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机械工程学会摩擦学分会 固体润滑国家重点实验室 摩擦学学报

学科探索

王双飞院士团队李许生课题组AFM：强韧离子凝胶 2024-11-27 ; 01 研究背景柔性可穿戴电子设备的蓬勃发展彻底改变了现代生活方式。离子凝胶具有固有的柔韧性、可调导电性和多刺激响应，在柔性/可穿戴电子设备中备受关注。基于摩擦纳米发电机的自供电传感技术，能拓宽离子凝胶的应用场景。然而，由于大多数离子凝胶，通常无法很好的平衡强度和韧性，限制了其发展。如何设计出既有强度又有韧性的离子凝胶是一项挑战。02文章概述近日，王双飞院士团队李许生副教授课题组通过原位聚合将聚丙烯酰胺（PAM）插入 TEMPO 氧化纤维素纳米纤维（TOCNFs）团簇中，构建了一种具有微/纳米分级缠结网络的水凝胶。然后，利用置换法将金属卤化物离子液体（[BMIm]ZnxCly）取代凝胶中的水，形成了具有超分子相互作用的离子杂化网络。由于结合PAM/TOCNF聚合物网络和[BMIm]ZnxCly的特性，所制备的离子凝胶不仅具有出色的强度( 5.9 MPa )、韧性( 22 MJ m-3 )和弹性模量( 30.4 MPa )，还具有不可燃性、耐热性和耐寒性以及高电导率( 0.27-0.64 S m-1 )。将其应用于摩擦电-应变传感生物电子器件，成功实现了生理信号记录和自供电传感功能。得益于优异机械性能的离子凝胶，传感信号响应速度快( 36 ms )，即使在 4000 次循环碰撞时也能稳定供电。这项成果以题为《A strong and tough ion-gel enabled by hierarchical structure and ion hybridizations collaboration》发表在最新一期的《Advanced Functional Materials》期刊上，2022级硕士研究生彭文暄为本研究的第一作者，李许生副教授为通讯作者，赵佳敏、李秋娴、孙悦、杜国立、唐方圆、刘永斐、胡清娣和聂双喜教授参与研究。03图文导读 1. 离子凝胶的结构设计与制备受树叶分级网格化结构的启发，提出了一种分级结构协同离子杂化提升凝胶网络的策略，用于制备兼具高强度和高韧性的离子凝胶材料。聚丙烯酰胺 (PAM) 共价网络被巧妙地交织进高度聚集的 TOCNF 中。由此产生的 PAM/TOCNF 复合水凝胶呈现出微米/纳米级的缠结网络。这种微/纳米级缠结微区可作为应力传递中心，防止应力集中。再利用溶剂置换的方法，将金属卤化物离子液体 ([BMIm]ZnxCly) 替代复合水凝胶中的水，从而产生离子杂化网络，形成离子凝胶 (PCIZ)。同时，在 ZnCl2 沉淀的驱动下，TOCNF 成分产生了更多的缠结微区，形成了一个链状缠结网络，增强了离子凝胶的机械性能。并且能通过原位调节离子凝胶中的纤维素含量，简单快速地实现 PCIZ 离子凝胶的结构调控和力学性能定制。图1. PAM/TOCNF/[BMIm]ZnxCly (PCIZ) 离子凝胶的结构设计与制备示意图离子凝胶的结构演变 图2展示了通过多尺度结构 (微/纳结构与离子杂化) 实现的离子凝胶的化学表征。通过密度泛函理论 (DFT) 得出，[BMIm]ZnxCly的静电相互作用能远远强于[BMIm]Cl。因此，[BMIm]ZnxCly是作为调节离子凝胶机械性能的良好溶剂。通过能量色散光谱（EDS）、傅里叶变换红外光谱图 (FT-IR)、X射线光电子能谱 (XPS) 等对离子凝胶进行表征，结果均表明溶剂置换成功并且在凝胶中分布均匀。溶剂分子与 TOCNF 分子链上的羧基和 PAM 酰胺基相互作用，组装成超分子网络结构。由于结构和化学性质的不同，PCIZ 离子凝胶具有优异的热稳定性，在 300℃ 时仍能保持90% 以上的初始质量。在110℃能实现0.64 S m-1的高电导率。图2. 坚韧离子凝胶的化学表征及分析离子凝胶的力学性能 良好的机械性对离子凝胶至关重要。图3展示了不同的离子杂化网络与微/纳分级结构对离子凝胶力学性能的影响。通过[BMIm]ZnxCly溶剂置换出的离子凝胶呈现出了更好的力学性能。并且这种离子液体“盐入”效应对多种盐都普遍有效 (AlCl3, CuCl2, CaCl2)。而不同纤维素含量所导致的分级结构对离子凝胶的力学也起重要作用。随着纤维素含量的增加，离子凝胶的应力从 0.85 MPa增加到 5.9 MPa。但随着纤维素含量的不断增加，凝胶的机械性能也在减弱。这可能是由于过量的纤维素纳米纤维破坏了分级结构，导致凝胶缺乏良好的应力耗散机制。得益于离子杂化网络与微/纳分级结构的协同作用，离子凝胶的模量被提升至 30 MPa，韧性也高达 22 MJ/m3。图3. PCIZ 离子凝胶的力学性能 离子凝胶的摩擦电性能 PCIZ作为电极被两层透明的聚丙烯酸酯(VHB) 密封起来，金属铜线作为导线用于线路连接。图4展示了离子凝胶被应用于摩擦电的装置示意图。PCIZ-TENG具有快速的响应能力 (31 ms)，并且在不同频率下具有稳定的摩擦电输出，并通过4000次的循环验证了其长期耐用性。PCIZ-TENG在200℃的高温下仍能实现电信号输出，为其在复杂环境下的应用提供了可能。并且PCIZ也能作为摩擦层实现摩擦电传感，在1000 次循环 (经过 200 次加载和卸载) 下，开路电压仍能保持稳定。图4. 基于PCIZ 离子凝胶的摩擦电性能 5.用于自供电传感器的离子凝胶 由于 PCIZ 离子凝胶具有优越的机械性能、稳定的摩擦电输出和高响应速度，因此在可穿戴摩擦电传感器中显示出巨大的潜力。我们制作了基于 PCIZ 的摩擦电传感器，通过分析传感器信号峰值特征来评估关节的弯曲角度和运动频率，从而实现了精确的人体运动传感。从手指弯曲到步态检测，都能实现稳定的信号输出。此外，离子凝胶还能被制备成书写传感器，以准确地识别不同的英文字母。这些结果展示了 PCIZ 离子凝胶是一种很有前途的材料，可用于检测人体全方位运动的可穿戴设备以及智能书写传感器。图5. 基于PCIZ 离子凝胶的自供电传感器应用 04 结论 本文受到树叶分级结构的启发，通过微纳米纠缠链和超分子相互作用的强化和韧化策略，产生了一种具有优异机械性能的离子凝胶。增强的物理相互作用和稳健的聚合物链能量耗散机制实现了卓越的机械性能。基于离子凝胶开发的摩擦电自供电传感器用于监测人体运动，具有稳定的输出能力，能够快速、灵敏、准确地反馈人体运动。这项研究为离子凝胶的设计和实现提供了一种新方法，同时使可穿戴电子设备得到了更广泛的应用。
How glycation influence lubrication in Nature 2024-11-26 Table of ContentsIntroductionTribology of glycated systemHydration lubricationReferenceIntroductionGlycation of proteins is a natural process that enhances bio lubrication at soft-to-hard tissue interfaces which is crucial for biological surfaces like the oral cavity, eyes, and joints. Glycoproteins are the primary lubricants on these surfaces that protects the surfaces by reducing friction. For example, in the case of eyes, protein glycation helps form a lubricious tear film which safe guards the eye from various external dust and dirt etc. Studies show that glycation improves the viscosity of synthetic lubricants and further in tablets it enhances the