相变强化

摘要：相变蓄冷技术利用相变材料在相变时伴随着的吸热或放热过程对能量进行储存和应用，起到控制温度、降低能耗和转移用能负荷的作用。本文综述了相变温度在 25℃以下的相变蓄冷材料及其在不同应用场景的筛选依据。其次，介绍了相变蓄冷材料在食品医疗冷链物流、建筑节能控温与数据中心应急冷却、人体热管理和医疗保健的相变纺织品等领域的应用。从调节相变蓄冷材料相变温度、过冷度、热导率和循环稳定性等方面总结了材料热物性的调控策略，分析了不同调控策略存在的优缺点。指出相变蓄冷系统可通过增强蓄冷系统热导率和强化传热结构来改善普通材料传热性能差的问题。最后从复合相变材料制备到系统设计优化和应用场景拓展等方面对相变蓄冷技术研究方向进行了展望。关键词：相变蓄冷材料；相变蓄冷系统；复合相变材料；热物性；应用随着全球变暖和人们生活质量的提升，制冷需求快速增长，制冷空调系统带来的碳排放量与日俱增，预计到2050年，全球制冷能源消耗仍将增加十倍。面对制冷能耗急剧增长的发展趋势，大力开发太阳能、风能等新能源电力是解决未来制冷能耗缺口的技术关键。然而，新能源电力存在间歇性、波动大的缺点，易出现发电量与用电量不匹配的问题。因此发展高效储能技术，对新能源消纳与利用是适应可再生能源网络的有效途径。发展先进的蓄冷技术，调节制冷和用冷负荷使之匹配，是制冷系统技术发展的重要方向。蓄冷技术可以在峰谷电价时段或能量盈余的时候进行储能，实现能源移峰填谷，降低电网峰值用电负荷和成本。相对于电化学储能，蓄冷技术可以直接存储冷能，具有安全性高、循环稳定性好、成本低的优点。因此，将蓄冷技术与制冷系统耦合的储能技术一直是研究热点，在工商业及民用场景应用广泛。在冷链运输领域，我国每年因运输过程中低温环境不合格导致水产品腐烂损失率达25%，果蔬类损失率达25%~35%，全球有超过50%的疫苗被浪费。因而蓄冷技术在冷链运输领域能够通过减少运输过程中的温度波动来降低产品变质几率，有效减少产品损耗，实现食品和医疗用品的长距离运输。蓄冷技术也可应用于建筑节能，将蓄冷材料与建筑基体复合制得储能墙体，在白天吸收室外进入室内的热量，夜晚则释放热量给室内供暖，实现辅助控制室内温度，减小建筑采暖、制冷能耗，有助于提高室内环境舒适度。此外，通过蓄冷空调将晚上低谷电转化为冷能储存起来，在白天电网高负荷时释放，转移用电负荷，结合分时阶梯电价策略能降低建筑制冷成本与能耗。此外，蓄冷技术与纺织品结合制作成智能纺织品、应用于人体热管理，也是重要的应用领域之一。蓄冷材料是蓄冷技术的核心，开发适宜温度及高蓄冷密度的蓄冷材料是满足不同蓄冷需求的关键。目前常见的蓄冷材料主要有∶显热蓄能材料和潜热蓄能材料。显热蓄能材料包括水等，利用自身升降温过程中热能的变化进行能量储存和释放，技术成熟且成本便宜，适合大规模生产。但其蓄冷密度小，只适用于分钟、小时级的短时蓄冷场景。潜热蓄能材料利用相变材料固-液-气相态变化来储蓄或释放能量，其中应用最为广泛的固-液相变能在相变过程中吸收大量热能，同时温度保持不变（如图1）。潜热蓄能材料蓄冷密度远高于显热蓄能，适用于数小时至数周的蓄能场景，且成本适中，具备大规模应用的潜力。图 1 固液相变过程本文主要对应用于蓄冷领域的相变材料进行综述，探讨相变蓄冷材料物性调控和优化、相变蓄冷系统传热技术强化，总结当前相变蓄冷材料和蓄冷系统不足，展望相变蓄冷技术研究方向和应用前景。01常见相变蓄冷材料常见相变蓄冷材料主要指相变温度在25℃及以下的相变材料。其中，按材料成分可分为有机、无机和共晶相变材料。1.1 有机相变蓄冷材料有机相变材料主要包括石蜡、脂肪酸、酯和醇等，以碳链长度小于17的烷烃为主。有机相变材料相变焓优异、腐蚀性小，而且热稳定性好、经多次相变后物理和化学性质基本不变，可靠性好。但有机相变材料热导率低，如石蜡、酸或醇类有机物的热导率为0.3 W/(mK)、部分材料易燃、生产成本较高等。表1列举了一些相变温度在25℃及以下的常用有机相变材料热物性。其中十四烷相变温度为5~8℃，在冷库、冷链运输保温箱、空调蓄冷等多个场景中应用最为广泛。表 1 有机相变材料的热物性参数1.2 无机相变蓄冷材料无机相变材料主要有冰、水合盐类、熔融盐类、金属或合金类等，其中冰和水合盐因相变温度较低主要用于低温领域，如在空调和建筑蓄冷等领域应用广泛。无机相变材料相变焓大、热导率较高，常见水合盐热导率为0.5 W/(mK) ，而且来源广、成本低、商用化前景好。然而无机相变材料可靠性差，存在过冷度高和相分离严重的缺点，多次使用后性能衰减严重，而且腐蚀性强。表2列举了一些相变温度在25℃及以下的常用无机相变材料热物性。表 2 无机相变材料的热物性参数无机相变材料中冰的研究最多，因为冰相变焓为334 kJ/kg，为常见相变材料的2~3倍，而且成本低廉。冰与水混合所得冰浆具有良好流动性和高相变潜热，可通过离心泵和管道输送，在极高含冰量下不堵塞，且所需输送管道和储罐尺寸小，以其为基础的冰蓄冷技术是实际工程项目中使用最广泛的蓄冷技术。1.3 共晶相变蓄冷材料共晶相变材料是将两种或两种以上相变材料混合制备得到的共晶产物，其熔点低于任一组分。共晶相变材料按材料可分为有机-有机共晶、无机-无机共晶和有机-无机共晶相变材料。无机-无机共晶相变材料包括金属合金相变材料、水合盐及熔融盐共晶相变材料，有机-有机共晶相变材料包括有机酸共晶和石蜡，无机-有机共晶相变材料主要是有机酸和水合盐的共晶相变材料。其中无机-有机共晶相变材料能实现有机、无机材料优势互补，可获得兼具过冷度低、潜热较高、性能稳定的相变蓄冷材料，但目前应用研究较少，潜力巨大。共晶相变材料能通过调整各组分比例来控制相变温度，而且能一定程度上改善材料过冷度和相分离等问题，是调节相变材料热物性的一种重要方法，但共晶相变材料的制备工艺较为复杂，需要围绕共晶点按比例形成共晶物，且组分比例与相变温度不呈线性规律，应用前需要进行大量预实验，过程繁琐复杂。表3列举了一些相变温度在25及以下的常用共晶相变材料热物性。表 3 共晶相变材料的热物性参数1.4 相变蓄冷材料的选择研究并筛选出适用于蓄冷系统的相变蓄冷材料，是相变蓄冷技术的关键之一。一般来说，用于蓄冷领域的相变材料应具有以下特性∶①相变温度合适；②相变潜热大；③热导率高；④冻结和熔化率高；⑤热稳定性好；⑥固液相变体积变化小；⑦过冷度低；⑧循环稳定性好；⑨无毒和无腐蚀性；⑩成本低。目前相变蓄冷材料中有机相变材料和无机相变材料应用最为广泛，二者关键物性对比如图2所示，可作为实际选材的参考依据。无机相变材料具有低成本、毒性低和高热导率的优点，适合大规模生产，在蓄能水罐、冷库等大型建筑设备中应用较广，但其过冷度高、相分离严重和腐蚀性强的缺陷限制其在蓄冷领域的应用。有机相变材料具有过冷度低、循环稳定性好和腐蚀性小优点，主要适用于冷链运输和智能纺织品，但其低热导率、有毒、易燃和高成本的缺点阻碍其进一步应用。相比有机、无机相变材料，共晶相变材料可根据组分比例调控相变温度，实现精准控温，适用于要求温度变化范围小的场景，但目前研究较少，适用环境较少。图 2 无机相变材料与有机相变材料关键物性对比图在实际应用中，很难筛选出满足所有条件的相变蓄冷材料，因此要优先选择相变温度适宜且相变潜热高的蓄冷材料，最后采用合适的方法对其性能进行调控。02相变蓄冷技术的应用2.1 冷链运输冷链运输过程中环境温度波动易造成产品损耗，如果引入相变材料，发挥其相变控温功能，减少环境温度波动，能有效提高冷链运输产品质量。冷链运输根据保温方式分为被动式和主动式。被动式冷藏主要应用于冷藏箱，如图3所示，在箱体内加入相变蓄冷材料，吸收进入到箱体内部的热量、减缓温度上升速率，为冷藏物体长时间提供低温储存环境。Li等复合了膨胀石墨与辛酸-月桂酸共晶相变材料，二者质量比为71∶29，制得复合相变材料的相变温度和潜热分别为3.8℃和141.7 J/g，热导率提升了2.8倍，使材料释冷速率提高636.7%。Huang等基于石蜡OP5E开发了一种蓄冷保温箱，高低温测试表明，相变材料可以在至少80 h使保温箱内部温度保持在2~8℃。Liu等将KCl-NH4Cl共晶盐吸附于高吸水性聚合物SAP上，制得一种相变温度为-21℃和相变潜热为230.62 J/g的蓄冷材料。该材料在-15℃下冷藏生物样品时，冷藏时间能达到16.37 h，能有效保证生物样品质量。图 3 被动式冷藏箱及内部构造主动式冷藏是如图4所示在车内安装含相变材料的制冷机组，主动将车内温度控制在适合食品冷藏的低温状态。在主动冷藏系统内，加入相变材料可以辅助控温，减少车厢内的温度波动，降低主动制冷系统能耗。刘广海等设计了一款集隔热、相变蓄冷、制冷送风为一体的冷藏车，相比传统冷藏车，相变材料加入使车内平均温度波动下降48.7%，温度不均匀度系数下降50%。Zhang等考察了集成相变材料对制冷系统能耗影响情况，含相变材料的集装箱制冷能源成本和运营成本分别降低71.3%和85.6%。Michele等提出了一种结合相变材料并用于冷藏车的新型隔热墙，当相变材料厚度为1 cm时，能在10 h内使车内温度波动范围不超出相变温度2℃。图 4 主动式冷藏车及系统组成将相变材料与冷链运输相结合，能出色发挥相变材料高潜热和相变控温的特点，不仅大幅延长有效冷藏时间，还减少冷藏空间的温度波动，提升其温度均匀性，有效减少冷藏产品的损耗率。与传统制冷相比，将制冷系统与相变材料结合，能大大降低能源成本和运营成本，起到减少碳排放的作用。2.2 纺织品人体热管理与出汗散热类似，将相变材料如图5所示应用于纺织品中，通过引入温度调节作用以提升人体舒适度。这种纺织品被称为智能调温纺织品，能响应人体或环境的变化，实现保暖和降温双向温度调节功能，适应多变的环境。目前相变材料与纺织品结合方式主要有三种∶填充法、涂层法和纤维中空填充法。图 5 纺织品集成相变材料用于温度调节填充法是将相变材料填充于纤维或密封袋中，再集中放置在服装内部，特别是胸部和背部等发热量较大的部位，通过相变材料直接吸热或放热的方式控制体表温度。如图6所示，Saeid等将相变温度在24~35℃的石蜡用于降温背心，穿着降温背心在轻度活动和中度活动期间，温度仍维持在人体舒适温度范围内，出汗率分别降低了42%和52%，减少了脱水几率。Hou等开发了一种基于相变材料的液体冷却背心，背心重量为1.8 kg，能在炎热环境中为穿戴者提供至少2 h温度舒适环境。图 6 石蜡降温背心及其包装涂层法将相变微胶囊加入涂层液中，并用刮板将液体均匀涂抹在织物表面，使纤维表面粘附上相变微胶囊来改变纺织品的热性能。Xu等将相变微胶囊固定在棉质衣物上，所制衣物相变温度为16.5℃~36.8℃，符合人体热舒适温度，而且保温系数与不含相变材料的衣物相比从1.05%提高到32.2%。Yin等将相变温度为25.7℃的相变微胶囊嵌在纤维表面，使面料保温率达23.9%，控温能力良好。纤维中空填充法是如图7所示对含有中空结构的纤维进行加工，在内部填充相变材料来赋予纤维蓄能特性。Ke等制备了一种聚丙烯腈/月桂酸-硬脂酸/二氧化钛的复合纳米纤维，相变温度约为25℃，经30个循环后性质相对稳定，具有良好的控温性和稳定性。Song等采用真空浸渍法将月桂酸封装到木棉纤维微管中，制得样品中月桂酸质量分数达86.5%，焓值达153.5 J/g，经2000次循环后性能基本不变。图 7 纤维中空填充法相变材料对热能的吸收会延缓身体温度升高，并减少皮肤中水分散失，从而提高舒适度。同时相变材料具有相变控温特性，可以减缓穿着者的热失衡症状，如感冒、中暑和晕厥等，在医疗保健领域有着广阔的发展空间。Olson等制备了由NaCl、Na2SO4和水组成的复合相变材料，如图8所示，应用于婴儿出生后降温问题上，通过简单方式抑制了环境温度的变化。Prashantha等将相变材料制成冰袋用于低温治疗，不仅降低成本，而且延长了使用时间，提供更好的冷疗功能。图 8 相变床垫（蓝色）上为婴儿降温，床垫由相变材料和软垫组成Zhang等用浸渍法将OP10E和SEBS混合制备了可在10℃下保持1800 s的弹性相变油凝胶，并设计如图9所示的冷却帽用于发烧儿童的冷敷治疗，模拟了人体热调节过程，建立发烧儿童所需凝胶量的数据库，为相变头套设计提供参考标准。图 9 相变油凝胶冷却帽建模及数据库将相变材料与人体热管理相结合，可以实现个性化体温调节。这类智能被动体温调节纺织品体积小、使用便利，在高温作业和户外运动等场景中提升人体舒适度。将相变纺织品制备调节体温的医疗保健产品，能帮助婴儿或患有温度敏感性疾病的人群缓解热失衡和常见并发症，加快病情治愈速率。创新性的相变智能体温调节纺织品在技术上已有了较深积累，其商业化值得期待。2.3 建筑节能及数据中心应急冷却将相变材料用于建筑节能领域，能使室内温度维持在舒适范围内，提高人们居住和办公舒适度，实现节能和减少碳排放的目标。建筑节能领域所用蓄冷技术可根据蓄冷方式分为被动式蓄冷和主动式蓄冷。被动式蓄冷主要通过将相变材料与建筑墙体复合制得如图10所示的相变储能墙体，白天吸收热量给室内降温，夜晚释放热量维持室内温度，起到辅助调节室温、减小建筑采暖和制冷能耗的作用。聂瑞等将硅藻土、十八烷和过硫酸铵混合制备一种相变微胶囊/硅藻土复合材料，具有调节室温以及维持室内湿度平衡的功能。Wang等将石蜡、膨胀石墨和高密度聚乙烯掺入水泥砂浆中制备复合相变砖块，在15~30℃和18~24℃时，120 mm厚的相变墙体比240 mm厚普通墙体的蓄能能力分别提高了12.7%和61%，有效降低了室内温度波动。Fu等将膨胀珍珠岩和六水氯化钙复合制得相变温度在27.38℃的相变砖块，用其代替泡沫保温砖作为屋顶，使得室内峰值温度降低5℃，达到室内峰值温度的时间滞后约900 s。图 10 相变材料在建筑节能中的应用主动式蓄冷主要通过制冷装置将电能和太阳能等转化并储存到如图11、图12所示蓄冷装置中，常见于冷库、家用空调和数据中心应急冷却系统等，能在需要时将冷能释放出来，有助于缓解能源供需不匹配的问题。图 11 集成相变材料冷却系统的空调系统图 13紧急冷却系统综上，在建筑节能领域中引入相变蓄冷材料，可减少室内温度波动并维持在舒适范围内。且相比传统制冷装置，相变材料具有的高相变焓优势能减少制冷机组装机容量，实现制冷、蓄冷装置的轻量化，降低安装、运行成本，提高能源利用效率。

