CompositeMaterials复合材料中国材料研究学会004Word文档下载推荐.docx
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Contents
TechNews&
NewTech（技术前沿）3
Researchersshowcommonalitiesinhowdifferentglassymaterialsfail3
研究表明不同玻璃材料的破碎存在共性5
Stacking2-Dmaterialsmaylowercostofsemiconductordevices6
二维材料堆积可以降低半导体器件的成本7
Studyshowswaytodesign'
digital'
metamaterials8
设计数字超材料的新方法10
MetalAlloy（金属合金）11
Tungstenpricesandmarkettrends11
钨价格与市场趋势12
‘High-entropy’alloyisaslightasaluminum,asstrongastitaniumalloys13
高熵合金轻如铝，强如钛14
CompositeMaterials（复合材料）15
BroadwaterMouldingsCreatesNewEALLevel3NVQApprenticeshipProgramforFRPCompositesProduction15
沃特模具公司为玻璃钢复合材料生产创造新的EAL3级国家职业资格学徒计划16
Compositematerialscanbedesignedinasupercomputer'
virtuallab'
16
超级计算机“模拟实验室”可设计复合材料18
PracticalApplication（实际应用）19
LoweringResistance19
降低电阻20
Nanoshapingmethodpointstofuturemanufacturingtechnology22
未来制造技术：
纳米成形法23
Organic&
Polymer（有机高分子材料）25
RTPCompanyOffersThermoplasticCompoundsSolutionstoGlobalShortageofPEIPolymer25
RTP公司提供热塑性化合物解决PEI聚合物全球短缺问题25
Squidsuppliesblueprintforprintablethermoplastics26
用鱿鱼制造可打印的热塑性塑料26
Defectsareperfectinlaser-inducedgraphene27
激光感应的石墨烯瑕不掩瑜29
E-Material（电子材料）31
Unusualelectronicstatefoundinnewclassofsuperconductors31
新型超导体中发现不寻常电子态33
Teamcombineslogic,memorytobuild“high-rise”chip34
斯坦福大学研究团队结合逻辑元件与存储器制造“高层”芯片37
NewTech（技术前沿）
Researchersshowcommonalitiesinhowdifferentglassymaterialsfail
Amicroscopeimageofamicropillarfailingaftertheformationofashearband.
Glassismysterious.Itisabroadclassofmaterialsthatextendswellbeyondtheeverydaywindowpane,butonethingthatthesedisparateglassesseemtohaveincommonisthattheyhavenothingincommonwhenitcomestotheirinternalstructures,especiallyincontrastwithhighlyorderedandpatternedcrystals.Glassysystemscanalsorangeinscale:
fromthingslikemetallicglasses,composedofatoms,tosandcastles,composedofgrainsofsand.
ResearchersattheUniversityofPennsylvaniahavenowshownanimportantcommonalitythatseemstoextendthroughtherangeofglassymaterials.Theyhavedemonstratedthatthescalingbetweenaglassymaterial’sstiffnessandstrengthremainsunchanged,implyingaconstantcriticalstrainthatthesematerialscanwithstandbeforecatastrophicfailure,despitetheextremevariationfoundamongthisclassofmaterial’sphysicalproperties.
Thisconstantcriticalstrainprovidesinsightintothefundamental“seed”outofwhichfailureinglassesgrow:
asmallgroupoftheglass’sconstituentparticlesoratomsthatchangeshapeinacollectiveway.Despitethedisorderthatepitomizesglass,thiscoordinatedactivityappearstobeuniversalamongmanyglassysystems,suchascertainmetals,polymersandcolloids,andisanimportantstartingpointfordesigningmoredurablematerials.
ThestudywasconductedbygraduatestudentDanielStricklandandassistantprofessorDanielGianolaoftheDepartmentofMaterialsScienceandEngineeringinPenn’sSchoolofEngineeringandAppliedScience,alongwiththengraduatestudentYun-RuHuangandassociateprofessorDaeyeonLeeofEngineering’sDepartmentofChemicalandBiomolecularEngineering.
ItwaspublishedintheProceedingsoftheNationalAcademyofSciences.
Glassesareamorphous,meaningthattheirconstituentparticles,whethertheyareatoms,colloidsorgrains,arearrangedinawaythathasnooverarchingpattern.Thelackofinternalconsistencymakestheirbehaviortrickytopredict,especiallywhenitcomestohowtheybreakorfallapart.Crystallinematerials,whichhaveatomsneatlylinedupinrepeatingpatterns,tendtofailstartingatdefects,orplaceswherethepatternisdisrupted.
