对球磨时间不同的Cu₂Se、In₂Se₃和Ga₂Se₃混合粉末进行热压烧结制备CIGS靶材, 发现在球磨时间较短时靶材出现分层, 随着球磨时间延长分层缺陷消失。由此考察了粉末在球磨过程中发生的物理化学变化及其对分层的影响。结果表明: Cu₂Se、In₂Se₃和Ga₂Se₃三种硒化物粉末在球磨过程中发生机械合金化反应形成黄铜矿相Cu(In, Ga)Se₂ (CIGS)。随着球磨时间的延长, 黄铜矿相结构CuInSe₂ (CIS)首先在Cu-Se二元化合物表面产生, 并随着Ga原子的扩散逐步形成CIGS四元相。当球磨时间达到48 h时, 粉末由黄铜矿相CIGS和少量Ga₂Se₃组成。由于Cu_2-xSe与CIGS晶体结构相近, 因此通过外延反应的方式有效促进了CIGS的合成。球磨过程中Cu-Se二元相的消失和CIGS相的形成有助于抑制烧结过程中分层缺陷的产生。

应用X射线光电子能谱(XPS)和第一性原理计算的方法研究了纳米化对Fe20Cr合金在Cl^-浓度为0.1 mol/L的硼酸缓冲溶液中Cl^-吸附行为的影响。结果表明, Cr对Cl^-吸附行为有两方面的影响: 根据理论计算结果, 随着界面处Cr元素含量的增加Cl^-的吸附能逐步降低, 易于Cl^-的吸附; 但是在实际环境中Cr含量的增大导致合金更易于形成Cr氧化物的钝化膜, 从而阻止Cl^-的吸附行为。纳米化加速了Cr元素的扩散行为, 导致Cr元素在钝化膜内及钝化膜/金属界面的富集。由此可见, 纳米化抑制了Cl^-吸附及在钝化膜内的扩散行为, 提高了钝化膜的耐蚀能力。

采用表面机械滚压处理(SMRT)在316L不锈钢表面制备出梯度纳米结构(GNS)表层, 研究了SMRT对GNS表层中的相组成和微观组织演变的影响机制。结果表明: 经SMRT后316L不锈钢表层的奥氏体相发生形变诱导马氏体相变, 且马氏体含量随着SMRT压下量的增大而增多; 微观组织的细化过程先后经历了高密度位错生成和交互作用、形变孪生、形变诱导马氏体相变和马氏体晶粒细化过程, 最终在最表层形成以马氏体相为主、晶粒尺寸~55 nm的纳米晶组织。

采用包套热等静压工艺制备了洁净Ti55粉末合金。根据Ti55预合金粉末的β转变温度选择了两个热等静压成型温度, 分析了Ti55粉末合金对热等静压温度和后续的热处理制度的响应。结果表明: 在940℃和970℃热等静压成型的粉末合金, 其显微组织和拉伸性能的差别不大。考虑到在构件热等静压成型过程中存在温度/压力场分布不均匀引起的致密化波动效应, 本文优选的热等静压温度为940℃。固溶时效热处理使粉末合金600℃的拉伸性能显著提高, 其拉伸性能优于铸造合金, 接近锻造合金的水平。有限元模拟仿真可辅助包套/模具设计, 提高效率, 是粉末冶金近净成型构件制备的有效计算仿真工具。应用有限元仿真辅助包套模具设计, 采用热等静压工艺成型了Ti55粉末冶金薄壁筒体结构。

制备了N-琥珀酰基-O-羟丙基磺酸壳聚糖(SA-HPSCS), 用FTIR、¹H NMR等测试手段对其表征, 并以其为有机基质仿生合成碳酸钙, 对照比较在纯水体系和SA-HPSCS体系下合成的碳酸钙的晶型和形貌, 并考察体系的pH值对SA-HPSCS仿生合成碳酸钙的影响, 探讨其作用机理。结果表明, 在纯水体系中形成单一的方解石晶体, 而在SA-HPSCS体系中形成以球霰石为主的碳酸钙晶体。在pH=6时, SA-HPSCS体系中形成的球霰石含量达95.8%; 随着pH由6上升到10, 球霰石含量由95.8%下降到75.2%, 尺寸由6-12 μm下降到2-6 μm。这些结果说明, SA-HPSCS对碳酸钙有良好的调控作用, 形成尺寸不一、形貌差异、晶相含量可控的碳酸钙晶体。其调控作用受体系pH值的影响。

研究了过渡金属元素(Zr, Nb, Mo)和Cu元素对Fe₇₈Si₉B₁₃合金系非晶形成能力、热稳定性和磁性的影响; 在Fe₇₄Cu₁Nb₃Si₁₃B₉合金的基础上, 通过逐步提高Fe含量, 利用单辊甩带法制备Fe_(76+x)Cu₁Nb₃Si_(11-x)B₉(x=0, 2, 4)和Fe_(79+x)Cu₁Nb₂Si_(6-x)B₁₂(x=0, 2, 4)非晶/纳米晶合金薄带; 利用XRD、DSC、TEM和VSM研究了高Fe含量Fe-Cu-Nb-Si-B系非晶/纳米晶合金的微观结构和磁性, 并通过添加Nb元素优化了高Fe含量合金的磁性。研究结果表明: Zr和Nb元素的添加能明显提高Fe₇₈Si₉B₁₃合金的非晶形成能力和热稳定性; 高Fe含量的Fe-Cu-Nb-Si-B系纳米晶合金为典型的非晶/纳米晶双相结构, 合金的饱和磁化强度M_s>180 emu/g, 且合金的矫顽力H_c在2Oe-9Oe之间, 具有良好的软磁性能; Nb元素能显著细化Fe-Cu-Nb-Si-B系合金晶粒尺寸, 从而能显著降低合金的矫顽力, 改善合金的软磁性能; 当Fe含量在80%-83%(原子百分比, 下同)之间时, 合金具有良好的软磁性能, 但当Fe含量达到85%时, 会有Fe₂B、Fe₃B相析出, 从而显著恶化其软磁性能。