p 　　武汉嘉仪通科技有限公司作为一家以薄膜物性检测为战略定位的高科技企业，一直专注于薄膜材料物理性能分析与检测仪器的自主研发，拥有一系列自主研发的热学相关分析仪器。其中，相变温度分析仪是嘉仪通热学分析仪器中非常有代表性的产品之一。 br/ & nbsp & nbsp 相变温度分析仪(PCA)是根据材料相变前后光学性质(反射光功率)有较大差异的特性，在程序控温下，使用一束恒定功率的激光照射样品表面，记录反射光功率变化，形成反射光功率与温度变化曲线，从而确定相变温度的一款仪器。可以实现对相变材料进行相变温度的实时测定、新型材料(相变材料、相变储能材料)的稳定性测试及性能优化以及进行新型相变机理(晶化温度的尺寸效应、材料的结晶动力学过程等)的研究等功能。 br/ strong span style=" color: rgb(0, 176, 240) " 为什么选择研发相变温度分析仪? /span /strong br/ /p p 　　相变材料(PCM-Phase Change Material)是指温度不变的情况下而改变物质状态并能提供潜热的物质。相变材料实际上可作为能量存储器，这种特性在节能、温度控制等领域有着极大的意义。这种非常重要的材料，可广泛应用在航天、服装、制冷设备、军事、通讯、电力、建筑材料等方面。但是在这种材料的科研过程中，理想的相变材料非常难找到，只能选择具有合适相变温度和有较大相变潜力的相变材料，而无损测试材料的相变温度却又是很难办到的。 /p p 　　嘉仪通正是发现了无损检测材料相变温度的重要性，想要帮助科研人员解决相变温度测试难题，进一步助力相变材料的应用发展，因此我们加大投入力度，从理论研究到工程化测试，不断攻坚克难，采用更加先进的测试方法和更加精密的控制系统，最终历时近6年时间，终于成功研发出了这款可以无损检测材料相变温度的精密仪器。 /p p style=" text-align:center" img src=" https://img1.17img.cn/17img/images/201809/uepic/e832f85f-2f28-4ec9-8c44-f495fd028266.jpg" title=" 相变温度分析仪PCA-1200.png" alt=" 相变温度分析仪PCA-1200.png" width=" 400" height=" 275" border=" 0" vspace=" 0" style=" width: 400px height: 275px " / /p p style=" text-align: center " strong 相变温度分析仪 PCA-1200 /strong /p p strong span style=" color: rgb(0, 176, 240) " 嘉仪通相变温度分析仪具有哪些功能特性? /span /strong /p p style=" text-align: center " strong 全新技术设计 /strong /p p img src=" https://img1.17img.cn/17img/images/201809/uepic/f4dc9b2c-620c-4f33-9da4-2d0dcecca464.jpg" title=" 全新技术设计.png" alt=" 全新技术设计.png" width=" 350" height=" 330" border=" 0" vspace=" 0" style=" float: left width: 350px height: 330px " / br/ span style=" color: rgb(0, 176, 80) " strong br/ 无需基线，曲线趋势分析 /strong /span /p p br/ br/ span style=" color: rgb(0, 176, 80) " strong 无需标样，绝对测算方法 /strong strong /strong /span /p p br/ br/ span style=" color: rgb(0, 176, 80) " strong 无损检测，无需破坏膜层材料结构 /strong strong /strong /span /p p style=" text-align: center " br/ br/ strong 功能特色 /strong /p p · 采用高性能长寿命红外加热管进行加热，核心加热区采用抛物反射面设计，确保对样品进行有效全方位加热。 /p p · 采用PID调节与模糊控制相结合的温控系统，可实现系统的高速跟随控制，可实现最快50℃/s升温速度。 /p p · 以直线滚珠轴承作为组件支撑及运动导向关联件，确保送样的平稳可靠，行程限垫可有效确保导轨的行程范围。 /p p · 压迫式弹针接触端可确保温度传感器的有效接通，同时其弹力可确保设备处于锁紧状态时方可进行加热操作等事宜，避免误操作。 /p p · 组合隔温挡圈能有效形成前后隔离，确保温场均匀。 /p p style=" text-align: center " strong 应用范围 /strong /p p style=" text-align: center " TiN薄膜，GeTe薄膜，ZrO sub 2 /sub 薄膜，掺Ti的ZnSb薄膜，SiC薄膜，显示屏玻璃，形变记忆合金薄膜，NiAl复合薄膜，VO sub 2 /sub 薄膜，PZT铁电材料，MgO/Ni-Mn-Ga薄膜，GST相变存储薄膜，金属Co薄膜，Al sub 2 /sub O3薄膜，等 /p p style=" text-align: center " strong 测试案例 /strong /p p style=" text-align: center " span style=" color: rgb(0, 176, 80) " strong 红外材料 /strong /span strong br/ img src=" https://img1.17img.cn/17img/images/201809/uepic/b7da2f45-1e2a-4575-ad21-52c91c75b63a.jpg" title=" 四川大学提供的红外材料样品VO2.jpg" alt=" 四川大学提供的红外材料样品VO2.jpg" / /strong /p p style=" text-align: center " strong 图1：VO2不同升温速率12℃/min、15℃/min /strong /p p style=" text-align: center " strong (四川大学提供样品) /strong /p p style=" text-align: center " span style=" color: rgb(0, 176, 80) " strong 复合材料 /strong /span strong br/ img src=" https://img1.17img.cn/17img/images/201809/uepic/fa3ce443-ac01-434e-8bb7-f2fc8e00b90b.jpg" title=" 西南科技大学提供的复合材料样品铝镍合金复合薄膜.jpg" alt=" 西南科技大学提供的复合材料样品铝镍合金复合薄膜.jpg" / /strong /p p style=" text-align: center " strong 图2：铝镍合金复合薄膜 /strong /p p style=" text-align: center " strong (西南科技大学提供样品) /strong /p p style=" text-align: center " span style=" color: rgb(0, 176, 80) " strong 相变存储材料 /strong /span strong br/ img src=" https://img1.17img.cn/17img/images/201809/uepic/f175574c-c528-4a7c-a745-aaf92126f24e.jpg" title=" 中科院微系统所提供的相变存储材料样品.jpg" alt=" 中科院微系统所提供的相变存储材料样品.jpg" / /strong /p p style=" text-align: center " strong 图3：相变存储材料图 /strong /p p style=" text-align: center " strong (中科院微系统所提供样品) /strong /p p style=" text-align: center " span style=" color: rgb(0, 176, 80) " strong 热电薄膜材料 /strong /span strong br/ img src=" https://img1.17img.cn/17img/images/201809/uepic/a822a53d-5c63-41c6-a2ea-3237ee56ece0.jpg" title=" 深圳大学提供的热电薄膜材料样品掺Ti的ZnSb.jpg" alt=" 深圳大学提供的热电薄膜材料样品掺Ti的ZnSb.jpg" / /strong /p p style=" text-align: center " strong 图4：热电转换薄膜材料(掺Ti的ZnSb) /strong /p p style=" text-align: center " strong (深圳大学提供样品) /strong /p p style=" text-align: center " span style=" color: rgb(0, 176, 80) " strong 氧化锆薄膜 /strong /span strong br/ img src=" https://img1.17img.cn/17img/images/201809/uepic/63e8d2e4-4c04-4112-aa76-10f92a542629.jpg" title=" 清华大学提供的氧化锆薄膜样品.png" alt=" 清华大学提供的氧化锆薄膜样品.png" / /strong /p p style=" text-align: center " strong 图5：ZrO2薄膜 /strong /p p style=" text-align: center " strong (清华大学提供样品) br/ /strong /p p style=" text-align:center" img src=" https://img1.17img.cn/17img/images/201809/uepic/e6c00cea-ef7b-4cca-a103-57181b6b0131.jpg" title=" 氧化锆薄膜与XRD对比图.jpg" alt=" 氧化锆薄膜与XRD对比图.jpg" / /p p style=" text-align: center " strong 氧化锆薄膜与XRD对比图 /strong br/ /p p style=" text-align: center " span style=" color: rgb(0, 176, 80) " strong 高温陶瓷材料 /strong /span strong br/ img src=" https://img1.17img.cn/17img/images/201809/uepic/ffba8968-5aa8-4340-927b-bad7ff25421f.jpg" title=" 海南大学提供的高温陶瓷材料样品TiN薄膜硅基底.jpg" alt=" 海南大学提供的高温陶瓷材料样品TiN薄膜硅基底.jpg" / /strong /p p style=" text-align: center " strong 图6：高温陶瓷材料(TiN薄膜硅基底) /strong /p p style=" text-align: center " strong (海南大学提供样品) /strong /p p style=" text-align: center " span style=" color: rgb(0, 176, 80) " strong 硬质合金薄膜材料 /strong /span strong br/ img src=" https://img1.17img.cn/17img/images/201809/uepic/9b945867-70c2-4548-adcc-cb5a2dbc1488.jpg" title=" 武汉大学提供的硬质合金薄膜材料样品切削刀具.png" alt=" 武汉大学提供的硬质合金薄膜材料样品切削刀具.png" / /strong /p p style=" text-align: center " strong 图7：切削刀具相变监测曲线 /strong /p p style=" text-align: center " strong (武汉大学提供样品) /strong /p p style=" text-align: center " span style=" color: rgb(0, 176, 80) " strong SiC薄膜 /strong /span strong br/ img src=" https://img1.17img.cn/17img/images/201809/uepic/05df342d-1488-40b8-bf7c-8cf2f1dbd1d5.jpg" title=" 中国电子科技集团第五十五研究所提供的SiC薄膜样品.png" alt=" 中国电子科技集团第五十五研究所提供的SiC薄膜样品.png" / /strong /p p style=" text-align: center " strong 图8：SiC薄膜热膨胀系数监测曲线 /strong /p p style=" text-align: center " strong (中国电子科技集团第五十五研究所提供样品) /strong /p p style=" text-align: center " span style=" color: rgb(0, 176, 80) " strong 显示屏玻璃 /strong /span strong br/ img src=" https://img1.17img.cn/17img/images/201809/uepic/01d1e69a-88b7-4aae-9edc-c1864a7dce34.jpg" title=" 武汉天马提供的显示屏玻璃样品.png" alt=" 武汉天马提供的显示屏玻璃样品.png" / /strong /p p style=" text-align: center " strong 图9：显示屏玻璃热膨胀系数监测曲线 /strong /p p style=" text-align: center " strong (武汉天马提供样品) /strong /p p style=" text-align: right " strong （供稿：武汉嘉仪通） /strong /p

