机械性能的影响
Effect of Ti content on microstructure evolution and mechanical properties of FeCoNi-based medium-entropy alloys
Bowen Chen, Xinghua Zhu, Ning Wang, Lei Xiao & Yi Xu
在这项研究中，我们研究了Ti含量对FeCoNi基多主元素合金的微观结构、机械性能和阻尼性能的影响。我们使用电弧熔炼法制备了一系列铸态(FeCoNi)100-xTix中熵合金，这些合金具有不同的Ti含量。结果显示，随着Ti含量的增加，(FeCoNi)100-xTix中熵合金的组成依次出现为单相FCC固溶体相(γ)，L12-(Ni, Co)3Ti沉淀相(γ')，HCP结构的Widmanstätten片状结构和HCP-Fe2Ti-Laves相。这些合金的强度在初次上升后由于沉淀相、Widmanstätten片状结构和Laves相的体积分数增加而降低，而延性通常也会降低。在所有样品中，(FeCoNi)95Ti5合金具有平衡的强度和延性（抗拉强度：约840 MPa，延伸率：约25%）以及良好的阻尼性能（Q−1：约0.04）。这项工作为研究多相形成及其作用机制提供了丰富的数据。
通过关联多尺度纳米断层扫描和SEM/EBSD研究2198 T8再结晶铝合金的延性剪切损伤微观机制
Ductile shear damage micromechanisms studied by correlative multiscale nanotomography and SEM/EBSD for a recrystallized aluminum alloy 2198 T8
Xiang Kong, Mathias Hurst, Lukas Helfen, Fabrice Gaslain, Tilo Baumbach, Heikki Suhonen & Thilo F. Morgeneyer
采用平面薄片样本研究了铝合金2198T8R在剪切载荷下的延性断裂损伤机制。一个样本被加载到失效位移的85%然后卸载，另一个样本被加载到失效。为了克服纳米断层扫描在研究平面样本方面的固有缺点，对预加载的样本应用了同步辐射纳米层析，提供了到纳米级别的结构信息，允许研究延性损伤的核化和演变。损伤特征，包括平面裂纹和金属间颗粒相关的损伤，在高度变形的剪切带区域内被三维可视化。使用纳米层析，没有发现纳米空洞。通过破坏性关联扫描电子显微镜(SEM)和电子背散射衍射(EBSD)抛光后，也观察到了受损的剪切韧带，这表明有害的平面裂纹既是晶间的也是晶内的。平面裂纹与高度变形的带有关。使用SEM分析，没有发现纳米空洞。对第二个破裂样本的断口学研究显示，平面裂纹包含几乎无法观察到的纳米级凹点。最后的合并区域被亚微米级的凹点覆盖，其中存在分散颗粒。对于预变形样本没有发现纳米空洞的事实表明，这些亚微米级空洞的核化、生长和合并发生在加载历史的后期阶段。
由丙烯酰胺单体原位聚合和超细硅酸盐水泥形成的双网络胶凝材料的性能和机制
Performance and mechanism of dual-network cementitious material formed by acrylamide monomer in-situ polymerization and ultra-fine portland cement
Shiao Yan, Lijing Shao, Liheng Shu, Xiang Wang, Bin Shi & Qiao Dong
注浆工程广泛应用于公路维护、隧道开挖、采矿等领域。随着应用场景变得越来越复杂，注浆材料的可注入性和韧性的需求也在不断提高。本研究通过丙烯酰胺（AM）单体原位聚合和超细硅酸盐水泥，制备了一种用于注浆的双网络胶凝材料。AM的原位聚合增加了水泥浆体的流动性，形成了一个水凝胶三维网络结构，并显著减少了初始凝结时间，从345分钟减少到35分钟，AM含量为5%。早期压缩强度（0-7天）受到原位聚合的抑制，抗弯强度显著增加，总体韧性提高了174.4%，AM含量为7%。原位聚合影响了超细硅酸盐水泥的早期水化行为，通过延迟水化诱导期和影响氢氧化钙含量以及硅酸钙水合物中的结合水。超细硅酸盐水泥中的金属离子（Ca2+，Al3+）与聚合物中的羧基的络合增强了有机-无机相互作用。水泥水化产物和聚合物的三维网络结构将形成双网络结构，进一步增强了超细硅酸盐水泥的性能。在本研究中，提出了AM原位聚合在增强超细硅酸盐水泥注浆中的潜在应用。