用高温渗碳方法制备氧化锆陶瓷, 研究了渗碳温度和时间对表面电阻率和维氏硬度的影响。结果表明, 高温渗碳后在氧化锆陶瓷表面形成了改性层; 随着渗碳温度的提高和渗碳时间的延长表面电阻率下降, 维氏硬度升高。渗碳温度为1450℃、渗碳时间为3 h的氧化锆陶瓷, 其表面电阻率由10¹⁴ Ω/□低至10⁷ Ω/□, 维氏硬度略有升高达到14 GPa。显微结构和组成分析结果表明, 在氧化锆陶瓷表面形成了约3 μm的改性层。结果证实, C元素的浓度从表面到内部逐渐降低, 在内部主要以单质形式存在, 在表层主要以单质C及ZrC_0.85形式存在, 使其具有防静电性能。

模拟天然骨组织中胶原的有序结构, 构建多级有序的胶原液晶膜, 以胶原非液晶膜作为参照, 通过体外的仿生矿化考察了胶原液晶模板对于仿生矿化的影响。采用偏光显微镜、扫描电镜、原子力显微镜、X-射线衍射等手段分析了仿生矿化不同时间后在两种模板上沉积的钙磷盐的形貌与结构。结果表明, 胶原液晶的多级有序结构对仿生矿化有比较明显的影响; 与胶原非液晶模板相比, 在胶原液晶模板上沉积的钙磷盐不仅在微观上有序, 而且在宏观上也很有序且致密。这表明, 胶原液晶的这种多级有序结构有利于构建仿生骨组织修复材料。

采用球面接触往复移动方式, 使用UTM-2摩擦磨损试验机考察了石墨烯作为润滑油添加剂的摩擦磨损性能。用TEM、SEM、XRD、红外光谱、拉曼光谱等手段对石墨烯的形貌和结构进行表征, 用PAO4作为基础油和添加质量分数为0.01%石墨烯(GP)的润滑油进行对比, 研究了在不同温度和不同织构面积率下的摩擦学性能。结果表明: 在润滑油中添加石墨烯能显著改善摩擦磨损性能, 温度为60℃和100℃时的效果最明显。在60℃和100℃工况下, 在PAO4基础油中相对于原始表面各种织构都增大了摩擦系数和磨损率, 在25℃和150℃工况下表面织构对摩擦磨损的影响不大; 使用含有石墨烯的润滑油在不同温度下织构面积率为5%时摩擦系数较低, 织构面积率为20%时摩擦系数较高, 织构面积率为10%时磨损率较低。

采用表面活性剂Triton X-100辅助溶剂热法合成花型纳米SnS₂, 研究了表面活性剂添加量(0-2 mL)对样品的成分、形貌及电化学性能的影响。X射线衍射光谱(XRD)和能谱(EDS)的测试结果表明: 合成的材料为单相SnS₂, 具有层状六方CdI₂型晶体结构; 扫描电镜(SEM)观察结果表明, Triton X-100在控制花型SnS₂形貌的过程中起了决定性作用, 当Triton X-100的添加量为0.5 mL时样品的结晶度最好, 花型结构饱满, 形貌最佳; 电化学性能测试结果表明: Triton X-100添加量为0.5 mL时, 在0.01-1.2 V电压范围及0.15C倍率下花型纳米SnS₂的首次放电比容量可达1598 mAhg^-1, 首次可逆比容量为656 mAhg^-1, 循环50次后可逆比容量为572 mAhg^-1, 容量保持率达到87.2%。

以丙烯腈(AN)和衣康酸(IA)共聚生成丙烯腈/衣康酸共聚物(P(AN-co-IA))为相容剂, 用溶液共混法制备聚丙烯腈/聚乙二醇高分子固-固相变材料, 用傅里叶变换红外光谱(FT-IR)、步冷曲线、差热分析(DSC)、X射线衍射(XRD)及偏光显微镜等手段对共混物进行表征, 分析讨论了P(AN-co-IA)的增容机理和蓄热储能性。结果表明, P(AN-co-IA)对聚乙二醇/聚丙烯腈(PAN/PEG)共混体系具有良好的增容效果, 共混材料的保温性能良好, 具有较大的焓值, 其相变温度和相变焓随着PEG含量的增加而提高, 共混物呈现出“固-固”相变特性。在有限次的循环加热中相变温度及相变焓无明显变化, 表明材料的蓄热耐久性良好。

研究了表面处理对近片层γ-TiAl合金Ti-45Al-5Nb-1W-1B(原子分数, %)拉伸性能的影响。研究表明: 喷丸试样在室温和高温下都具有最高的抗拉强度, 车削加工试样的室温抗拉强度与喷丸试样接近, 但是高温抗拉强度明显降低。电解抛光试样的室温抗拉强度最低, 但是高温抗拉强度与喷丸试样类似, 都显著提高。喷丸和车削加工试样都出现一个压应力区, 但是喷丸还出现一个大约300 μm厚的变形区, 其压应力明显比车削加工试样的大, 同时压应力的引入使裂纹萌生的位置也发生了变化。