二氧化钒(VO2)是一种典型的强关联材料。在温度约为340K时，VO2会经历从绝缘性单斜相(M1-VO2)到金属性金红石相(R-VO2)的一级相变过程。强关联材料中电荷、晶格、轨道和自旋等自由度强烈地耦合在一起，这使得VO2绝缘体-金属相变存在多种相变机制。超快激光脉冲通过激发固体材料的价电子可以快速改变原子的势能面，因此激光辐射已经成为一种诱导强关联材料相变的有效途径，比如激光辐射可以使M1-VO2在500fs内发生非热的结构相变。但是实验上通常很难直接同时观测结构相变和绝缘体-金属相变中的超快原子和电子动力学，因此对于VO2的超快结构相变和绝缘体-金属相变的相变机制，以及两种相变能否脱耦仍然存在巨大争议。近日，中国科学院物理研究所/北京凝聚态物理国家研究中心表面物理国家重点实验室研究人员利用自主开发的激发态动力学模拟软件TDAP，研究了激光诱导M1-VO2到R-VO2的超快结构相变和绝缘体-金属相变，揭示了超快尺度上的非平衡相变机制。激发态动力学模拟可以追踪光诱导VO2结构相变和绝缘体-金属相变的超快过程，直接证明飞秒尺度上两种相变的解耦合行为。在这种动力学过程中，激光将M1-VO2 d||带上的价电子激发到导带上，d||带上产生的空穴可以引起V-V对的扩张和V-V-V扭转角的增加，从而驱动M1-VO2到R-VO2的结构相变(图1、图2)。计算模拟得到的结构相变速率与激发强度的依赖关系，与超快实验数据符合得很好。基于杂化密度泛函的激发态动力学模拟证明了在M1-VO2构型下可以出现等同结构的绝缘体-金属相变(图3)。M1-VO2中的空穴会引起间隙能级在带隙中的填充，从而引起带隙的消失。更高强度的光激发可以引起d||带的明显上移。模拟得到的结构相变和绝缘体-金属相变的激发阈值基本上是相同的，而结构相变和电子相变存在着数百飞秒的时间延迟，这导致了金属型M1-VO2瞬态和等同结构电子相变的出现(图4)。该工作揭示了VO2超快结构相变和绝缘体-金属相变过程中不同的超快机制，澄清了以往对于VO2是否存在等同原子结构的电子相变的争议，并提供了研究强关联材料非平衡动力学的新方法。相关成果近期发表在Science Advances上。研究工作受到国家重点研发计划、国家自然科学基金委和中科院的资助。图1 VO2原子结构图和光激发电子跃迁过程。(A)低温绝缘型M1-VO2和(B)高温金属型R-VO2的原子结构图。钒原子和氧原子分别以绿色和橙色显示。(C)脉冲电场强度E0为0.20 V/的800nm激光脉冲，以及其激发M1-VO2中的光生空穴密度随时间的演变。(D)光激发有效空穴密度与激光脉冲电场强度E0的关系。图2 光激发M1-VO2到R-VO2相变原子动力学。(A)不同激发强度下V-V长键和V-V短键平均长度的时间演变。(B)不同激发强度下平均V-V-V扭曲角的时间演化。(C)0.64 e/f.u激发强度下的差分电荷密度图。黄色区域对应于电子增加，青色区域对应于电子减少。(D)光激发结构相变时间常数与实验数据的比较。图3 光激发M1-VO2的电子动力学。(A)不同激发强度下M1-VO2的电子态密度。(B)杂化泛函非绝热模拟中电子激发量的演化。在E0=0.14 V/ 下t= 20 fs(C)和t = 40 fs(D)时的电子占据和态密度。图4 光诱导M1-VO2超快相变示意图。初始的绝缘相M1-VO2(t = -100 fs)在t = 0 fs时被激光脉冲激发。光激发诱导M1-VO2发生等同原子结构的绝缘体-金属相变(10 fs内)，而结构相变在100至300 fs的时间尺度内发生。

当今，电脑系统采用层次化存储架构：缓存、内存和闪存。离CPU越近，对存储器存储速度需求越高，如内存的速度为纳秒级别，而缓存则需要皮秒级别。 　　作为下一代存储器的有力竞争者，相变存储器的速度决定了其应用领域，而相变存储器速度主要由相变材料的结晶速度(写速度)所决定。 　　研究表明，相变存储器的热稳定性越差，结晶速度越快，而单质锑(Sb)是目前已知热稳定性最差的相变材料，可能具有最快的操作速度。 　　中国科学院上海微系统与信息技术研究所宋志棠和朱敏研究团队等通过分子动力学计算，发现单质锑能够在120 ps内从非晶结构中成核并进一步完全结晶。通过制备200 nm、120 nm和60 nm T型下电级器件的单质锑相变存储器件，研究发现随着器件尺寸减小，单质锑相变存储器的速度越快。 　　200 nm 单质锑器件最快的写速度为359 ps(见图1)，当器件尺寸微缩至60 nm时，写速度为~242 ps, 比传统Ge2Sb2Te5的快近100倍(20 ns)。通过与已报道的相变存储器的速度对比(见图2)，单质Sb器件的速度明显快于传统Sb-Te、Ge-Te以及 Ge-Sb-Te基相变存储器，其~242 ps的操作速度是目前相变存储器速度的极限。此结果表明，通过选择合适的相变材料，相变存储器有望具备替代内存甚至缓存的潜力。 　　该成果于1月31日发表在《先进材料》(Advanced Materials)上(10.1002/adma.202208065)。该工作得到中科院战略性先导科技专项、国家自然科学基金等的支持。