lubrication of oral dosage forms by reducing equipment friction. In foods the controlled glycation reactions enhances the stability of protein-stabilized emulsions which protects them from coalescence and flocculation under various conditions. This process affects food rheology which includes viscosity and flow behavior and improves tribological properties like surface interactions. Further, understanding glycation’s tribological effects could lead to food innovations with reduced calories or higher protein content without affecting the mouthfeel and by tailored oral processing techniques. Thus, glycation is one of the important aspects that attracts the bio-tribologists to explore more. Figure-1 Schematic illustration of overview of application of glycation Tribology of glycated systemBiological fluids like synovial fluid, tears, and saliva serve as natural lubricants helps in reducing the friction and wear between tissues. These fluids can achieve Superlubricity, with extremely low friction coefficients (<0.001) an act as bio or natural lubricants. This effect is largely due to glycosylated proteins, like mucins and lubricins, whose glycan-rich, brush-like structures provide efficient lubrication even under high physiological pressures (10 MPa or more). This lubrication is studied intensively by Klein et. al. Figure-2 Hydration lubrication mechanism in brush-like polymers evidenced via simulation and experimental approaches Hydration lubricationUnder low to moderate compression the glycan brushes on biological surfaces experience minimal entanglement due to “steric-entropic” repulsion which allows them to slide past each other and bear load effectively. The molecular dynamics simulations shows that dextran chains generate repulsive forces like hydrodynamic separation which enables smooth sliding without a boundary regime. Under these conditions, glycans help to maintain a non-interpenetrating fluid-like layer by allowing water molecules to move freely with minimal friction. Further, the trapped counter-ions in hydrated shells also increase osmotic pressure, enhancing this lubrication. Similarly at higher compressions, when hydrated glycans overlaps the entropic effects become less relevant, and water shells around glycans shift to a hydration lubrication mechanism. Figure-3 Schematic illustrations of key glycosylated structures in biology acting as high-performance nature-engineered lubricants Reference[1] Sarkar, A. and Gul, K., 2023. Glycation influencing lubrication: Tribology principles derived from nature to inspire future food colloid design. Current Opinion in Colloid & Interface Science, p.101782.
《Int J Plasticity》：激光增材制造高温合金高温疲劳性能厚度效应研究 2024-11-26 近年来，为实现关键构件的轻量化和结构-功能一体化，增材制造（Additive manufacturing，AM）技术已逐渐应用于制造具有薄壁、格栅、桁架、流道等复杂几何结构的构件。然而，厚度为几百微米到几毫米薄壁构件往往表现出力学性能随几何尺度的减小而显著变化的厚度效应（即薄壁效应），导致增材制造薄壁构件的服役可靠性评价无法完全遵循传统的设计准则。如何定量描述薄壁构件疲劳性能的厚度效应，阐明其疲劳性能稳定性的构件尺寸边界条件，建立减轻薄壁构件疲劳性能厚度效应的有效策略，已成为AM技术应用领域亟待解决的关键问题。 近期，东北大学材料科学与工程学院张滨教授团队与中国科学院金属研究所、太行实验室合作，以激光粉末床熔融（Laser powder bed fusion，LPBF）成形Inconel718合金为研究对象，考察了薄壁试样厚度（0.25 mm~2.0 mm）和均匀化温度（1065℃和1100℃）对LPBF成形合金650℃下疲劳性能的影响。研究发现，具有相同微观组织尺度薄壁试样的疲劳寿命随着试样厚度与晶粒尺寸之比（t/d）的减小而缩短；1100℃均匀化处理的薄壁试样疲劳寿命高于1065℃处理的试样。基于连续损伤力学及位错理论，建立了描述试样厚度与组织尺度对薄壁构件疲劳寿命耦合影响的理论模型，并据此获得了LPBF成形Inconel 718薄壁构件650℃疲劳寿命稳定性的t/d边界条件；同时，提出了通过调控热处理工艺有效减轻LPBF成形薄壁构件高温疲劳性能对构件尺寸敏感性的策略。 图1 激光增材制造Inconel718薄壁构件高温疲劳性能稳定性的尺寸边界条件及调控策略 相关研究以“Tailoring thickness debit for high-temperature fatigue resistance of Inconel 718 superalloy fabricated by laser powder bed fusion”为题，在International Journal of Plasticity 182 (2024) 104137上进行了详细报道。论文第一作者为东北大学博士研究生马涛，通讯作者为东北大学张滨教授、太行实验室雷力明研究员和中国科学院金属研究所张广平研究员。 本工作得到国家重点研发计划、国家自然科学基金项目和中国博士后科学基金博士后资助项目的资助。请点击阅读原文获取全文信息。
