材料研究进展与发展趋势

《材料研究进展与发展趋势》课程总结报告（姓名：王永志）（学号：z1505031）一、高分子材料研究进展主讲人：周志平教授，2016年3月2日，研究生楼305室报告的主要内容是：1、世界高分子事业的发展历史，可以从一些标志性的事件和诺贝尔奖的获得情况来看，比如1946年JPS在美国创刊，至今仍是高分子学科的最重要期刊之一；1946年世界第一个高分子研究机构布鲁克林高分子研究所在纽约建立；1953年《高分子化学原理》在高分子化学领域获得诺贝尔奖以及2000年艾伦·黑格等人发现和发展了导电聚合物等。2、中国高分子事业发展历史，八十年代为第一阶段，起步很艰难；九十年代步入第二阶段，稳定满增长的阶段；现阶段为第三阶段，我国学者在各大期刊上发表论文已占很大比例。北京大学陆承勋1980年初在国际期刊上发表第一篇论文，是我国高分子学术界以学术论文走向世界的先驱者之一。3、功能高分子材料发展趋势：（1）光功能高分子材料，是指能够对光吸收储存转化的一类高分子材料，在材料领域中占有十分重要的地位。（2）电功能高分子材料，可分为结构型导电高分子和复合型导电高分子类，主要应用于发光电极管等，较无机材料制作种类繁多、可弯曲大面积等优势。（3）反应型功能高分子，化学和物理稳定性好，实现连续化和自动化操作以及避免副反应和提高产率。（4）吸附分离功能高分子主要利用该类材料对液体或气体中的某些分子具有选择性的吸附，从而实现复杂物质体系的分离。（5）生物医用功能高分子（6）先进复合高分子材料（7）生物降解及环境友好高分子材料（8）隐身材料（9）智能高分子材料通过周老师的报告，我对高分子材料有了进一步的认识，也了解了一些高分子材料的背景知识及发展趋势，随着时代的进步以及对材料的要求不断地提高，高分子材料的研究与发展也在往生态、功能性方面进步，我国高分子材料领域在世界上的地位也逐步不可替代。二、强流脉冲电子束作用下304不锈钢和纯铜的微观结构及腐蚀机理主讲人：关庆丰教授，2016年3月9日，研究生楼305室报告的主要内容：HCPEB作用机理（特殊的表面改性效果），作用过程：较高的能量在极短的时间内沉积在材料表层；作用效果：在材料表层诱发热应力场从而材料表面快速强烈的塑性变形。优点：HCPEB具有工件变形小、能量效率高、清洁、处理方式灵活等优点。选题依据及研究内容1、经HCPEB轰击之后，金属材料表面往往会形成大量的熔坑形貌，增加材料表层的粗糙度，并且在材料内部诱发大量的结构缺陷，这些一般会导致金属耐腐蚀性的降低。但许多研究发现HCPEB轰击之后材料的耐腐蚀性能却显著的提高，许多研究者根据此现象进项研究并提出相应的耐腐蚀机制模型。2、马欣欣等人与俄罗斯Tomsk研究所合作，利用HCPEB对M50钢进行改性研究，指出表面成分与组织均匀化是耐腐蚀提高的根本原因。3、Schmuki等人分析了不锈钢内部MnS夹杂物附近化学成分的变化并研究了其与点蚀之间的关系。存在问题1、现存模型却未考虑到HCPEB轰击之后微观结构的形成与演化行为对腐蚀性能的影响。2、现存模型未研究纯金属的耐腐蚀性能变化，因此实验体系不完善；3、现存模型尚不能解释腐蚀性能随表层熔坑密度增大而降低的实验现象。实验过程实验处理参数：密度，持续时间，频率等表征手段：表面形貌分析，微观组织结构分析，显微硬度测试，腐蚀性能测试：爱用传统的三电极体系，选用CHI660C电化学工作站。通过关教授的报告，我对强化脉冲电子束（HCPEB）有了更深的认识，强流脉冲电子束(HCPEB)表面处理是一种新兴的高能束表面处理技术。HCPEB利用高能电子束为热源,瞬间作用使材料表面温度迅速升高,表层成分和组织结构发生变化，是一种新兴的高能束表面处理技术。三、拓扑绝缘体简介主讲人：糜建立教授，2016年3月16日，研究生楼305室报告的主要内容：1、什么是拓扑绝缘体？2、拓扑绝缘体有什么应用前景？3、为什么叫拓扑绝缘体（本质）？有哪些特点？