p style=" text-align: center " img style=" width: 600px height: 275px " title=" 1.jpg" border=" 0" alt=" 1.jpg" vspace=" 0" src=" https://img1.17img.cn/17img/images/201904/uepic/a72768ab-977d-40f8-a938-7e0e2f4d8e60.jpg" width=" 600" height=" 275" / /p p 　　 strong 项目名称 /strong ：纳米尺度下材料的奇异相变行为 /p p 　　 strong 申报单位 /strong ：材料科学与工程学院 /p p 　　 strong 负责人 /strong ：王勇 /p p 　　 strong 01& nbsp /strong strong 项目简介 /strong /p p 　　纳米材料因其优异的性能和独特的结构，目前已成为材料研究领域最重要的方向之一。如何发现并解读这些新颖的物理现象，尤其是异于传统尺度下的新行为，是当前研究的重点，然而传统的研究手段无法满足上述需要。该项目发展了新的原位表征技术对纳米尺度下材料的相变行为进行了系统研究，发现了纳米尺度下二级相变过程中两相共存新现象。 /p p 　　不同于体材料的相变理论，纳米材料的相变需要考虑表面的贡献。如何可控引入表面贡献是研究和理解纳米尺度下相变机制的关键。项目自主设计楔形纳米样品成功引入梯度表面贡献，对纳米尺度下Cu2Se材料的相变行为进行了精确控温的原位研究，项目取得如下创新性成果： /p p 　　(1)首次发现二级相变材料Cu2Se构成的楔形纳米晶体中两相可以热力学稳定共存、对温度响应灵敏，并实现了相界面的原子尺度操控。 /p p 　　(2) 基于朗道理论和纳米尺度下表面效应建立了新的热力学模型，成功解释了上述异于块体材料的新现象。 /p p 　　论文Nanoscale Behavior and Manipulation of the Phase Transition in Single Crystal Cu2Se，2018年11月13日在线发表于Advanced Materials。 /p p 　　研究发现了纳米尺度下二级相变过程中两相共存的新现象，建立新的热力学模型拓展了传统相变理论，并实现了原子尺度相变的精确操控，将对相变的认识扩展到纳米尺度，为纳米器件设计提供新思路。 /p p 　 strong 　02& nbsp /strong strong 项目团队 /strong /p p style=" text-align: center " img style=" width: 450px height: 391px " title=" 2.jpg" border=" 0" alt=" 2.jpg" vspace=" 0" src=" https://img1.17img.cn/17img/images/201904/uepic/df1f66bd-cd9d-4eb9-a12b-0e4289adcc40.jpg" width=" 450" height=" 391" / /p p style=" text-align: center " span style=" text-align: center color: rgb(0, 176, 240) " 图1. 课题组照片 /span /p p 　　项目负责人王勇教授：2006年于中科院物理研究所获博士学位，随后在澳大利亚昆士兰大学进行博士后研究。2010年到2011年，在美国加州大学洛杉矶分校进行访问研究，2012年回国加入浙江大学。目前主要从事纳米环境催化材料的研究，共发表SCI论文140余篇，其中3篇Nature Nanotechnology, 1篇Nature Materials，40余篇发表在影响因子10以上的高水平期刊上。现为浙大电镜中心主任，中国电镜学会理事，材料物理专委会副主任，中国材料学会青委会理事。获2012年青年千人及2013年香港求是科技基金会“求是杰出青年学者奖”。研究团队包括张泽院士，美国张绳百教授，硅酸盐所陈立东教授、史迅教授，澳洲孙成华教授。 /p p 　 strong 　03& nbsp /strong strong 科学解读 /strong /p p style=" text-align: center " img style=" width: 450px height: 244px " title=" 3.jpg" border=" 0" alt=" 3.jpg" vspace=" 0" src=" https://img1.17img.cn/17img/images/201904/uepic/46b35d02-6f28-449f-b95d-b81e67b8cb1a.jpg" width=" 450" height=" 244" / /p p style=" text-align: center " span style=" text-align: center color: rgb(0, 176, 240) " 图2. 纳米尺度相变示意图 /span /p p style=" text-align: center " img title=" 4.jpg" alt=" 4.jpg" src=" https://img1.17img.cn/17img/images/201904/uepic/b31c539b-2ee3-4697-bedf-2c9f2afc7e53.jpg" / /p p style=" text-align: center " span style=" color: rgb(0, 176, 240) " 图3. 原子尺度相界面操控 /span /p p 　　相变物质一般有高温相和低温相，根据传统理论，有的物质高低温两相可以同时存在(一级相变)，比如冰水混合物，但有些物质的高低温相不能同时存在(二级相变)，比如我们要研究的Cu2Se材料，它就像一山不容二虎一样，要么全是低温相，要么全是高温相。那么有没有可能突破传统的理论，实现Cu2Se的两相共存?针对这个挑战，我们进行了深入探索，发现适于体材料的传统理论没有考虑到表面的贡献，那么如果引入表面贡献会发生什么呢?如图1所示，一般的，体材料低温相加热到相变温度点就会全部变成高温相。我们巧妙地将Cu2Se材料制备成楔形的纳米样品后，惊奇地发现在相变点附近的一定温度范围内，低温相和高温相同时存在了!这显然违背了体材料的相变行为，其原因就是纳米尺度下，比表面积增大，表面贡献不能被忽视了。由于楔形样品表面贡献随其厚度而改变，从而改变了同一材料局域的相变温度，比如site 1和site 2有不同的相变温度，实现了两相共存，并且表面贡献的越大，其相变温度越低，所以高温相变是从边缘开始并逐渐向内推进。这样，我们实现了二级相变材料的两相共存，并通过精确控温又实现了相界面的原子尺度操控，以图一所示样品为例，升高温度(比如0.2度)，相界面从site 1迁移到site 2(精确移动3个原子层)，反之亦然。基于高温相与低温相物理性质不同，可以利用它们设计新型纳米器件。该工作发展最先进的原位技术重新研究了相变这一古老而且基础的物理现象，将对相变的认识拓展到纳米尺度，为纳米器件设计提供了新的思路。 /p

中国科学技术大学中科院微观磁共振重点实验室杜江峰、林毅恒等人与中科院量子信息重点实验室罗希望等合作，在拓扑相变量子模拟方面取得重要进展。通过发展高自旋离子阱体系的调控技术，实现了对三重简并拓扑单极子的量子模拟，观测到具有不同拓扑荷的单极子之间的相变，并展示了自旋张量在其中的重要作用。该研究结果于2022年12月14日以“Observation of Spin-Tensor Induced Topological Phase Transitions of Triply Degenerate Points with a Trapped Ion”为题，发表在《物理评论快报》上[Phys. Rev. Lett. 129, 250501 (2022)] 。 　　拓扑物态是当前物理研究的前沿和主流领域之一，为新材料、新器件的设计带来了新的思路，乃至对我们深入理解宇宙基本粒子的性质都具有重要的意义。2016年，诺贝尔物理学奖便授予了在拓扑物理学方面做出开创性贡献的三位科学家。拓扑源自于数学，指在局部的连续变化下保持不变的整体性质。比如面包圈和茶杯拓扑等价，这是由于他们都有一个穿透的洞，而洞的个数是一个拓扑性质，对应拓扑荷。科学家发现，拓扑在凝聚物质的一些物理特性上也起到关键作用，这些物理特性不依赖样品的细节，完全由系统状态的整体拓扑性质确定。而拓扑相变——具有不同拓扑性质的状态之间的转变——一定是不连续的跃变。例如在一些半金属材料中，能带简并点形成的类似单极子的拓扑结构可以具有不同的拓扑荷，探索他们之间的拓扑相变是目前的前沿研究方向之一。同时，简并点附近的准粒子激发表现出类似基本粒子的行为，探索其拓扑相变对于探索新型粒子也具有重要意义。 　　此项研究针对拓扑相变中的一类重要的费米子——三重简并费米子模型进行实验模拟。该模型对应自旋为1的拓扑单极子，在近期的研究中受到广泛关注。然而，在固体材料体系中，直接观测这种三重简并点的拓扑相变需要复杂的调控，目前难以实现。因此，高度可控的量子模拟器为研究拓扑现象提供了新的途径。这项研究中，通过使用在超高真空环境束缚的铍离子，结合微波、射频等的精准调控，构建多能级的量子体系，可以有效的观测自旋为1的拓扑单极子的行为。通过调控实验参数，研究人员清晰的观测到量子态的拓扑相变，并且提取出高阶自旋张量在其中的贡献(图1所示)。该工作发展出的高度可调控的多能级束缚离子系统，为研究高自旋物理提供了良好的平台，并为进一步研究新奇高阶拓扑简并态以及其他拓扑单极子现象铺平了道路。图1. 自旋为1的拓扑量子模拟实验结果。左图：实验观测到的拓扑相变行为，其中 β-2 对应拓扑荷为2， β-2 对应拓扑荷为0；不同颜色的数据代表拓扑相变中各种分量的贡献，其中黄色数据代表张量部分的贡献，实线为对应的理论预测结果。右图：实验观测张量椭球在拓扑相变点 β≈-2 附近的几何环绕行为。自旋张量椭球在参数空间中特定回路的演化，可以清晰的反应张量对拓扑荷的贡献。研究中使用的离子阱实验系统属于近几年迅速发展起来的高自旋量子模拟器。中科院微观磁共振重点实验室杜江峰院士、林毅恒教授带领团队从无到有搭建了实验平台，并成功发展了一系列新型的高自旋操控技术，包括使用动力学去耦将三能级状态相干时间提高一个数量级[Phys. Rev. A. 106, 022412 (2022)]；通过解析模型辅助的形状脉冲，以实现四能级系统的两个近邻跃迁之间的快速普适调控[Phys. Rev. Applied. 18, 034047 (2022)]。上述工作为本文的研究奠定了核心实验基础。中科院量子信息重点实验室罗希望教授、美国德克萨斯大学达拉斯分校张传伟教授为本文的工作提供核心理论支持。 　　审稿人高度评价该工作，指出“...importantly, the spin-tensor-momentum-coupling could be generated for spin-1 systems and induce intriguing quantum phenomena different from spin-1/2 ones. This work is of interest and importance.”(“……重要的是，自旋-张量-动量的耦合可以通过自旋为1的系统生成，导致与自旋1/2不同的有趣的量子现象。这个工作是有意思的和重要的。”) 　　中科院微观磁共振重点实验室博士研究生张梦翔、李岳以及袁新星博士为该论文共同第一作者，杜江峰院士、林毅恒教授和罗希望教授为共同通讯作者。该研究得到国家自然科学基金、中科院、科技部、安徽省的资助。