太原科技大学李岩团队：偶联剂改性金属加热元件提高碳纤维/聚己内酰胺热塑性复合材料电阻焊强度 2024-11-25 【导读】 太原科技大学李岩团队在Polymer Composites发表论文，通过偶联剂改性金属加热元件，提升碳纤维增强聚己内酰胺（PA6）热塑性复合材料的电阻焊接强度。采用硅烷偶联剂 KH550 和钛酸酯偶联剂 UP-201，对304不锈钢金属网进行表面改性。研究发现，偶联剂改性显著提高了焊接接头的剪切强度，其中协同改性后的单 lap 剪切强度达到了 17.95 MPa，较未改性提升 53.9%。本文系统探讨了改性过程中偶联剂的化学反应机制，以及改性对接头力学性能的具体影响，结合多种表征手段，揭示了偶联剂在金属网表面的交联与界面增强机制，为未来高性能热塑性复合材料的连接提供了重要参考。 【成果掠影】 1. 使用硅烷偶联剂 KH550 和钛酸酯偶联剂 UP-201，对金属网表面进行改性，提升界面结合强度。 2. 通过协同改性技术，显著改善了接头的剪切强度，优化了焊接工艺参数。 3. 利用 XPS 和 FT-IR 等手段，深入分析偶联剂改性的化学机理，提供了新的界面增强思路。 4. 改性后的金属网在树脂基体中的润湿性得到优化，接头强度较未改性提升 53.9%。 5. 提供了 KH550 和 UP-201 协同改性的创新实验方案，验证了二者的协同增强效果。 【核心创新点】 1.偶联剂改性工艺创新： a) KH550（硅烷偶联剂）：KH550 在金属网表面形成了硅氧网络结构（Si-O-Fe 键），提升了金属与 PA6 基体的界面结合强度。通过酸洗和高温氧化预处理，使不锈钢网表面羟基含量增加，从而促进了偶联剂的化学反应。 b) UP-201（钛酸酯偶联剂）： 钛酸酯通过与表面羟基发生缩合反应，形成 Ti-O-Fe 键，同时其长分子链提供了更强的范德华力，增强了界面的分子间相互作用。 2.协同增强机制： a) 实验表明，KH550 与 UP-201 的协同作用，通过在表面形成 Si-O-Ti 键，进一步提升了焊接接头的剪切强度。 b) 两种改性方法的对比显示，先使用 KH550 处理，再进行 UP-201 改性（stSSM(o)），接头强度最高。 3.实验工艺优化：通过正交实验，优化了酸洗浓度、偶联剂浓度、氧化温度等参数，最大化提升了焊接性能。 四、【数据概览】 图1 KH550 (A) 和 UP-201 (B) 表面改性机制示意图; 图2 SSM 和 sSSM 的表面表征 (A) SSM 和 sSSM 的 FT-IR 光谱 (B) SSM 和 sSSM 的 XPS 光谱 (C) SSM 的 C1s 光谱 (D) sSSM 的 C1s 光谱 (E) SSM 的 Si2p 光谱 (F) sSSM 的 Si2p 光谱 图3 XPS 光谱 (A) sSSM、tSSM 和 stSSM (m) 的 XPS 光谱； (B) sSSM、tSSM 和 stSSM (o) 的 XPS 光谱； (C) stSSM (o) 的 Si2p 光谱； (D) stSSM (o) 的表面改性机制; 图4 耦合剂改性前后的焊接接头 (A) 未使用耦合剂的接头宏观断裂； (B) 使用 KH550 的接头宏观断裂 (C) 使用 UP-201 的接头宏观断裂 (D) 使用 KH550 和 UP-201 的接头宏观断裂 (E) 未使用耦合剂的接头断裂 SEM 图像 (F) 使用 KH550 的接头断裂 SEM 图像; 五、【成果启示】 1. 技术启示： 偶联剂改性技术为金属-热塑性复合材料的界面增强提供了全新的解决方案。通过改性形成的有机-无机结合层（如 Si-O-Fe、Ti-O-Fe 键），显著提升了接头强度。 2.工业应用： 本研究中提出的协同改性方法可广泛应用于航空、汽车等领域中高性能复合材料的连接工艺，同时也为其他热塑性复合材料的界面优化提供了重要参考。 3.未来研究方向： 优化改性工艺参数以适配更多类型的金属加热元件。探索其他类型的偶联剂（如稀土偶联剂）与金属网的协同改性效果。。 原文详情：Liu, S., Wang, Y., Wu, Z., Li, J., & Li, Y. Enhancing resistance welding strength of carbon fiber/polycaprolactam thermoplastic composites through coupling agent‐modified metal heating elements. Polymer Composites. 本文由叫我帅哥就好了供稿
突破！不用有机涂层，也可实现金属表面稳定超疏水！ 2024-11-14 由于金属表面超疏水在自清洁、防腐、减阻和防冰等领域有着重要的潜在应用，从而受到国内外研究者们多年的广泛关注，并已取得诸多显著的研究和应用进展。然而，当前金属表面超疏水性能的实现大都仍依赖于传统的二元协同设计思想，即首先在材料表面制作微/纳米结构，然后再采用低表面能有机物进行修饰。 毫无疑问，这种依靠粘附涂层的设计在实际腐蚀性环境（例如海水）中很容易遭受侵蚀性离子的渗透、导致涂层分解、疏松和剥落等风险，从而引发超疏水化学耐久性的显著下降。特别是，由于化学反应诱导的材料表面能变化会对液体滚动角产生显著影响，使得超疏水表面性能难以在长时间范围获得良好维持。这对众多实际应用而言，是一个长期面临的普遍难题。 为了解决这一问题，中国科学院长春光机所杨建军团队创造性地提出飞秒激光元素掺杂微纳结构（FLEM）与循环低温退火（RLA）相结合的研究方法，在金属铝合金表面构建了一种以次晶相态为主导的仿生蚁穴状结构(BAT)，成功实现了高效稳定的自启动超疏水效果。 其中，独特的多级微纳结构有助于实现对空气捕获的稳定利用，而次晶相态形成则可以大幅度地降低材料表面自由能，从而让金属表面展现了独具特色的超疏水化学稳定性。实验测量结果表明，该金属样品即使在经历了长达2000小时的腐蚀性盐水浸泡后，其表面依然能够保持良好的超疏水性能。 不仅如此，这种结构的耐腐蚀性能也尤为突出，在经过强烈的电化学反应测试后，材料表面的超疏水特性也依然能够保持，实验测得的腐蚀电流更是低至10-12A/cm2，较未加工样品表面的情况降低了5个数量级。另外，研究发现这种自主性的超疏水金属表面也能承受住不同酸碱溶液浸泡、紫外辐射和冷冻循环等多种苛刻环境的挑战。 与此同时，该团队与沈阳金属研究所的马会老师团队携手合作，运用从头计算方法，从理论层面进一步验证了次晶相态形成对于材料表面能降低和化学稳定性提升所起的重要贡献。 这些研究成果为基于材料表面原子尺度调控的自主持久超疏水性能，探索出了一条全新的道路。该研究以题为“Durable Organic Coating-Free Superhydrophobic Metal Surface by Paracrystalline State Formation”的论文发表在《Advanced Materials》上。 01仿生蚁穴结构的制备与表征 首先该团队运用FLEM技术成功在铝合金表面制备出了BAT结构，如图1所示，其表面展现出从几十微米到几十纳米不同尺度的粗糙特征。与常规的激光加工制备的结构相比较，BAT结构的横截面呈现出更为复杂的几何形貌，具备更高的毛细管压力和较低的粘性阻力，从而能够有效阻止外来液滴的渗透。 值得一提的是，BAT结构的形成严格依赖于飞秒激光元素掺杂过程，这是传统激光加工方法所无法实现的。这种具备多尺度形貌和蜿蜒曲率特征的BAT结构不仅提升了材料表面的粗糙程度，而且还增强了对空气的捕获与储存能力，进而提高了超疏水的稳定性。 图1 利用FLEM技术制备获得的仿生蚁穴结构 02次晶相态形成与超疏水性能之间的关联 GIXRD分析测试结果显示，仅是经过FLEM处理后的铝合金表面呈现出非晶态特征，这一发现表明FLEM处理促进了材料表面的非晶化过程。