Theperiodicityofthesepatternsalsoallowsresearcherstovisualizetheatomicstructureofcrystallinematerials.Nosuchabilityisavailablefortheirglassycounterparts.
“Therearelotsofwaystomapoutthepositionofatomsanddefectsinacrystal,”Gianolasaid,“butwehavenowayofdoingthatforglasses.That’swhyweneedtobuildlargerscalemodelsifwe’regoingtounderstandhowtheiratomicstructureinfluencestheirbehavior.”
Themodeltheresearchersusedintheirstudy,developedbyDaeyeonLee’slab,weretinypillarsmadeoutofmicroscopicplasticbeads.Likewetsand,thesebeadswereabletoholdashapeduetocapillarybridges,whichactedasastand-inforatomicbonds.
“Wemeasurethestressatwhichthepillarsdeformpermanently,”Stricklandsaid,“andwefoundasurprisinglysimilarrelationshipbetweenthewaytheybehaveandthewayatomicdisorderedsolidsbehave.Inaddition,themorphologyofthefailedpillarsshowedstrikingresemblancetoatomicdisorderedsolids.”
Amongtheseresemblancesareshearbands,thinregionsofparticlesthatslidebytheirneighborsinthebulkofthematerialinresponsetostress.Thoughtheydonotoccurinbrittle,oxideglasseslikethekindusedinwindowpanes,thisphenomenonisseeninavarietyofglassymaterials,fromatomicscalesinmetallicglassesallthewayuptogeologicalscalesinearthquakes.Despiteitsubiquity,however,themechanismbehindshearbanding,aswellasthecriticalvalueofstrainneededtodrivethephenomenon,isstillpoorlyunderstood.
“Wewanttobetterunderstandthiskindoffailurebecausewewanttomitigateitifpossible,”Gianolasaid.“Ifyou’reengineeringagoodmaterial,youdon’twantthatkindoffailuretohappen.It’scatastrophicandlocalized,whenwe’dratheritbegracefulanduniform.You’dratherhaveadentinyourcarbumper,ratherthanhavingthewholethingshearoff.“
Theresearcherscompressedtheirmicropillarswithaminiaturepiston,measuringtheforcetransmittedthroughthemwhilewatchingthemundermagnification.
Byrunningthistestwithpillarstampeddownintodifferentdensities,theresearchersfoundthatthefailurepointsofmaterialswithdifferentstiffnessesfallonaneatlinethatrunsthroughglassesatavarietyoflengthscales.
“Atsomelevelofappliedstress,”Stricklandsaid,“thisfundamentaleventthatleadstoshear-bandingbecomesveryfavorable.We’veshownthatthispointisroughlythesameinatomicsystems,polymerglasses,andinourmicropillars.”
Thefindingssuggestthatthesemodelsystemsareaneffectivetoolforstudyingthe“buildingblocks”offailureinglassysystems.
“Theslopeofthatlinetellsusaboutthefundamentalunitofdeformationintheseglasses,”Gianolasaid.“Itlookslikeitisassociatedwithshapechangeinsomethinglike10to100particles,butultimatelyleadstoasystem-spanningevent,anditseemstobeuniversalforallofthesematerials.”
“Thisisparticularlysurprisingandinterestingbecauseitimpliesthatplasticdeformationisbuiltoncooperativemotionoftheparticles,inthecaseofourpillars,andatomsinatomicglasses,”hesaid.“So,despitetheatomicrandomness,thereissomelevelofcommunicationbeyondsingleparticlesinaglass.Thisisincontrasttocrystals,whereanycooperativemotionistrumpedbyindividualdefects.”
Buildingupthisbig-pictureviewofsuchadisparategroupofmaterialsepitomizestheinterdisciplinarynatureofmaterialsresearchatPenn.Lee’sgroupworkswithcolloidsandsoftmatter,whereastheGianolalabspecializesinmoreinatomicsolidsandhardmaterials.Combiningtheirperspectivesallowedfornewinsightsthatspanawiderangeofsystems.
“Ourresearchareasdonotnecessarilyoverlaponafirstlook,”Leesaid,“butwewereabletocomeupwithauniqueprojectthroughthesupportofPenn’sMaterialsResearchScienceandEngineeringCenter,whichbringstogethergroupswithverydifferentexpertise.Thisprojectisaniceculminationoftwoseeminglydisparatefieldsofresearch.”