自20世纪初期，量子理论对技术发展做出了重大贡献。尽管量子理论取得了成功，但由于缺乏非平衡量子系统的框架，其应用主要限于平衡系统。超短激光脉冲和自由电子加速器X射线的产生，推动了整个非平衡超快动力学领域的发展。超快现象在物理、化学和生物等领域备受关注，例如光致相变、光诱导退磁、高能离子碰撞和分子化学反应等。非平衡超快领域的实验研究成果颇丰，已成为热点。然而，实验不能给出原子尺度的原子/分子位移，故关于激发态动力学的认知存在争议。为了探讨超快动力学现象，理论模拟至关重要。为推动超快领域的发展以及揭开超快动力学过程中的诸多谜团，中国科学院半导体研究所骆军委团队和汪林望团队合作发展了一系列含时演化的算法，并将这些算法应用于不同领域。　　近期，科研人员将此算法应用到Si的(111)表面In线相变中，解决了实验上的较多争议。Si的(111)表面上吸附单个铟原子层，在室温下形成Si(111)-(4×1)-In两个平行锯齿形In链组成的量子线结构（图1b），具有金属性质。当温度降低到125 K以下，In原子重新排列成具有（8×2）重构的四重晶胞扭曲六边形（图1a），伴随周期性晶格畸变产生一维电荷密度波（CDW），并打开带隙成为凝聚态物理中的绝缘体相（窄禁带半导体）（图1c）。激光脉冲辐照可以实现硅上In线在半导体相与金属相间的超快转变。然而，激光脉冲辐照下的硅上In线在转变为半导体相变后其相干声子振荡快速衰减，未出现其他量子相变材料中普遍存在的两个相间来回振荡的现象。　　为了研究硅上In线在光致相变后相干声子振荡快速衰减的微观机理。该工作利用含时密度泛函理论（rt-TDDFT）方法模拟了硅上In线(In/Si(111))在激光脉冲辐照下的动力学过程，在理论上重现了实验中（图1g）观察的半导体相转变为金属相的超快过程（图1、2）。研究发现，激光脉冲把硅中的价电子激发到In线的表面态S1和S2导带，且由于S1和S2能带来自单个In锯齿链上In dimer的成键态，光激发形成使该In dimer变长的原子力，驱动In原子朝着半导体相运动，在晶格周期下In原子的集成运动形成CDW相干声子模式，导致结构相变（图3、4）。研究表明，在转变为半导体相后，S1和S2能带切换为跨越两个锯齿In链上的原子，这种能带成分的转换导致原子驱动力的方向旋转约π/6，阻止In原子在CDW声子模式中的集体运动。该研究从局域原子驱动力进行解释，为光致相变过程提供了更简单的物理图像，为实验调控结构相变提供了直观的理论指导。上述模拟均可在PWmat软件中实现。　　相关研究成果以Origin of Immediate Damping of Coherent Oscillations in Photoinduced Charge-Density-Wave Transition为题，发表在《物理评论快报》（Physical Review Letters）上。研究工作得到国家自然科学基金国家杰出青年科学基金项目、中科院前沿科学重点研究计划和中科院战略性先导科技专项等的支持。图1.光诱导半导体相（CDW）到金属相相变的动力学模拟及实验对比 图2.原子结构、原子受力和光激发电子分布随时间的演化

德国巴赫热分析公司的世界领先产品--DIL805A/D动态高低温相变仪拥有世界上众多的金属研究的用户，在相变研究领域独占鳌头。日前，马鞍山钢铁集团公司经过反复的调研论证，已经和德国巴赫公司的中国总代理-北京仪尊时代科技有限公司(Esum Technology Limited)签署了购买合同。成为我国首个与欧美国家同步使用最先进的相变研究手段从事钢铁材料研究的中国企业。该设备可以模拟钢铁材料在加工处理过程中的不同应力、应变状态及不同受力条件下的相变行为。从而绘制出不同条件下的TTT、CCT等曲线。希望这台设备将成为马钢集团钢铁材料的开发和研究的得力帮手。 　　有关该项技术的详细介绍，请登陆www.esum.com.cn或电话咨询：010-84831960。

近日，中国科学院大连化学物理研究所热化学研究组研究员史全团队通过合成策略开发出一种具有高光热转换效率的石墨烯基复合相变材料。该复合相变材料具有优异的相变性能和光热转换能力，为大规模制备石墨烯基光热转化复合相变材料提供了新思路。　　石墨烯基复合相变材料能够解决相变材料相变过程中的泄漏问题，并具有优异的光吸收能力，在太阳能热转换和存储领域具有潜力。然而，目前石墨烯基复合相变材料的制备方法涉及多步过程，通常较为复杂、耗时耗能，阻碍了其进一步的应用。基于此，科研人员通过简单直接的一步法策略，将聚乙二醇相变材料原位填充到氧化石墨烯网络结构水凝胶中，构建出石墨烯基定型复合相变材料。该复合相变材料具有高的相变材料负载量（95wt%），经历1000个冷热循环后仍可保持稳定的相变焓值（162.8J/g），表现出优异的相变储热性能。此外，该材料还具有出色的光热转化能力，可快速将太阳能转化为热能储存于相变材料中，转化效率最高可达93.7%。　　相关研究成果以One-step Synthesis of Graphene-based Composite Phase Change Materials with High Solar-thermal Conversion Efficiency为题，发表在《化学工程杂志》（Chemical Engineering Journal）上。研究工作得到中科院洁净能源创新研究院-榆林学院联合基金、大连化物所创新基金等的支持。　　论文链接

世界最先进的相变仪产品—德国巴赫公司的DIL805淬火/变形膨胀仪，已于2006年11月23日在上海大学顺利验收，并正式投入使用。DIL805相变仪外观雍容华贵、工艺制作精美、性能先进可靠、操作及其方便，处处绽放着顶尖级仪器的品位，备受用户的青睐。我们相信该仪器必将成为我国钢铁及合金研究领域最得力的助手。 有关此产品的详细介绍，请登陆www.esum.com.cn或电话咨询：010-84831960。

我司中标中科院金属研究所“全自动快速热膨胀相变仪”招标采购项目　　我司北京销售部，在北京销售部经理的直接参与下，共同努力，精诚合作，终于用自己熟练的专业知识，完美的服务能力，赢得中科院金属研究所的青睐，成功中标其“全自动快速热膨胀相变仪”招标采购项目。 在此我们恭喜北京销售部的所有同仁，并预祝大家不断取得新的更好的成绩。

德国巴赫热分析公司的世界领先产品--DIL805淬火/变形热膨胀仪（相变仪）拥有世界上众多的金属研究的用户。由于价格昂贵，在中国一直没有此领域的使用者。日前，上海大学材料学院经过反复的调研论证，已经和巴赫公司的中国总代理-北京仪尊时代科技有限公司签署了购买合同。所以，上海大学将成为国内首台高级相变仪的使用者，希望它将成为该校金属学研究的得力帮手。 同时，仪尊时代感谢上海大学的信任和支持，将继续为推动此产品的市场而做出努力！ 有关此产品的介绍，请登陆www.esum.com.cn或电话咨询：010-84831960。

德国巴赫（BAEHR）公司的DIL805A/D高级动态相变仪，是研究钢铁的相态结构及其变化的最强大的工具，其欧美市场占有率几乎达到百分之百。2006年起，上海大学和北京科技大学先后引进该仪器，在钢铁冶金的研究领域发挥了巨大作用，引起了钢铁研究和冶炼领域研究人员的浓厚兴趣，显示出我国钢铁行业正在为加速发展特种钢和优质钢而努力。 今年以来，马鞍山钢铁集团、宝钢集团等大型钢铁企业先后与我公司签订了引进该仪器的购买合同，还有不少研究单位和钢厂正在与我公司进行技术交流和商务洽谈，显示出德国BAEHR高级动态相变仪即将全面进入我国的钢铁领域。也表明中国的钢铁企业和研究部门也在力争利用和欧美同步的研究手段来提升产品质量。 若详细了解该仪器或索取技术资料，请来电垂询：010 84831960，84831961，84832051

薄膜相变分析仪是一款对相变材料相变特性进行测量与分析的精密光电仪器，可通过自动测量分析薄膜或者粉体等相变材料的热滞回线、相变温度、热滞宽度、相变幅度等特性参数。先进的模块化设计理念、精密的光探针技术、高端的进口芯片、便捷的自动测试分析软件、以及时尚的外观，使该仪器成为二氧化钒等相变材料研究的不二选择。中国科学院广州能源研究所，深圳大学等单位为典型用户。薄膜相变分析仪技术特点：1、精密光学测量技术，可进行单层、多层和超小样品的测量,且灵敏度更高2、非接触式信号采集，避免了接触式探针测量对样品的损伤和不稳定性缺点3、先进的光探针技术，使得采样范围最小直径可达300微米4、全自动一-键测量，操作简单，省时、省事5、超高采样速率1测量快速、准确，工作效率高6、触摸屏操作与电脑操作两种模式,测量随心所欲7、升温速率无级可调，根据实际需求任意选择8、与DSC测量相比，具有超高性价比9、科研型与基础型，满足不同需求技术规格1、仪器型号PTM17002、工作波长1550nm (特殊需要波长可定制)3、样品台温度范围:室温~120°C，温度精度+0.1°C4、采样频率1Hz5、最小采样范围直径300um6、红外非接触测温模式7、自然冷却与风冷两种降温模式8、加热速率无级可调9、设定参数后自动测量出薄膜相变的热滞回线10、USB2.0高速数据接口11、测试分析软件可得到相变温度、热滞宽度等特性参数12.可以Exce形式导出各原始测试数据和分析数据，以word形式导出测试分析报告创新点：全自动薄膜相变分析仪是一款对相变材料相变特性进行测量与分析的精密光电仪器，可通过自动测量分析薄膜或者粉体等相变材料的热滞回线、相变温度、热滞宽度、相变幅度等特性参数。先进的模块化设计理念、精密的光探针技术、高端的进口芯片、便捷的自动测试分析软件、以及时尚的外观，使该仪器成为二氧化钒等相变材料研究的不二选择。中国科学院广州能源研究所，深圳大学等单位为典型用户。 薄膜相变分析仪PTM1700型

由我司全权代理的日本富士电波公司的全自动金属相变仪formastor-FII为世界著名产品，是1964年在日本率先推出。现已有300多家用户。自1974年进入中国一以来一直为中国钢铁界科学家所喜好，近几年宝钢，武钢，攀钢，被经钢铁研究总院，包钢等分别更新该产品。中信重工是继26年前上海重工首次导入中国重工行业之后近年来首次导入这种新型相变测定仪。相信该装置的导入对中国重工行业的自主创新/自主品牌的建立大有帮助。

HS-TGA-103热重分析仪主要由加热系统、称重系统、温度控制系统和数据处理系统组成。在测试过程中，样品被放置在加热系统内，通过温度控制系统进行升温。同时，称重系统监测样品的质量变化，并将数据传输至数据处理系统进行分析。通过测量样品质量随温度的变化，热重分析仪能够揭示材料的热稳定性和动力学行为等信息。复合相变材料与液冷耦合的动力电池热管理系统的研究【南昌大学 刘自强】复合相变材料与液冷耦合的动力电池热管理系统的研究上海和晟 HS-TGA-103 热重分析仪