相比之下，经过后续RLA处理后的样品表面在2θ28°位置处出现了微弱的衍射峰，并且随着RLA次数的递增，该衍射峰强度逐渐增强，从而揭示出非晶态原子排列逐步向有序化转变。 实验通过HRTEM观察确认，随着RLA处理次数的增加，材料表面涌现出更多细小的次晶相态结构。进一步的深入分析发现，其中相邻次晶结构实际上被非晶态所分隔，整体呈现次晶-非晶镶嵌分布模式。与此同时，实验还发现随着次晶相态形成占比的增加，样品表面超疏水性能也呈现出逐渐增强的变化趋势。 图2 FLEM-RLA处理后BAT结构表面形成的次晶态表征 03本征低表面能产生的物理机制 随后，利用VASP分析了材料表面能和电荷密度分布的情况，结果如图3所示，其中非晶态样品（a-Al/Si）比次晶相态样品（p-Al/Si）的表面能更高，同时随着次晶相态形成占比的增加，表面能逐渐降低。此外，Si元素掺杂能够促进表面能的进一步降低。理论计算结果还表明，针对p-Al/Si（51%）这种高次晶相态占比的样品，其表面电荷分布显得更加均匀，这主要是由于次晶相态形成过程中原子排列重新分布导致电荷密度分布也逐渐均匀化，进而降低了表面能。 图3 次晶相态导致表面能降低的机制 04基于次晶相态的本征超疏水表面持久性能测试 采用多种苛刻环境，对次晶相态导致的本征超疏水金属表面的持久性能进行了测试，结果如图4所示。在3.5wt.% NaCl腐蚀溶液中的电化学测试表明，基于次晶相态的材料耐腐蚀性显著优于非晶和未加工铝合金，其中p-Al/Si（51%）样品的耐腐蚀性尤为突出，其腐蚀电流密度降低了105倍，且测试后的超疏水性能依旧保持完好（接触角为161°，滚动角为1.5°）。 随着次晶相态形成占比的提升，样品表面的化学稳定性也逐步增强，尤其是p-Al/Si（51%）样品在3.5 wt.% NaCl溶液中浸泡长达2000小时后，仍能保持优异的拒水性，且表面形貌完好无损。分析认为这种出色的超疏水保持性能主要来源于次晶相态的形成，并能够通过减小非晶态的自由体积来阻碍侵蚀离子的渗透。 此外，根据变形电荷密度的计算结果，次晶相态的形成还将导致铝原子周围的电子密度下降，进而削弱了铝的反应活性。并且，Si元素的加入不仅可以促进次晶相态的形成和稳定，还助力生成具有防腐性能的铝硅酸盐物质，这也是其化学稳定性提升的另一重要因素。值得一提的是，p-Al/Si（51%）样品在紫外线照射下的环境适应性也远超传统的硅烷涂层，其性能较后者提升高达336倍。在从室温至-20℃的循环冷冻测试中，样品表面超疏水性能同样得到了很好的保持。 图4 次晶相态超疏水表面的持久性测试 总 结 本研究创新性地利用飞秒激光元素掺杂与循环退火相结合的加工处理技术，打造出无需有机涂层也可实现持久保持的超疏水金属表面。 该表面独具稳定储存空气结构、低自由能及高化学稳定性等三种功效，其关键在于微纳结构本身具有次晶相态，从而自主有效地降低了表面能，颠覆了唯有依赖有机物修饰才能获得超疏水性能的传统观念。 此三位一体的功能设计避免了有机改性剂的缺陷，有效解决了金属表面极端拒水性持久保持的关键难题，这一突破不仅为超疏水领域开辟了广阔的前景，还为基于原子尺度调控的高性能材料表面设计与开发提供了全新的研究思路。本论文的第一作者为长春光机所博士生闫丹丹，沈阳金属所博士徐文静，通讯作者为长春光机所杨建军研究员，邹婷婷助理研究员和沈阳金属所马会副研究员。 原文链接：https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/adma.202412850来源：高分子科学前沿
Tribology of Red Wine 2024-11-12 Table of Contents Introduction Ethanol and mouthfeel attributes Glycerol and potential viscosity Phenolic compounds and astringency perception Wine polysaccharides and fullness Conclusion Reference Introduction Wine, especially red wine is a complex mixture of water, ethanol, and thousands of organic compounds which helps in its aroma, taste, and mouthfeel and acts as a key factor in the sensory experience and price of wine. Astringency is a central element of mouthfeel and is perceived as a “dryness” or “puckering” sensation on the palate. Managing astringency is essential in winemaking as excessive levels can overpower the wine and too little can leave it tasting dull. Astringency arises from tannins which are compounds of grape skins and seeds that contain flavan-3-ols like catechin and epicatechin that polymerize into tannin chains of varying structures. Wine’s mouthfeel encompasses of various other sensations such as astringency, body, warmth, pricking, balance, burning, and viscosity. These tactile sensations arise from oral-tactile stimulation and are significant to wine perception as its appearance, aroma, and taste, though they are not yet fully understood. Wine mouthfeel can be studied using instrumental techniques focused on fluid behavior and frictional forces. In this article we will explore the wine components that contributes to wines mouthfeel sensations. Figure-1 Summary of the wine components, mouthfeel and probable instrumental measurements [2] Ethanol and mouthfeel attributes Wines generally have an alcohol content ranging from 11% to 14%, though it can drop to 7.5% in certain botrytized wines or exceed 15% in some red and dessert wines. Ethanol in wine stimulates sensory and trigeminal pathways, creating lingering sensations of heat, bitterness, and viscosity, which add to the wine’s complexity. Density of ethanol correlates with alcohol content