Ongoingworkbytheresearchersentailsusinginsitu3Dconfocalmicroscopytotrackindividualparticlesthroughthedeformationprocess.
Source:
UniversityofPennsylvania
研究表明不同玻璃材料的破碎存在共性
一个微柱剪切带形成后破碎的显微图像。
玻璃是神秘的。
这是一个广泛应用的材料，远远超出了日常玻璃窗的范围，但这些不同的玻璃似乎有一个共同点，就是他们的内部结构没有什么共同点，尤其是与高度有序和成图案排列的晶体相比。
玻璃系统也可以不等规模：
从由原子组成的金属玻璃，到沙粒组成的沙堡。
现在，宾夕法尼亚大学的研究人员已经表明，广泛的玻璃材料似乎有一个重要的共性。
他们已经证明，玻璃状材料的刚度和强度之间的比例是保持不变的，这意味着这些材料在灾难性故障之前经可以受一个恒定临界应变，尽管这类材料的物理性能会有极端变化。
这种持续的临界应变使我们了解了玻璃发生破碎的根本“种子”：
一小群玻璃的构成粒子或以集体方式改变形状的原子群体。
尽管玻璃结构无序，但该协调的行为似乎是许多玻璃状系统所共有的，如某些金属、聚合物和胶体，并且这是设计更耐用材料的重要出发点。
这项研究是由宾夕法尼亚大学材料科学与工程学院的研究生丹尼尔•斯特里克兰和工程与应用科学学院的助理教授DanielGianola，与化学与生物分子工程学院当时的研究生黄运茹（音）及副教授DaeyeonLee合作完成的。
该论文发表在《美国国家科学院院刊》（theProceedingsoftheNationalAcademyofSciences）上。
玻璃是无定形的，这意味着他们的构成粒子，无论是原子、胶质或纹理，是以一个没有总体模式的方式排列的。
内部一致性的缺乏使得他们的行为很难预测，尤其是当涉及到其如何打破或破碎。
结晶材料的原子以重复模式整齐列队，这种材料往往会在有缺陷的地方，或在图案被破坏的地方开始出现瓦解。
这些模式的周期性还使研究人员能够直观结晶材料的原子结构。
而玻璃没有这样的特性可供他们研究。
“绘制出原子的位置和晶体的缺陷，有很多方法”，Gianola说，“但我们没有办法对玻璃这么做。
这就是我们要了解它们的原子结构会如何影响其行为的原因就必需建立更大规模的模型的原因。
”
研究人员在研究中使用的由DaeyeonLee的实验室开发的模型，是由微小塑料珠做出来的微小的支柱。
像湿沙一样，这些珠子因具备毛状桥梁能够保持形状，而毛状桥梁替代的是原子键的功能。
“我们测量了使支柱永久变形的应力的大小，”斯特里克兰说，“我们发现，他们的行为方式和原子无序的固体行为之间存在惊人的相似关系。
此外，破裂的支柱的形态与原子无序的固体显示出惊人的相似之处。
”
这些相似之处是剪切带，这是在应激反应时大部分材料中由相邻颗粒华东产生的区域。
虽然他们没有出现在窗户上使用的那类脆化、氧化玻璃上出现，但这种现象常见于各种玻璃材料，从在金属玻璃中出现的原子尺度的剪切带到地震中出现的地质尺度剪切带等。
尽管分布广泛，但是，对于剪切带背后的机制，以及驱动该现象需要的应变临界值，我们仍然知之甚少。
“我们希望更好地理解这种破碎，因为我们希望如果可能的话，能够缓解其程度，”Gianola说。
“如果你正在设计一种好材料，你不会希望发生这种破裂的情况。
这是灾难性的，局部性的，我们希望它能良好而均匀。
我们宁愿汽车保险杠有一个凹痕，而不是希望整个保险杠都折断。
研究人员通过微型活塞压缩了微型柱，然后在显微镜下观察他们，并测量他们传递的力。
通过运行这个测试与支柱夯实分解成不同的密度，研究人员发现，材料不同刚度的故障点落在一个整齐一致，以不同的长度穿过玻璃。
“当施加的压力达到一定程度时，”斯特里克兰说，“会导致剪切带变得非常有利。
我们已经表明，这点在原子系统、聚合物玻璃以及我们的微型柱中大致都是如此。
研究结果表明，对于玻璃系统发生故障的“构建块”，这些模型系统是一种有效的工具。
“这条线的斜率告诉我们关于这些玻璃变形的基本单位，”Gianola说。
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