众所周知，德国巴赫热分析公司生产的高级相变仪(DIL805)是欧洲市场独占鳌头的金属相分析设备。在中国也拥有众多高端客户。继宝山钢铁集团、马鞍山钢铁集团等国内一流钢厂、大学和研究单位采购该设备后，近日大冶特殊钢股份有限公司已经和德国巴赫热分析公司的中国总代理仪尊科技有限公司签订协议，引进该相变仪以提升其在特殊钢铁领域的研究手段。 　　DIL805型高级相变仪是目前市场上测试范围最宽、功能最强大的相变仪。除传统的相变测试外，还可以研究材料在不同应变、不同应力等力学条件下的相变行为。从而摆脱了传统相变仪只能进行零应变/应力的特殊条件下测试的弊端。为特殊钢股份有限公司提供了超强的材料测试手段。 　　仪尊科技有限公司 　　Esum Technology Limited

近日，中科院大连化物所蛋白质折叠化学生物学创新特区研究组（02T5组）刘宇研究员团队和生物分子高效分离与表征研究组（1810组）张丽华研究员团队合作，通过发展新型仿生荧光共价键探针和质谱表征方法，发现了蛋白质聚集态界面具有化学反应活性，可用于相变蛋白质的标记与成像。　　蛋白质在人体内的相变过程会诱发多种退行性疾病，例如帕金森症、阿尔兹海默症、渐冻人症和老年性心衰等。针对上述疾病，刘宇团队致力于发展新型化学生物学工具用于观察蛋白质的相变过程和疾病的早期诊断，张丽华团队一直关注胞内相变蛋白质的质谱组学解析。然而，致病蛋白质通常由于发生相变处于无序结构状态，其特异性识别和检测具有挑战性。因此，发展新的化学方法识别和捕捉相变致病蛋白质对疾病的早期诊断和治疗有着重要的意义。　　在前期工作（Anal. Chem.，2021）的基础上，该合作团队保持了红色荧光蛋白骨架分子对相变蛋白质分子的选择性结合能力和荧光激活效应，通过模仿Kaede光转化荧光蛋白的作用机理，逆向设计了具有迈克尔加成反应活性的新型荧光分子探针。该类新型探针可与早期错误折叠的蛋白结合发出红色荧光，在进一步相变聚集过程中发生迈克尔加成反应，荧光信号进而由红光转为绿光。团队通过定点突变技术和高分辨质谱分析，揭示了相变蛋白和探针分子的共价反应机制，蛋白质错误折叠过程中半胱氨酸的微环境变化、蛋白聚集紧实度的不同、探针反应活性强弱等因素均会影响该反应的进程。基于该化学特性，团队拓展了基于孔雀绿的新型荧光变色分子，并论证了该共价键反应的普适性和可调控性。同时，团队使用该探针，展示了细胞内蛋白质组在药物刺激下从早期错误折叠到晚期聚集的相变过程。该工作首次揭示了蛋白质相变界面的化学反应活性，对未来设计质谱探针和药物分子提供了新的策略和思路。　　上述成果于近日发表在《德国应用化学》（Angew. Chem. Int. Ed.）上。该工作得到国家自然科学基金、辽宁省兴辽人才计划、大连市科创基金、博士后面上基金、国家重点研发计划等项目的资助。

日本富士电波公司全自动相变仪formastor-F在包钢、攀钢安装调试成功。 　　这是包钢、攀钢时隔20年后再次选择和富士电波公司合作。此前宝钢、北京钢铁研究总院等客户分别第2次选择富士电波公司产品。这充分说明中国客户对富士电波公司产品的喜爱。

p style=" text-align: justify " & nbsp & nbsp & nbsp & nbsp 中国科学院高能物理研究所多学科中心X射线成像实验站副研究员袁清习和国内外课题组合作，建立了基于同步辐射纳米分辨谱学成像技术追踪氧化还原反应相变过程的方法，并成功应用于锂离子电池电料相变过程的研究。研究成果近期发表在《自然-通讯》（Nature Communications）期刊上。 /p p style=" text-align: justify " & nbsp & nbsp 同步辐射谱学成像（XANES imaging）是利用特定元素对X射线能量的不同响应特性来获得样品内部对应元素的化学价态三维分布。基于波带片全场成像方法的纳米分辨谱学成像技术可以获得高空间分辨的形貌和化学信息，近年来受到了越来越多的重视，在材料科学领域尤其是在能源材料领域的研究中表现出重要潜力。 /p p style=" text-align: justify " & nbsp & nbsp 针对纳米分辨谱学成像方法学和应用研究，高能所多学科中心X射线成像实验站近年来开展了大量的工作。其中，袁清习和国内外多个同步辐射装置建立紧密联系，在技术研发、科研应用等方面开展了广泛的合作。近期，袁清习联合美国斯坦福同步辐射光源研究员刘宜晋课题组、弗吉尼亚理工大学教授林锋课题组提出了应用同步辐射纳米分辨谱学成像技术研究氧化还原反应的不均匀相变过程的新方法。这个联合团队成功将他们提出的新方法应用于Li(NixMnyCoz)O2(NMC) 三元正极材料的研究中，揭示了该材料热稳定性的一系列问题。该项工作发表于Nature Communications9, 2810，2018，共同第一作者为弗吉尼亚理工大学博士穆林沁和高能所袁清习。 /p p style=" text-align: justify " & nbsp & nbsp 以NMC正极材料中的应用为实例，该实验方法的工作流程如下：首先，为了研究该材料体系在不同温度下的行为，开展原位实验，利用谱学成像获得大量空间分辨的吸收谱数据；其次，提取Ni元素K边吸收能量表示相应的化学状态，高能量代表高价态（相对氧化态），低能量代表低价态（相对还原态）。进而使用样品在不同温度条件下的化学价态分布结果来表征氧化还原相变过程；第三，选择特定的Ni元素价态（例如，选择氧化还原反应最剧烈的能量点代表的价态），利用所采集的大量数据来描绘Ni元素等价态面的三维分布，对比不同反应条件下的等价态面分布来表征相变的发生、发展及相变前沿的推进过程；最后，引入等价面局域曲率（反应界面局域曲率）的概念，来描绘成核生长及整个相变的复杂过程。 /p p style=" text-align: justify " & nbsp & nbsp 图1为Ni的价态随NMC材料加热过程的变化，其中的每一条曲线代表了相应条件下基于全部像素的Ni价态的分布情况，可以看出化学反应从开始到结束全过程Ni元素价态分布的演变情况。图2给出了四个特定反应条件下Ni等价态面的发生、发展过程，所选择的Ni价态为8341eV对应的价态。从图1可以看出，8341eV代表的价态可以代表是化学反应最剧烈情况。图3中用不同颜色表示了镍元素的吸收边能量代表的镍元素的价态。受由晶粒边界和其局域的化学环境（不同组分和缺陷）所影响，相变过程通常非常复杂，如图3a所示，镍阳离子三维的形貌由不同的价态组成，从相对还原态（低能量态）到相对氧化状态（高能量态）。这些三维的价态推进前端提供了一个直观的三维立体多面体。还原态和氧化态分别代表了子相和母相，相变反应的推移前端从图3a到图3c。同时，作者将这些三维多面体每个局域的曲率计算出来，并分别用红色和蓝色代表局域曲率为正值和负值。从图3d、e可以看出相变过程中局域价态曲率的演化过程。 br/ /p p style=" text-align: justify " & nbsp & nbsp 这项工作不仅对锂离子电极材料的热稳定性和热致相变给出了详细的描述，还为下一步的储能材料优化提供了一些思路。研究工作所使用的方法可以推广到更加广阔的研究领域，尤其是复杂体系的非均匀相变过程等的研究中。特别是考虑到下一代同步辐射光源的发展，更高的亮度将会大大降低实验的时间，从而能够更好地捕捉到相变过程中的非稳定状态，为能源材料、环境科学等研究领域提供有力的工具。 /p p br/ /p p style=" text-align: center " img src=" http://img1.17img.cn/17img/images/201807/insimg/863601e7-f186-445f-b8b1-ff31fd5d1984.jpg" title=" 图1111.jpg" / /p p style=" text-align: center " 图1 NMC样品中镍元素的价态随加热过程的变化。（a）为镍元素的局域价态直方图。（b-e）为原位观测镍价态信息示意图。镍的价态由Ni 的K吸收边能量表示，高能量和低能量分别代表了高价态和低价态。 /p p br/ /p p style=" text-align: center " img src=" http://img1.17img.cn/17img/images/201807/insimg/974970c5-2fc2-4129-beeb-217abf22612c.jpg" title=" 图2222.jpg" / /p p style=" text-align: center " 图2 NMC样品不同反应条件下Ni等价态面的产生、发展及推进过程 /p p br/ /p p style=" text-align: center " img src=" http://img1.17img.cn/17img/images/201807/insimg/d29d8585-987d-4cf3-9540-9ad6e2f158af.jpg" title=" 图3333.jpg" / /p p style=" text-align: center " 图3 局部镍元素价态曲率随相转变的演化。（a,b,c）分别代表了不同能量（8339, 8340 和8341 eV）的Ni K-edge的等值面形成的三维曲面。图d和e表示了在不同能量范围内价态曲率随着能量值的变化。 /p p br/ /p