and dry extract in the wine but not with reducing sugar content and it decreases slightly at higher temperatures. Whereas, the viscosity depends on temperature, following an exponential relationship and at higher temperatures it leads to lower viscosity, impacting the mouthfeel. Wine “tears,” commonly used as a visual indicator of alcohol content, form inside the glass as volatile alcohol evaporates, increasing the surface tension of the wine coating. Due to the higher surface tension of water (72 dyne/cm) compared to ethanol (23 dyne/cm), droplets form and fall along the film toward the wine meniscus. Glycerol, with its high surface tension (63 dyne/cm), may also contribute, although its impact is understudied. While commonly observed, these tears contribute minimally to sensory assessment or wine quality differentiation. Glycerol and potential viscosity Glycerol in wine is traditionally linked to sensory attributes like oiliness, persistence, and mellowness. Researchers have explored glycerol, ethanol, and sugar’s roles in perceived viscosity and density in model white wines. They found that while each compound influenced these perceptions, glycerol had no detectable effect below 25 g/L—a concentration much higher than typically present in red wines. In contrast, ethanol impacted perceived viscosity and density even at lower concentrations (0, 3, 7, and 10 g/L). The primary purpose of glycerol found in wine is for sweetness. Phenolic compounds and astringency perception Phenolic compounds, or polyphenols, in wine consist of an aromatic ring with hydroxyl groups. They are categorized into two main groups—flavonoids and non-flavonoids—which significantly influence taste and mouthfeel. The total phenolic content in wine is affected by factors like grape variety, growing conditions, harvest timing, and winemaking methods. Astringency in wine arises from various compounds, including metals, polyphenols, alcohols, and organic acids, but is primarily linked to polyphenols. These polyphenols originate from two main sources: the grapes and oak barrels. From grapes, astringency is contributed by hydroxybenzoic and hydroxycinnamic acids, flavonol glycosides, flavan-3-ols (procyanidins), and stilbenes. Oak barrels contribute hydrolyzed tannins, which also enhance astringency. Wine polysaccharides and fullness In addition to polyphenolic compounds, red wines contain significant macromolecular fractions such as polysaccharides. These are derived from various sources, including yeast cell walls (notably mannoproteins from Saccharomyces cerevisiae), grape cells (like arabinogalactan-proteins), and other microorganisms (e.g., bacteria). Polysaccharides enhance wine’s sensory characteristics by stabilizing flavor, color, and foam. Figure-2 The interactions of wine polysaccharides with aroma compounds, tannins, and proteins, and their importance to winemaking [3] Conclusion In summary, highlights the various components that contribute to different mouthfeel sensations in wine. Astringency is primarily attributed to polyphenols, while ethanol and acidic polysaccharides can mitigate this sensation. Regarding the perception of fullness or body, polysaccharides appear to have a greater impact than alcohol, though comparative studies are lacking. Perceived viscosity is influenced by ethanol concentrations, but the roles of other components and their interactions remain unstudied. Minor components like proteins may also affect mouthfeel by interacting