4、如何获得拓扑绝缘体材料?1、拓扑绝缘体是一种内部绝缘，表面允许电荷移动的材料。这样的表面金属态是稳定存在的，不受到杂质与无序的影响，是由体内电子态的特殊性质决定的，而不是由表面的性质决定。拓扑绝缘体的发展历史：第一代：HgTe量子阱，第二代：BiSb合金，第三代：Bi2Se3，Sb2Te3,Bi2Se3等化合物。2、Moore定律：当价格不变时，集成电路上可容纳的元器件的数目，约每隔18-24个月便会增加一倍，性能也将提升一倍，随着器件的越来越小型化，耗损的功率占比越来越大，摩尔定律能否延续下去？传统集成电路发展到今天已经趋向于一个瓶颈，而拓扑绝缘体的发展则能突破这种瓶颈。3、拓扑学：近代发展起来的一个数学分支，主要研究各种“空间”在连续变换下（不通过撕裂，割破等变换）的不变性质和不变量。拓扑绝缘体的“拓扑”不是实空间的拓扑结构，与材料的几何形貌都没有关系。拓扑绝缘体是指电子态在动量空间中的拓扑结构，本质上是电子自旋道耦合的结果。自旋轨道耦合引起了能带反转。电子移动经过原子核的电场时，会产生电磁作用，电子的自旋与这电磁作用的耦合，形成了自旋-轨道作用。拓扑绝缘体是一种新的量子物质态，完全不同于传统意义上的“金属”和“绝缘体”，这种物质态的体电子态是有能隙的绝缘体，而其表面是无能隙的金属态。信息的传递是通过电子的自旋，而不像传统材料通过电荷，不涉及耗散过程，不会发热。表面金属态的出现是由对称性所决定的，它的存在非常稳定，基本不受杂质与无序的影响，在未来的电子技术发展中有着巨大的应用潜力。寻找具有足够大的体能隙并且具有化学稳定性的强拓扑绝缘体材料，成为人们目前关注的重要焦点和难点。四、陶瓷复合材料的设计及应用主讲人：乔冠军教授，2016年3月23日，研究生楼305室1、先进陶瓷分类及应用：先进陶瓷分为结构陶瓷和功能陶瓷两大类，结构陶瓷包括氧化物陶瓷、非氧化陶瓷、低膨胀陶瓷、纳米陶瓷、陶基复合材料。而功能陶瓷包括电子陶瓷、热学光学功能陶瓷、生物抗菌陶瓷、多孔化学陶瓷。结构陶瓷优异的特性表现为高强度、高硬度、高弹性模量、耐高温、耐磨损、耐腐蚀、抗氧化等优点，因此现在许多合金逐渐取代现在的超高合金钢，如发动机汽缸套、轴瓦、密封圈等。功能陶瓷材料是具有光、电磁、声、超导、化学、生物学特性，具有相互转化功能的一类陶瓷。2、结构陶瓷的发展：1980年欧美日掀起陶瓷引擎热潮，1985年中国满怀信心预言前景，1990年汽车用全陶瓷引擎量产，2000年飞机用上全陶瓷发动机。3、反应结合的RB-SiC,由针叶、阔叶等树枝状的微观组织，将SiC和C还有树脂一起反应烧结，最后获得所需的产品，再由针叶、阔叶延伸到竹子，再到纸张，然后是树脂，通过工艺条件获得的纳米孔隙结构，这种陶瓷比常规性能提高一倍。4、可加工的陶瓷材料、尿素和硼酸结合先包覆于SiC表层，经反应后，SiC分散着很多纳米级别的BV，这种陶瓷可以加工穿孔、铣工等都可进行。通过乔冠军教授的讲座，我对陶瓷复合材料有了新的认识和了解，对材料加工有了新的思路，传统的材料加工方式应在陶瓷材料的带动下进行新的突破和尝试，但尽管陶瓷基复合材料的结构部件已用于某些发动机，但陶瓷基复合材料并没有真正地广泛应用，在一些方面有待进一步的研究。五、快速成型制造技术主讲人：王雷刚教授，2016年4月13日，研究生楼305室1、快速成型制造的基本过程：CAD建模、分层、层面信息处理、层面加工与粘接、层层堆积、后处理。2、快速成型制造的主要方法：（1）选择性液体固化（SLA）（2）选择性层片粘接（LOM）（3）选择性激光烧结（SLS）(4)熔融沉积成型（FDM）（1）SLA基本原理：基于液态光敏树脂的基本原理，将激光聚集到液态光固化材料表面逐点扫描，令其有规律的固化，由点到线到面，完成一个层面的建造，层层迭加成为一个三维实体。SLA方法是目前快速成型技术领域中研究的最多的方法，也是技术上最成熟的方法。特点：1、SLA工艺成型的零件精度较高，能达到0.1mm，产品透明美观，可直接做力学实验。