“幸福都是奋斗出来的。”把蓝图变为现实，将改革进行到底，无不呼唤不驰于空想、不骛于虚声的奋斗精神，无不需要一步一个脚印踏踏实实干好工作。天道酬勤，日新月异。 ——习总书记2018新年贺词回顾2017， “慧眼”卫星遨游太空，C919大型客机飞上蓝天，量子计算机研制成功，海水稻进行测产，艘国产航母下水，“海翼”号深海滑翔机完成深海观测，次海域可燃冰试采成功，洋山四期自动化码头正式开港，港珠澳大桥主体工程全线贯通，复兴号奔驰在祖国广袤的大地上……正是各行各业工作者的努力奋斗，才使得我国在各个领域都取得了辉煌的成就。本期将会为您重点介绍2017年我国材料学的一大重要发现——由清华大学于浦科研团队发现的电场调控下的“三态”相变。 2017年Nature在线刊登了一篇来自我国科学家的研究论文“Electric-field control of tri-state phase transformation with a selective dual-ion switch”，并在同期发表了题为“Condensed-matter physics: Functional materials at the flick of a switch”的新闻评述，对我国科学家的研究成果给予了高度评价。该研究次在单一材料中实现了基于双离子电场调控的三态结构相变，并揭示了三态相变过程中光、电和磁学特性调控的原理及应用前景。 图1 a、b为电场调控示意图，c为通对O2-离子和H+离子的选择性调控实现SrCoO3, SrCoO2.5和HSrCoO2.5之间的可逆相变。 电场调控是物理学和材料科学中常用的一种调控手段，但传统的电场调控大都只能调控一种离子的价态或者使材料可以在两种状态之间转换。于浦教授带领的团队经过巧妙的构思和设计，通过离子液体电场调控手段在氧化物SrCoO2.5中实现了对O2-离子和H+离子的选择性调控，使材料在SrCoO2.5、SrCoO3-δ以及HSrCoO2.5三相之间进行可逆结构相变，这是选择性双离子调控的次实现，也是电场调控的重要进步。图2 电场作用、选择性的双离子调控三相磁电耦合 由于材料的三态在可见光和红外光区具有不同的光学吸收特性，该研究展示了在可见光和红外线波段的三态电致色变效应，同时证实了三态相变是一种具有“非挥发”特性的相变，即撤掉电压后，其相变后的结构和性能会得到长久保持，从而大大减少维持相变所需的能源消耗。如果将这一成果应用在玻璃上，就可以通过对透光率的调节实现对室内亮度、温度的调节，从而达到高效节能的目的。新颖的光学特性使该材料在节能环保方面有着不可估量的潜力。另外，材料的三态还具有不同的电磁学特性，分别对应反铁磁缘体、铁磁金属和弱铁磁缘体。可调控的电磁学特性使得该材料在新的自旋电子学器件应用方面同样具有广阔的前景。图3 a. 三态电致色变效应，不同相在可见光波段的通过率不同；b. 不同相在红外线波段的通过率不同，可应用于玻璃来调节室内温度。需要指出的是，传统研究通常借助外加压力或材料生长过程中的化学掺杂等调控手段，实现新型物相及新颖物性的设计，但本研究通过电场控制实现离子的插入和析出及其所对应的物相转变，为材料物性调控提供了一类全新的手段。该项发现可以被广泛推广到其它一系列材料体系中，有望孕育出大量的新奇结构相变和丰富功能特性。在此，我们再次祝贺于浦教授取得可喜的科研成果，也非常荣幸Quantum Design的设备能够在实验中助老师一臂之力，同时感谢于浦教授继续选择PPMS，完成了清华大学10台PPMS综合物性测量系统的小小里程碑。正如习总书记所言，希望我们能与各位科研工作者一起并肩奋斗，在新的一年能够保持“逢山开路，遇水架桥”的坚定信念，为2018年中国科研事业的辉煌锦上添花！ 文章内容：部分来源于清华大学官网参考文献：Electric-field control of tri-state phase transformation with a selective dual-ion switch（Nature，2017，DOI：10.1038/nature22389） 相关产品及链接 PPMS 综合物性测量系统：http://www.instrument.com.cn/netshow/sh100980/c17086.htmMPMS3-新一代磁学测量系统：http://www.instrument.com.cn/netshow/sh100980/c17089.htm完全无液氦综合物性测量系统 dynacool：http://www.instrument.com.cn/netshow/sh100980/c18553.htm多功能振动样品磁强计 versalab 系统：http://www.instrument.com.cn/netshow/sh100980/c19330.htm超精细多功能无液氦低温光学恒温器：http://www.instrument.com.cn/netshow/sh100980/c122418.htm低温热去磁恒温器：http://www.instrument.com.cn/netshow/sh100980/c201745.htmmicrosense 振动样品磁强计：http://www.instrument.com.cn/netshow/sh100980/c194437.htm智能型氦液化器 (ATL)：http://www.instrument.com.cn/netshow/sh100980/c180307.htm

全国固态相变及凝固学术会议自上世纪八十年代以来已经成功举办了九届，成为国内相变领域的一项重要学术交流活动。中国金属学会材料科学学分会相变及凝固学术委员会于2012年5月16—20日在江苏苏州举办第十届全国相变、凝固及应用学术会议。本次会议由中国金属学会材料科学分会主办，苏州科技学院承办。德国linseis仪器公司参了加此次会议，会议主要展示了linseis公司热分析仪器。主要有：高端淬火系列热膨胀系统、赛贝克系数测定仪、热膨胀仪、差示扫描量热仪、激光热导仪、热机械分析仪、高压综合热分析仪、快速热重、热常数分析仪等。欢迎广大用户和合作伙伴咨询、洽谈。

气动执行器因其弯曲程度高、自由度大、环境适应性强等特点，在医疗保健、复杂地形勘探等领域有广泛的应用前景。但由于其压力系统离不开笨重且刚性的泵驱动气体设备，极大地限制了执行器的尺寸和移动性，以及在室外环境中的应用。液-气相变复合材料是一种在柔性弹性体中掺杂液-气相变材料而形成的智能材料。当温度达到材料沸点时，液滴蒸发产生压力，带动复合材料膨胀，因此每个微液滴都可以看作是一个气动单元。通过这种方式，将气源和气泵的功能集成到主要材料中，大大降低了系统的复杂性。然而，相变执行器的加热方式受到焦耳加热或环境加热的限制，需要外接电源或更高的环境温度，这阻碍了其更广泛的应用。此外，目前对执行器变形行为的监测通常由光学相机记录，然后对获得的图像进行后分析，缺乏实时性。因此，如何设计一个无系绳，且具有感知自身运动的柔性执行器仍是一个挑战。针对上述问题，中国科学院宁波材料技术与工程研究所增材制造材料技术团队程昱川研究员和孙爱华研究员基于石墨烯、低沸点溶液微滴和硅橡胶，制备了一种集成变形驱动和传感特性于一体的光响应液-气相变弹性体(PRPTE)(如图1)。PRPTE具有优异的机械性能，在100℃时，低沸点发生液-气相变产生的轴向力可以高达自身重量的400倍，且稳定性良好。以该材料为主动层材料，团队采用4D打印技术制备了一系列柔性执行器，实现弯曲、抓取和爬行等光控程序化运动(如图3)。尤其重要的是，基于电容变化PRPTE表现出自传感特性。石墨烯吸收近红外光产生热量，低沸点液体发生液-气相变，介电常数减小；石墨烯因硅橡胶膨胀而逐渐分散，弹性体介电常数减小；同时电极间距增大。在以上三个因素的共同作用下，PRPTE的电容会迅速减小，从而实现对其变形的实时感知。模仿生物体利用其自身信号反馈调节肌肉收缩和拉伸，从而进行复杂运动，团队制备了一种人工肌肉(如图2)。该人工肌肉可以通过反馈的电容值得知腿部弯曲角度，并根据需要的角度进行精确控制。该研究实现了柔性执行器的驱动/传感一体化功能集成，为设计和制造具有集成自感知能力的软机器人提供了新思路。该工作以“4D printing Light-Driven soft actuators based on Liquid-Vapor phase transition composites with inherent sensing capability”为题发表在Chemical Engineering Journal, 2023, 454, 140271 。本研究得到了浙江省自然科学基金(No.LZ22E030003)、国家重点研发计划(No.2021YFB3701500)、国家自然科学基金(No.11874366)和宁波市重大科技攻关(No.20211ZDYF020228)等项目的支持。图1 PRPTE执行器的驱动、传感原理和制造图2 PRPTE传感性能的表征图3 4D打印PRPTE/PDMS双层结构执行器

继2006年上海大学后，北京科技大学与北京仪尊时代科技有限公司正式签约，购买德国巴赫热分析公司生产的世界领先产品--DIL805淬火/变形热膨胀仪（相变仪）。成为该设备在中国的第二个使用者。目前，德国巴赫公司在该领域的欧美市场占有率几乎百分之百。近年来，很多中国的金属、尤其是钢铁方面研究人员对该设备表现出了浓厚的兴趣，显示出中国钢铁行业在特种钢和优质钢方面长足进步，也是缩小我们与欧美国家在钢铁领域差距的一个缩影。相信该设备将成为该校金属学研究的得力帮手。 有关此产品的介绍，请登陆www.esum.com.cn或电话咨询：010-84831960。 screen.width-300)this.width=screen.width-300"

近日，大连化物所热化学研究组（DNL1903）史全研究员团队通过简单易行的合成策略，开发了一种具有高光热转换效率的石墨烯基复合相变材料。该复合相变材料具有优异的相变性能和光热转换能力，为大规模制备石墨烯基光热转化复合相变材料提供了新思路。　　石墨烯基复合相变材料能够解决相变材料相变过程中的泄漏问题，并具有优异的光吸收能力，在太阳能热转换和存储领域具有潜力。然而，目前石墨烯基复合相变材料的制备方法涉及多步过程，通常比较复杂、耗时且耗能，阻碍了其进一步的实际应用。针对此问题，史全团队通过一种简单而直接的一步法策略，将聚乙二醇相变材料原位填充到氧化石墨烯网络结构水凝胶中，构建出石墨烯基定型复合相变材料。该复合相变材料具有高的相变材料负载量（95wt%），经历1000个冷热循环后仍可保持稳定的相变焓值（162.8J/g），表现出优异的相变储热性能。此外，该材料还展现出色的光热转化能力，可快速将太阳能转化为热能储存于相变材料中，转化效率最高可达93.7%。　　相关研究以“One-step Synthesis of Graphene-based Composite Phase Change Materials with High Solar-thermal Conversion Efficiency”为题，发表在《化学工程杂志》（Chemical Engineering Journal）上。该工作的第一作者是大连化物所DNL1903硕士研究生李艳更。上述工作得到中科院洁净能源创新研究院-榆林学院联合基金、大连化物所创新基金等项目的支持。　　文章链接：https://doi.org/10.1016/j.cej.2021.132439

动静态相变热模拟FORMASTOR-FZ在华侨大学顺利验收由世界老牌相变仪/热模拟试验机制造商日本富士电波工机株式会社近几年来推出的动静态相变热模拟设备FORMASTOR-FZ再次进入中国。近日在华侨大学顺利验收。感应和通电双加热电源系统，LED光学自动跟踪膨胀测量系统以及智能调节喷气速率的冷却控制系统的先进设计造就了这款设备的独特性能，使其不但是一台先进的测试CCT/TTT的动静态相变仪设备，而且更是一台性能优异的具备拉伸、压缩动态变形和焊接热模拟等功能的热模拟设备，相比市场上其它的热模拟设备，该款设备以其测试的高精度和高可重现性而著称，高精度薄板相变测试功能则是其它种类的相变仪所不具备的独特功能。富士电波制造的相变仪和热模拟设备在多年前已经是事实上的测试标准而为广大的科研人员所认同，如今这款具备多种功能的先进的动静态相变热模拟设备更是可以让您在一台机器上就可以完成以往需要两台设备才能完成的测试工作，极大的提高了测试的效能，更何况其所具备的高精度测试能力是其它的热模拟设备所不可比拟的。

国内首台动静态相变热模拟FORMASTOR-FZ顺利落户攀钢研究院世界老牌相变仪热模拟制造商日本富士电波工机株式会社制造的动静态相变热模拟FORMASTOR-FZ设备首次进入中国，已于近日在攀枝花顺利验收完毕。感应和通电双加热电源系统以及LED光学自动跟踪膨胀测量系统的先进设计造就了这款设备的独特性能，使其不但是一台先进的动静态相变仪设备，而且更是一台性能优异的具备拉、压动态变形和焊接模拟等功能的热模拟设备，相比市场上其它热模拟设备，该款设备以其测试的高精度和高可重现性而著称，高精度薄板相变测试功能则是其它种类的相变仪所不具备的独特功能。尤其是同时使用双电源加热的情况下，即使是钛合金这样的材料都可以获得几乎没有鼓度的均匀热压缩。富士电波公司制造的相变仪和热模拟设备在多年前已经是事实上的测试标准而为广大的科研人员所认同，如今这款具备多种功能的先进的动静态相变热模拟设备更是可以让您在一台机器上就可以完成以往需要两台设备才能完成的测试工作，极大的提高了测试的效能，更何况其所具备的高精度测试能力是其它的热模拟设备所不可比拟的。