with polyphenols. Finally, previous studies have linked glycerol to oiliness sensations, suggesting its potential role in mouthfeel. Reference [1] Tysoe, W.T. and Spencer, N.D., 2020. The tribology of red wine. Tribology & Lubrication Technology, 76(12), pp.108-110. [2] Laguna, L., Bartolomé, B. and Moreno-Arribas, M.V., 2017. Mouthfeel perception of wine: Oral physiology, components and instrumental characterization. Trends in food science & technology, 59, pp.49-59. [3] Jones-Moore, H.R., Jelley, R.E., Marangon, M. and Fedrizzi, B., 2022. The interactions of wine polysaccharides with aroma compounds, tannins, and proteins, and their importance to winemaking. Food Hydrocolloids, 123, p.107150.
Nature Communications： 在模拟/真实环境中用于高效防结冰和除冰的可扩展稳健光热超疏水涂层 2024-11-10 兰州化物所张俊平研究员Nature Communications： 在模拟/真实环境中用于高效防结冰和除冰的可扩展稳健光热超疏水涂层引用格式：Mao, M., Wei, J., Li, B. et al. Scalable robust photothermal superhydrophobic coatings for efficient anti-icing and de-icing in simulated/real environments. Nat Commun 15, 9610 (2024). https://doi.org/10.1038/s41467-024-54058-8.光热超疏水涂层有望防止基础设施上冰层的积聚，但在实际结冰条件下往往会出现性能显著下降的情况，并且缺乏机械稳健性。在此，兰州化物所张俊平研究员团队设计了具有三级分层微/纳米/亚纳米结构的稳健光热超疏水涂层。在模拟/实际结冰环境中，这些涂层同时表现出：(i) 由于其低表面能、三级微/纳米/亚纳米结构而具有的高超疏水性和稳定的Cassie-Baxter状态；（ii） 由于纳米大小的金属有机框架而产生出色的光热效果；（iii）具有良好的机械稳健性。结合低导热性，这些涂层在环境中表现出优异的抗结冰/结霜性能和除冰/除霜性能。此外，还实现了大规模制备这些涂层，成本合理。这些涂层在利用自然阳光的抗结冰和除冰方面具有巨大的应用潜力。图1. 大型SiP/F-MOFs@ATP涂层照片.图2.COMSOL模拟计算了在-10℃和80% RH环境下，水滴（各表面60 μL）温度从0℃下降到-10℃所需的时间.图3. 磨损的SiP/F-MOFs@ATP涂层表面化学成分及其自相似微/纳米/纳米结构。图4. -10℃、80% RH、0.3太阳条件下裸线和SiP/FMOFs@ATP电缆线路冰柱主动除冰过程.图5. SiP/F-MOFs@ATP 涂层的被动防结冰和主动除冰性能 .图6. SiP/FMOFs@ATP涂层的被动防霜和主动除霜性能.原文链接：https://doi.org/10.1038/s41467-024-54058-8相应的成果以“Scalable robust photothermal superhydrophobic coatings for efficient anti-icing and de-icing in simulated/real environments”为题发表在Nature Communications上，论文的通讯作者为兰州化物所张俊平研究员。
Small Methods：迈向可持续发展：一种用于耐用防冰超疏水表面的生态友好方法 2024-11-08 希夫纳达尔研究所Harpreet Singh Grewal团队Small Methods：迈向可持续发展：一种用于耐用防冰超疏水表面的生态友好方法引用格式：Pradhan R, Grewal H S. Towards Sustainability: An Eco‐Friendly Approach for Durable Anti‐Icing Superhydrophobic Surfaces[J]. Small Methods, 2024: 2400459.柔性超疏水表面的日益增长的兴趣超出了各种实际应用，如太阳能电池板，柔性电子产品等，这项研究介绍了一种具有成本效益和环境友好的方法，以创建一个持久的，灵活的，光学半透明的超疏水膜具有极端的防冰字符。在受控条件下进行基于生物燃料的火焰处理的预应变聚二甲基硅氧烷膜诱导微皱纹与叠加的纳米颗粒簇，同时保持表面的柔性和透明度。这种细致的工艺提高了表面粗糙度，实现了超疏水特性（λ> 165 Ω），具有非常低的倾斜角（<3 Ω），对水的粘附力<2 μN（低于荷叶）。由于在模拟降雨下的有效清洁，应用于太阳能电池板上的薄膜在5秒内产生<1%的电压降。由于纳米团簇的存在，所开发的膜的显著防冰性能的特征在于在50次冰/除冰循环中冰附着力<25 kPa。在长期暴露于恶劣的外部环境下，薄膜显示出非凡的弹性和持续的功效。这些超疏水膜的特点是灵活性，耐用性和透明度，为制造结构提供了有希望的机会，即使是复杂的几何形状。这些发现意味着在超疏水表面的实际利用方面迈出了重要的一步，展示了它们在各种现实世界应用中的潜力。图1. 在光学显微镜（a-d）、场发射扫描电子显微镜（e-h）和纳米特征的放大SEM（i-l）中，用优化的参数进行火焰处理的PDMS样品在微米和纳米尺度上的形态。所施加的应变在（a、e、i）10%、（b、f、j）20%、（c、g、k）30%和（d、h、l）40%下变化。原子力显微镜（AFM）结果m）显示了在不同应变下在优化参数下处理的PDMS样品的粗糙度因子。（n）提供了在蓝色火焰中用40%施加应变（S4）处理的PDMS样品的表面粗糙度和纹理的信息，其中处理样品的AFM图像包括在插图中。图2. （a）涉及PDMS链的伸长随后断裂的过程，导致与未拉伸的PDMS相比，在应变火焰处理过程中产生更多的低聚物物种。（b）阐明火焰处理过程中PDMS上表面皱纹产生的机理的示意图，伴随着用装饰这些表面特征的基于甲基的低聚物官能化的二氧化硅纳米颗粒的原位合成。（c）描述在通过火焰处理的PDMS解聚期间发生的化学反应。图3. （a）根据施加的应变检查在优化参数中处理的样品的润湿特性（b）标题为S4的样品上的水滴的快照。（c）对于在10%（S1）至40%（S4）施加应变条件下的初级反应区中的加工样品，证明了液体表面张力对润湿行为的影响。维斯光谱结果描述了原始PDMS和样品的辐射透射率，所述样品在120CPM的处理频率下在反应器的初级反应区中以不同的施加应变处理60s。火焰光线透明机制的插图突出了褶皱间距和高度的变化。图4.（a）通过在100 μN的预载荷下使用力张力计测量与10μL水滴的相互作用，在不同的施加预应变条件下评估原始和火焰处理的PDMS样品的粘附性能。（b）系统地研究预载荷以评估Cassie状态的稳定性。（c）分析了S4试样与不同表面张力液体的粘附力变化。插图显示了用于计算在规定条件下以40%施加应变处理的样品的粘附力的力-位移图。（d）示出了由原位生成的纳米颗粒诱导的毛细效应（插图显示了由于大雨而受损的荷叶表面）。图5. （a）描述了过冷液滴冲击试验对S4样品上进行的液滴滑动行为的影响。（b）说明了在原始PDMS和S4样品的10μL液滴测试中观察到的延迟冷冻现象。（c）湿度对原始PDMS和S4样品上的液滴冻结时间的影响。