2、但这种方法也有自身的局限性，比如需要支撑，树脂收缩导致精度下降，光固树脂价格昂贵，有一定的毒性，且产品不能溶解，不利于环保。（2）LOM基本原理：采用激光或刀具对片材进行切割，首先切割出工艺边框和原型的边缘轮廓线，而后将不属于原型的材料切割成网格状。片状表面事先涂覆上一层热熔胶。通过升降平台的移动和箔材的送给，并利用热压轮碾压将后铺的箔材与先前的层片粘接在一起，再切割出新的层片，层层迭加得到下一个块状物，最后将不属于原型的材料小块剥除，就获得所需的三维实体。特点：工艺简单，成型速度快，精度较高，无需加支撑，成本低，力学性能差。（3）SLS工艺是利用粉末状材料成型的，又称激光熔结（LF）。特点：材料适应面广，具吸引力，不需加支撑，精度不高，不易做薄壁件。（4）FDM是将热熔性材料通过喷头加热器融化，喷头沿轮廓线填充轨迹运动的同时融化材料被挤出，冷却后形成层面，层面堆积而获得三维实体。特点：使用、维护简单，成本较低，适合做薄壁件，污染小。3、快速成型的主要特征：高度柔性，可以制造出任意复杂状的三维实体；CAD模型直接驱动，设计制造高度一体化；成型过程无需专用夹具或工具；无需人员干预或较小干预，是一种自动化的成型过程；成型过程的快速性，适合现在的产品市场。通过王雷刚教授的报告，对快速成型技术有了大概的了解，快速成型技术的出现也对传统工业技术产生了很大的冲击，对制造业产生了革命性意义，但由于发展时间相较于传统工业技术还相对短暂，技术、设备也有待于完善与提高，因此具有良好的广阔的发展前景，与传统工业技术之间的良性竞争也对双方的发展产生促进作用。六、专利讲解主讲人：，2016年4月22日，材料楼418室报告的主要内容是：1、专利的基本知识。专利通常指的是专利权，也可以解释为授予专利权的技术发明。专利权类型有三种：发明、实用新型和外观设计。发明：是指对产品、方法或者其改进所提供的新的技术方案。实用新型：是指对产品的形状、构造或其结合所提供的适于实用的新的技术方案。外观设计：是指对产品的形状、图案或者其结合以及色彩与形状、图案的结合所作出的富有美感并适用于工业应用的新设计。不同专利类型的差异很大：发明专利权的保护期限是20年，实用新型权的的保护期限则是10年。发明专利权的授权时间长达2-3年，而实用新型的授权时间仅几个月。另外，外观设计更倾向于美术思想美感，而发明、实用新型则更注重技术思想、功能和效果。专利权具有独占性、地域性和时间性的特点。专利申请程序：按专利法规定，国务院专利行政部门负责全国的专利工作，统一受理和审查专利申请，依法授予专利权。办理专利申请应当提交必要的申请文件，并按规定缴纳费用。专利申请必须采用纸件形式或者电子申请的形式办理。申请人可以直接面交或通过邮寄的方式向国家知识产权局提交专利申请，也可以通过设在地方的代办处递交专利申请。国家知识产权局于2004年3月12日建立了电子申请系统。申请人可通过国家知识产权局政府网站递交专利申请。2、专利申请书的写法。书的文体：专利文体=说明书+议论文+法律文书。1）说明文：客观地说明事物，以解说或介绍事物的形状、性质、成因、构造、功用、类别等物理的含义、特点、演变等为主要内容。要求：讲清楚、说明白、揭示本质、条理清晰。说明文主要是通过对客观事物或事理的介绍说明，说明文强调科学性、客观性。2）议论文：其要素有论点、论据和论证。论点是论文的作者对所论问题的见解和主张。论据是说明论点的材料。论证是运用论据来证明论点的过程和方法。论证的类型有主论和驳论。主论从正面论证，驳论从反面论证。专利申请中只有主论。而论证的基本结构层次：三段论式的结构：提出问题、分析问题、解决问题。3）法律文书，即权利说明书，像法律条文一样，一个萝卜一个坑，当人家侵犯你的专利时，就看他是否符合相关条款的表述，如果完全符合，则表示侵犯了你的专利。通过老师的报告，我了解了一些关于专利的知识，专利属于知识产权的一部分，是一种无形的财产，与其他财产有不同的特点。像之前所说的，专利具有排他性、事件性和