多年来，蜘蛛丝一直是仿生研究的主题。众所周知，它具有令人难以置信的拉伸强度和生物相容性。因此，基于各种材料的人工模拟例子数不胜数。研究较少但却同样有趣的是丝纤维的形成机制。蛛丝是在蛛丝导管对储存在蜘蛛体内的液体蛛丝的剪切力作用下形成的固体纤维。这些剪切力促使晶核的形成，材料在晶核上进一步结晶。有趣的是，相应的合成过程需要的活化能要比蛛丝形成的活化能高得多。谢菲尔德大学的G.J. Dunderdale等人现在已经成功地开发了一种节能程序，通过诱发剪切应力来诱导聚环氧乙烷水溶液（PEO）的结晶。 结晶的形成是通过加热溶液来获得均匀样品，然后通过冷却和剪切溶液来进行关键的具体工作。在小角和广角X射线散射（SAXS和WAXS）原位模式下收集到的图谱，以及当溶液被Linkam CSS 450剪切池剪切时，清楚地显示了结晶的开始。这不仅体现在散射强度的稳步增加，而且Herman定向函数P2（见上图2D SAXS图谱和演变的图像）的上升也表明了样品的方向。同时采集的2D WAXS图谱也清楚地显示了peo72螺旋结构形成的反射特性。 这些结果与剪切诱导偏振光成像（SIPLI）非常吻合，在SIPLI中Maltese Cross图谱的形成表明了结晶的开始。通过这种技术的结合，研究人员已经清楚地证明了在剪切过程中模拟聚合物水溶液到固体材料相变的能力。

p 　　武汉大学新闻网消息，近期，武汉大学物理科学与技术学院王建波教授课题组在氧化锌纳米线可逆结构相变研究中取得重要突破，实现了相变前后原子尺度结构变化的原位测定和基于第一性原理计算的机理理解。 br/ /p p style=" text-indent: 2em " 11月19日，物理学顶级期刊Physical Review Letters(《物理评论快报》)在线发表了论文“Surface- and strain-mediated reversible phase transformation in quantum-confined ZnO nanowires”(《量子限域氧化锌纳米线中基于表面和应力效应的可逆相变》)。武汉大学物理科学技术学院、电子显微镜中心和高等研究院为第一署名单位及唯一通讯作者单位，物理科学与技术学院博士生赵培丽和高等研究院博士生管晓溪为论文共同第一作者，王建波教授、郑赫副教授为通讯作者。 /p p style=" text-align: center" img style=" max-width: 100% max-height: 100% width: 600px height: 192px " src=" https://img1.17img.cn/17img/images/201911/uepic/b6141e00-65f5-42f7-bccb-55a424c73a8f.jpg" title=" 0.jpg" alt=" 0.jpg" width=" 600" height=" 192" border=" 0" vspace=" 0" / /p p 　　氧化锌(ZnO)作为一种宽禁带半导体材料，由于其多态性和可调的电子光学性质，在量子点发光、自旋功能器件等核心技术领域具有广泛应用。但是当ZnO尺寸接近其激子玻尔半径(~2纳米)时，由于量子限域效应导致其晶体结构及光电性能的变化，可能引起器件失效。然而，相关理论计算和实验研究方面的机理研究一直存在较大分歧：尽管大量理论计算预测低维ZnO具有比纤锌矿(WZ)结构更稳定的类石墨结构(h-MgO)或体心四方结构(BCT)，但由于技术条件限制，实验上一直未予验证，同时其相变机理也还未完全厘清。 /p p style=" text-align: center" img style=" max-width:100% max-height:100% " src=" https://img1.17img.cn/17img/images/201911/uepic/7a5b7c13-f97a-4232-82d7-c501fe48b90c.jpg" title=" 1.jpg" alt=" 1.jpg" / /p p style=" text-align: center " span style=" color: rgb(0, 176, 240) " ZnO纳米线中可逆结构相变过程的实验测定(a-f)和第一性原理计算(g) /span br/ /p p 　　在前期相关工作的基础上(Nano Lett. 18: 4095 (2018) Phys. Rev. Mater. 2: 060402(R) (2018) ACS Appl. Energy Mater. 2: 7709 (2019) Microscopy 10.1093/jmicro/dfz038 (2019)(特邀综述))，王建波课题组通过原子尺度原位技术首次观察到低维 ZnO纳米线(宽度约为2纳米)在拉伸应力作用下从WZ到BCT再到h-MgO结构的原子尺度相变过程(如下图)。在应力撤去时，该相变过程是可逆的。进一步基于第一性原理计算，揭示了尺寸、表面及应力对低维ZnO结构稳定性的影响机理。研究结果为理解量子限域的低维ZnO中不同晶体结构的稳定性及其相变机理提供重要的实验依据和计算分析，可为实现相关体系的结构-性能调控提供参考。 /p p 　　该研究受到国家自然科学基金、湖北省自然科学基金及江苏省自然科学基金的项目资助。 /p p style=" text-indent: 2em " strong 原文链接： /strong /p p style=" text-indent: 2em " a href=" https://link.aps.org/doi/10.1103/PhysRevLett.123.216101" target=" _blank" style=" color: rgb(0, 176, 240) text-decoration: underline " span style=" color: rgb(0, 176, 240) " https://link.aps.org/doi/10.1103/PhysRevLett.123.216101 /span /a /p p style=" text-align: right " 内容参考自：武汉大学新闻网 /p

【科学背景】随着先进材料科学的快速发展，过渡金属碳化物因其在高熔点、高热导率和优异机械性能方面的独特优势，引起了科学家的广泛关注。过渡金属碳化物，如TiC、WC和HfC，在高温环境下的稳定性和性能使其在能源及极端环境应用中表现出色。然而，如何精确控制这些材料的相稳定性和性能，以满足实际应用的需求，仍然是一个重要的研究难题。过渡金属碳化物的相控制涉及到许多挑战，特别是在纳米尺度下的相稳定性控制。虽然一些方法如碳空位引入、快速加热和贵金属装饰等为改性这些材料的固有行为提供了工具，但对相-性能关系的精确控制仍存在困难。当前的研究往往依赖于低温烧结或闪烁技术来控制相，但这些方法尚未能在高温下实现理想的相稳定性。2011年MXenes的引入将过渡金属碳化物拓展到了二维领域，这一发展为材料科学提供了一系列新型的少原子厚度（约1纳米厚）且可溶液加工的过渡金属碳化物。MXenes的化学多样性体现在其Mn+1XnTx的广泛公式中，其中包含各种3d&minus 5d族过渡金属和碳/氮层，具有丰富的表面基团，如&minus O、&minus (OH)、&minus Cl和&minus F。这些表面基团来自MXenes自上而下的可扩展合成方法，这使得单层到少层MXene片能够以高稳定性存在于分散液中。早期对MXenes及其混合复合材料的研究探讨了它们在能源应用中的潜力，例如在碱金属离子电池中的应用。MXenes的层状结构和高电导率使其在电化学领域表现出色。然而，对于碱金属离子与MXenes表面基团及其缺陷位点的相互作用的理解仍不完全。尽管已有研究指出碱金属离子能够在层间迁移并与MXenes表面结合，但迄今为止尚无研究系统性地评估这些离子在表面基团和缺陷位点中的优先占据。为了填补对碱金属离子在缺陷位点占据的理解差距，美国普渡大学Babak Anasori教授团队首先证明了碱金属离子倾向于占据Ti3C2Tx MXene基面上的过渡金属原子空位。随后，研究展示了这些离子如何通过占据空位来有效控制高温下的相变，进一步稳定MXenes。此外，本研究还在复杂的Mo2TiC2Tx MXene中验证了这一行为，通过确定缺陷区域的γ-Mo2C晶体形成以及使用碱金属离子抑制这一生长。通过结合原位X射线衍射（XRD）、扫描透射电子显微镜（STEM）、外部原子层分辨的二次离子质谱（SIMS）、热重分析（TGA）、X射线光电子能谱（XPS）方法以及密度泛函理论（DFT）模拟，本研究为碱金属离子在二维MXenes中的缺陷工程应用奠定了基础，并为高温稳定的能量或极端环境材料的进一步应用提供了新思路。【科学亮点】1. 实验首次观察到碱金属离子倾向于占据Ti3C2Tx MXene基面上的过渡金属原子空位。这一发现是通过原位X射线衍射（XRD）、扫描透射电子显微镜（STEM）和外部原子层分辨的二次离子质谱（SIMS）技术实现的。2. 实验通过碱金属离子在基面空位缺陷位点的占据，有效控制了MXenes在高温下的相变。这种控制显著提高了MXenes的相稳定性，抑制了相变过程中Ti3C2Tx的C损失，进一步验证了碱金属离子在高温环境中的稳定作用。3. 实验还展示了这一行为在更复杂的Mo2TiC2Tx MXene中，通过分析γ-Mo2C晶体在相变Mo2TiC2Tx中的局部形成，并利用碱金属离子抑制γ-Mo2C在缺陷位点周围的生长。该实验结合了TGA数据和DFT模拟，证明了碱金属离子在高温条件下对MXenes的相稳定性和结构完整性的增强作用。【科学图文】图1：层层SIMS分析过度刻蚀的Ti3C2Tx上装饰的碱金属阳离子。图2：通过碱金属阳离子稳定缺陷来控制Ti3C2Tx MXene的相。图3：Mo2TiC2Tx的片层尺度相行为。图4：阳离子占据及阳离子装饰的Mo2TiC2Tx的相行为。【科学结论】本文的研究揭示了碱金属离子在Ti3C2Tx和Mo2TiC2Tx MXenes中的重要作用，特别是在高温环境下的相稳定性和缺陷控制方面。首先，碱金属离子可以优先占据MXenes基面上的过渡金属空位，这一机制有效地控制了MXenes在高温下的相变过程，从而稳定了材料结构。这一发现对理解MXenes的高温行为具有重要意义，并为设计高温稳定的MXenes材料提供了新的思路。其次，碱金属离子的引入显著减少了相变过程中的碳损失，增强了MXenes的稳定性。这一结果表明，利用离子装饰可以优化材料的相稳定性和性能，为高温应用中的材料设计提供了新的策略。最后，本研究还展示了如何通过精确的缺陷工程来调控MXenes的相变，这一方法不仅适用于MXenes，还可能扩展到其他二维材料或纳米晶陶瓷体系中。这为未来在极端环境条件下的材料开发提供了宝贵的理论基础和实践指南。原文详情：Wyatt, B.C., Boebinger, M.G., Hood, Z.D. et al. Alkali cation stabilization of defects in 2D MXenes at ambient and elevated temperatures. Nat Commun 15, 6353 (2024). https://doi.org/10.1038/s41467-024-50713-2