（d）表明与原始PDMS相比，S4样品上的结霜延迟。（e）湿度对原始PDMS和S4样品上结霜的影响。（f）表示对原始PDMS（插图）和S4样品进行的冰粘附性测试。图6. 时间序列图像提供了可视化文件的应用开发超疏水薄膜的户外太阳能电池板覆盖。具体地，（a）示出了覆盖有S4样品的太阳能电池板，（b）显示了未覆盖的太阳能电池板，并且（c）显示了原始的PDMS覆盖的太阳能电池板。总结与展望我们的研究介绍了一种新颖的，具有成本效益的方法，用于制造具有特殊去湿，自清洁和防结冰特性的柔性，耐用和半透明的超疏水表面。通过在受控条件下对拉伸诱导的PDMS乙醇基生物燃料进行火焰处理来形成分级结构化表面。有意施加的应变会产生规则的微皱纹，并饰以纳米二氧化硅颗粒，对各种液体表现出显着的去湿效果。防冰能力来自于减少的水接触面积，这归因于毛细管效应和低表面能的组合，从而导致低冰粘附。这种方法不仅制造了超疏水和防冰表面，而且通过简单，高效和成本效益而与众不同。开发的样品表现出低水滴粘附力（102μN）和冰粘附力（1020μN），表现出对不同应力源和长期风化的弹性。这些柔韧且有弹性的薄膜有望用于创建具有自清洁、防染色和防结冰功能的结构，特别是在透明性至关重要的情况下，而不受几何限制的约束。原文链接：https://doi.org/10.1002/smtd.202400459 相应的成果以“Towards Sustainability: An Eco-Friendly Approach for Durable Anti-Icing Superhydrophobic Surfaces”为题发表在Small Methods上，文章的通讯作者为Harpreet Singh Grewal。
镁合金顶刊：非晶纳米化制备Mg储氢合金晶粒细化及力学性能改善机理！ 2024-11-04 导读:通过非晶合金的晶化制备了Mgx(Ni0.8La0.2)100-x，其中x = 60、70、80，具有纳米晶结构。研究内容包括相组成、晶粒尺寸、显微组织稳定性和储氢性能。结晶动力学和原位高能XRD表征表明，随着La和Ni含量的增加，Mg2Ni和RE-Mg-Ni三元相集中同步结晶。根据热力学Miedema模型，发现同步结晶过程是由于Mg2Ni和RE-Mg-Ni三元相的密切局部亲和力造成的。通过边缘匹配模型预测和实验观察，验证了Mg2Ni、LaMg2Ni和LaMgNi4之间极有可能存在良好匹配的相结构，从而产生了显著的二次相钉住效应。细而均匀的微观结构是快速结晶动力学和二次相钉钉效应的结果。晶粒细化和优异的显微组织稳定性提高了活化性能和循环稳定性。我们的研究揭示了在非晶化路线中，由相组成和结晶动力学定制的纳米晶微观结构的晶粒细化机制。我们还展示了由相平衡和晶体学预测指导的材料设计的潜力，以改善具有优异微观结构稳定性的纳米晶体。 氢因其高能量密度和清洁的特性被认为是最具吸引力的可再生能源之一。作为整个氢价值链的一部分，氢储存技术是影响氢能实际应用的关键因素。根据所采用的具体储氢介质的不同，氢可以以气态、液态和固态的形式储存。金属氢化物具有显著的储氢能力、高的体积能量密度和优良的安全性。长期以来，它们一直被认为是固态储氢的一种很有前途的途径包括AB5、AB、AB2、A2B、固溶体和Mg基合金在内的几种金属体系已经被证明和报道为固态储氢材料。 纳米晶微结构可通过机械球磨、磁控溅射、熔融纺丝、化学气相沉积等方法制备。多项研究表明，通过纳米化工艺可以有效地制备纳米晶。通过熔融纺丝和退火制备了Mg80Y4Ni8Cu8合金，该合金具有小于10 nm的纳米结构，具有优异的动力学和循环稳定性。虽然几乎所有的非晶态Mg基储氢合金在吸氢/解吸过程中都会发生结晶，因为温度通常超过250℃甚至300℃，之前的研究表明，非晶态Mg基合金在加氢前的结晶比同时进行结晶和加氢的结晶产生更细的纳米晶和更高的循环稳定性。微观组织表征表明，直接加氢导致非晶合金晶粒大而不均匀，加速了加氢性能的快速退化。在热力学上，非晶合金的结晶是一个自发的过程。非晶合金的化学成分对最终的结晶组织起着至关重要的作用。原非晶合金中存在的短程原子团簇被认为对成核过程起着重要作用。 尽管有许多研究针对非晶Mg-RE基合金的纳米化，但重点主要集中在纳米结构对储氢性能的影响上。同时，化学成分与结晶微观结构之间的相互关系，以及加氢/脱氢循环过程中微观结构的演变，仍需深入研究。怀卡托大学F.Yang团队采用熔体纺丝法制备了一组非晶Mgx(Ni0.8La0.2)100-x (x = 60,70,80)，然后通过退火结晶获得纳米晶结构。研究了材料的微观结构特征，如晶粒尺寸和相组成，并研究了材料的储氢性能。还讨论了化学成分和相变对结晶合金微观组织特征的影响，从动力学和热力学两个方面提出了见解。 相关研究成果以“Mechanisms of grain refinement and improved kinetic property of nanocrystalline Mg-Ni-La hydrogen storage alloys prepared by;nanocrystallization of amorphous”发表在Journal of Magnesium and Alloys上 链接：https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S2213956724002664 图1(a)熔融纺丝合金的XRD图和(b) DSC图。 如图1所示，扩散和展宽的XRD图谱表明，三种熔融纺丝合金具有非晶态特征。40°左右的宽峰对应于x射线与非晶合金的散射。这些峰的角度取决于非晶合金的近程原子间距，这与非晶合金的成分密切相关。可以观察到，随着La和Ni的增加，宽峰逐渐向左移动。该趋势表明非晶合金的短程原子间距增大，这可能与La的原子半径增大有关。此外，一些衍射峰（例如约20°和45°的峰）特别是在Mg70Ni24La6合金中，表明在熔融纺丝合金中存在部分晶体结构。 图2熔融纺丝Mg70Ni24La6合金的TEM表征(a)明场图，(b)暗场图，(c)电子衍射图， (d)高分辨率TEM图，(e) FFT图，(f)逆FFT图。 虽然在亮场（BF）图像（图2(a)）中显示了无特征的微观结构，但在暗场（DF）图像中显示了大量的精细区域，只有几个纳米分布在基体中（图2(b)）。熔体纺丝Mg70Ni24La6合金的SAED主要呈现晕状图案，表明非晶态的性质。此外，还可以观察到几个模糊的衍射环（图2(c)），这与XRD表征的晶体颗粒存在于非晶中很好地吻合。同时，HRTEM图像表征了大量规则域（如图2(c)所示）。很明显，这些晶体或准晶体颗粒与DF图像中均匀分布的颗粒相对应，导致了XRD和SAED中观察到的微弱衍射图样。清晰细晶的快速傅立叶跃迁（FFT）和反快速傅立叶跃迁（IFFT）也证实了Mg2Ni晶体的存在，如图2;（e, f）所示。虽然在这些非晶合金中可以检测到晶核，但非晶在合金中所占的比例最为显著，这可以从XRD的明显宽散射峰和TEM的选择区域电子衍射的漫射晕环中得到证明。 图3所示。（a,d）;Mg80Ni16La4, (b,e) Mg70Ni24La6和 （c,f）;Mg60Ni32La8合金在350℃下结晶1h;（a-c）和5h;（d-f）的显微组织。 图4(a) Mg80Ni16La4, (b) Mg70Ni24La6和(c) Mg60Ni32La8合金在350℃下结晶1h的XRD分析。 表1结晶合金的相结构及丰度。 图5(a) Mg80Ni16La4, (b) Mg70Ni24La6和 (c) Mg60Ni32La8合金在350℃下结晶1h的HAFF和EDS图谱。 图6（a-c）;Mg80Ni16La4、（d-f）;Mg70Ni24La6和 （g-i）;Mg60Ni32La8合金在350℃下结晶1h的放大TEM表征。 图7HRTEM表征发现， 在350℃下结晶1 h，;Mg80Ni16La4合金基体上嵌有细小的（a-d）;LaMg12和（e-h）;La2Mg17。 图8(a) Mg80Ni16La4, (b) Mg70Ni24La6和 (c) Mg60Ni32La8合金在350℃下结晶5 h的haff和EDS图谱。 图10(a)结晶合金的P-C-T吸收曲线和(b)脱附曲线，(c)循环过程中吸氢量。 表2循环合金的相结构及丰度。 图11;P-C-T测试后结晶合金的XRD;（b为a的放大部分）。 图12循环（a, d）;Mg80Ni16La4, (b, e) Mg70Ni24La6和（c, f）;Mg60Ni32La8合金的TEM图像，（g-i）球体lax颗粒的识别。 图13循环(a) Mg80Ni16La4, (b) Mg70Ni24La6和(c) Mg60Ni32La8合金的能谱图。 图14(a)结晶反应分数和(b)三种合金的局部活化能。 图15 Mg60Ni32La8合金结晶中Mg2Ni和LaMg2Ni相界的TEM表征。 表3 E2EM模型预测的可能取向关系。 图16(a) Mg80Ni16La4, (b) Mg70Ni24La6和(c) Mg60Ni32La8合金的Pandat相平衡计算。 图17（a, d）;Mg80Ni16La4, (b, e) Mg70Ni24La6和 （c, f）;Mg60Ni32La8合金的原位高能XRD分析。 图18(a)吉布斯自由能和(b)几种非晶态二元和三元组合物的非晶态形成焓。 本研究系统地研究了原非晶态合金退火制备Mgx(Ni0.8La0.2)100-x;（x = 60,70,80）合金的组织。主要成果如下： (1)La和Ni含量的增加有利于LaMg2Ni和LaMgNi4三元相的形成，导致结晶过程集中，促进了晶粒的细化、均匀性和显微组织的稳定性。 (2)随着Mg含量的降低，储氢能力降低，由于晶粒细化和优异的显微组织稳定性，活化性能和循环稳定性可以显著提高。 (3)Mg60Ni32La8合金晶化过程中晶粒生长受到抑制，晶粒细化主要由两个因素引起：根据热力学Miedema模型，Mg2Ni与三元相的非晶态形成能相近，晶化速度较快；通过晶体学计算和实验观察，证实了丰富的三元相以及Mg2Ni与LaMg2Ni和LaMgNi4相结构高度匹配的可能性，从而产生了明显的二次相钉钉效应。
常州大学材料学院刘祥奎《JMST》：具有优异室温及低温力学性能的双相异质结构共晶高熵合金！ 2024-11-03 01 全文速览 共晶高熵合金（Eutectic high-entropy alloy，EHEAs）结合了传统共晶合金和高熵合金的潜在优势，具有优异的铸造性能和力学性能，在工程领域中显示出广阔的应用前景。然而，在共晶高熵合金中，强度的提高通常伴随着延展性的损失，限制了其大规模工业化应用。为了进一步强化共晶高熵合金，常州大学刘祥奎等人通过采用冷轧+退火的方法在Ni49Fe28Al17V6共晶高熵合金中构建非再结晶和再结晶区域组合的双相异质结构，显著提高合金室温及低温力学性能。研究结果表明，室温条件下（298 K），该合金屈服强度为1550 MPa，抗拉强度为1772 MPa，均匀延伸率为16.5%。低温（77 K）条件下，该合金屈服强度提高至1877 MPa，抗拉强度提高至2157 MPa，均匀延伸率保持10%。这种优异的室温力学性能主要归因于异质变形诱导（HDI）强化，而低温下超高的强度不仅源于HDI强化，还源于变形孪晶与高密度位错的强烈相互作用。本研究结果为高性能合金的开发和实现共晶高熵合金在低温极端环境的工程应用提供新的思路。相关研究以题为“Ultra-high strength and ductility of eutectic high-entropy alloy with duplex heterostructure at room and cryogenic temperatures”发表在Journal of Materials Science & Technology上。 第一作者：刘祥奎 通讯作者：刘祥奎，蒋珍飞 通讯单位：常州大学，上海交通大学 原文链接：https://doi.org/10.1016/j.jmst.2024.10.008 02 研究背景 随着材料科学的飞速发展，现代工程应用对材料性能的要求不断提高，传统金属由于难以获得强度与塑性良好匹配，限制了其在航空航天、交通运输、能源工业等领域的广泛应用。因此，开发同时具备超高强度和优异塑性的高性能合金成为材料科学领域的一个重要研究方向。高熵合金（high-entropy alloys, HEAs）凭借其独特的组织结构、力学性能而备受关注，是新一代结构工程材料的理想合金体系。其中，共晶高熵合金（EHEAs）凝固区间窄、流动性优异，并以其独特的双相协调变形能力引起众多科研工作者的极大关注，成为结构工程材料领域的研究热点。然而，铸态共晶高熵合金强度的提升通常伴随着塑性的损失。在此背景下，研究人员开始通过设计异质结构及微观组织结构调控来实现合金强度与塑性的协同优化。异质结构是通过引入不同尺度的晶粒区域来调控变形过程中的应力分布和位错行为，从而在不牺牲塑性的前提下大幅提升合金的强度。同时，析出强化、晶界强化等传统强化机制与异质变形诱导强化的协同作用也为开发新一代高新能合金提供了新的思路。 03 本文亮点 作者采用冷轧+退火方法在Ni49Fe28Al17V6共晶高熵合金中构建双相异质片层结构，显著提高了该合金的拉伸力学性能。室温（298K）环境下，该合金屈服强度为1550 MPa，抗拉强度为1772 MPa，均匀延伸率为16.5%；在低温（77 K）环境下，该合金屈服强度提高至1877 MPa，抗拉强度提高至2157 MPa，均匀延伸率保持10%。该合金出色的低温力学性能主要归因于异质变形诱导硬化以及变形孪晶与高密度位错的强烈相互作用，为开发具有卓越低温力学性能的合金提供了新的见解。 04 图文解析 图1 铸态和轧制-退火态EHEAs（CR-A750 EHEA）的显微组织。(a) 铸态EHEA的SEM显微组织；(b) 铸态EHEA的HAADF-STEM图像；(c-d) FCC/L12和B2对应的SAED图；(e) EBSD IPF图；(f) EBSD相图；(g) EBSD KAM图；(h) 再结晶晶粒、亚结构和变形晶粒的EBSD图；(i) 轧制-退火态EHEA的明场TEM图像；(j) B2片层中L12纳米析出相的TEM图像；(k) L12纳米析出相的TEM-EDS图谱；(l) L12纳米析出相的HRTEM图像和相应的SAED图；（m, n, o）明场TEM图像；(p-q) L12和B2相对应的超晶格衍射图像 图2 CR-A750 EHEAs在室温和低温下的力学性能。 (a) 拉伸工程应力-应变曲线；(b) 应变硬化率曲线，插图为真应力-应变曲线；(c) 室温屈服强度与均匀延伸率性能对比图；(d) 低温屈服强度与均匀延伸率性能对比图 图3 CR-A750 EHEA室温变形组织 图4 CR-A750 EHEA低温变形组织 05 结论展望 综上，作者通过优化热机械加工工艺，采用冷轧（轧制变形量87%）和退火工艺（750℃，2小时）在Ni49Fe28Al17V6共晶高熵合金中构建了一种双相异质片层结构，使得该合金在室温和低温环境下均表现出优异的力学性能。优异的室温力学性能主要是由于软硬两相中异质结构引起的HDI强化，而超高低温强度不仅源于异质结构引起的HDI强化，还源于变形孪晶和高密度位错的强烈相互作用。相关研究结果为开发面向工业应用的高性能合金及实现共晶高熵合金在极端环境中的大规模应用提供了新的思路。 06 引用本文 Xiangkui Liu, Jingying Liu, Chenglong Zhou, Weixia Dong, Xuecong Zhang, Qianye Wang, Huiqing Xu, Xulong An, Dandan Wang, Wei Wei, Zhenfei Jiang, Ultra-high strength and ductility of eutectic high-entropy alloy with duplex heterostructure at room and cryogenic temperatures, J. Mater. Sci. Technol. (2024). https://doi.org/10.1016/j.jmst.2024.10.008
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