材料科學(xué)綜合

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代波，邵曉萍，馬擁軍，等

新型碳材料——石墨烯的研究進(jìn)展

代波，邵曉萍，馬擁軍，等

石墨烯是目前凝聚態(tài)物理和材料科學(xué)研究的熱點(diǎn)，與目前半導(dǎo)體工業(yè)的重要原材料硅相比，石墨烯具有很好的導(dǎo)電性、很高的化學(xué)穩(wěn)定性和熱力學(xué)穩(wěn)定性，因此有望取代硅，在電子產(chǎn)品生產(chǎn)中得到廣泛應(yīng)用。文章簡(jiǎn)要介紹了石墨烯的概念，重點(diǎn)評(píng)述了其制備方法以及電子結(jié)構(gòu)、力學(xué)特征等基本物理特性。石墨烯是一種半金屬或者零帶隙二維材料，被認(rèn)為是理想的自旋電子學(xué)材料，因?yàn)槠渥孕?軌道耦合很弱，并且碳原子的核磁矩幾乎為零，因此，電子的自旋注入核探測(cè)可以在室溫下進(jìn)行。石墨烯的電子自旋擴(kuò)散長(zhǎng)度在室溫下甚至超過1 μm。石墨烯是現(xiàn)在世界上已知的最為堅(jiān)固的材料，它的強(qiáng)度是世界上最好的鋼的100倍。文章還討論了石墨烯器件的研發(fā)現(xiàn)狀，并展望了其未來發(fā)展前景以及其他潛在應(yīng)用。我國(guó)的研究人員也在石墨烯領(lǐng)域開展積極的探索。通過LiB膜組裝技術(shù)，將懸浮在溶劑里的石墨烯一層一層地轉(zhuǎn)移到固體表面，可制成大面積的透明導(dǎo)電膜。高質(zhì)量石墨烯及其LB膜的制備對(duì)未來石墨烯的大規(guī)模應(yīng)用具有重要意義。研究人員還探索了一種制備圖案化石墨烯的方法，以圖案化的金屬層作為催化劑制備了圖案化的石墨烯，并成功地將其應(yīng)用于有機(jī)場(chǎng)效應(yīng)晶體管電極。研究表明，石墨烯是一種性能優(yōu)異的有機(jī)場(chǎng)效應(yīng)晶體管電極材料。低的載流子注入勢(shì)壘和良好的電極半導(dǎo)體接觸是器件具有高性能的主要原因。這為有機(jī)場(chǎng)效應(yīng)晶體管和石墨烯的發(fā)展奠定了良好的基礎(chǔ)。對(duì)石墨烯的研究將會(huì)使我們不斷獲得關(guān)于材料納米尺度上的許多新的物理認(rèn)識(shí)，石墨烯中很弱的自旋-軌道耦合以及比較長(zhǎng)的自旋平均自由程可能會(huì)產(chǎn)生許多量子干涉器件或自旋電子器件。目前石墨烯研究的關(guān)鍵問題在于單片的石墨烯很難制備，更難把它轉(zhuǎn)移到合適的襯底上，但石墨烯的前景是樂觀的，這是因?yàn)閷?duì)石墨烯片的邊緣尺寸基本沒有限制。

來源出版物：材料導(dǎo)報(bào), 2010, 24(3): 17-21

入選年份：2015

航空用鈦及鈦合金的發(fā)展及應(yīng)用

黃張洪，曲恒磊，鄧超，等

摘要：衡量一個(gè)國(guó)家航空工業(yè)發(fā)展水平的一個(gè)重要標(biāo)志就是看航空用鈦量在鈦總用量中所占的百分比。世界范圍內(nèi)航空鈦加工材需求占鈦材總需求量的50%左右，其中美國(guó)1990年至1997年期間航空航天工業(yè)的鈦材需求量約占美國(guó)鈦材總需求量的70%，在航空航天工業(yè)中民用量又為軍用量的2倍多，而我國(guó)鈦加工材應(yīng)用于航空工業(yè)的份額不足20%，尚有極大的發(fā)展空間。越是先進(jìn)的新型飛機(jī)，越是寬體飛機(jī)，用鈦量越大。不僅是機(jī)身，主流的高涵道比渦扇發(fā)動(dòng)機(jī)也大量用鈦。軍機(jī)與民用飛機(jī)有同樣的用鈦趨勢(shì)，而且用鈦的比例更高。國(guó)外先進(jìn)軍用戰(zhàn)斗機(jī)和轟炸機(jī)中鈦合金用量已穩(wěn)定在20%以上，如美國(guó)B-2轟炸機(jī)、法國(guó)幻影2000及俄羅斯蘇-27CK戰(zhàn)斗機(jī)鈦用量分別達(dá)26%、23%、18%。美國(guó)的第四代戰(zhàn)斗機(jī)F22的用鈦量高達(dá)39%～41%。在民用客機(jī)方面，一架波音737、747、777、787用鈦量分別為18 t、45 t、59 t和136 t；一架空客A320、A330、A340、A380的用鈦量分別為12 t、18 t、25 t和146 t。國(guó)外先進(jìn)發(fā)動(dòng)機(jī)上的鈦用量通常保持在20%～35%的水平。我國(guó)早期生產(chǎn)的渦噴發(fā)動(dòng)機(jī)均不用鈦，自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的昆侖渦噴發(fā)動(dòng)機(jī)鈦用量達(dá)到15%，渦扇發(fā)動(dòng)機(jī)鈦用量提升到25%。根據(jù)航空用鈦合金的強(qiáng)度及服役環(huán)境特點(diǎn)，可將其分為高溫鈦合金、高強(qiáng)鈦合金、損傷容限型鈦合金和阻燃鈦合金等。國(guó)際先進(jìn)的高溫鈦合金主要有美國(guó)的Ti-6242S，Ti-1100，英國(guó)的IMI834，俄羅斯的BT36以及中國(guó)的Ti-60/Ti600。已在航空發(fā)動(dòng)機(jī)上應(yīng)用的傳統(tǒng)高溫鈦合金的最高使用溫度仍為600℃，在600℃以上，蠕變抗力和高溫抗氧化性的急劇下降是限制鈦合金向更高溫度發(fā)展的兩大主要障礙。高強(qiáng)鈦合金一般指抗拉強(qiáng)度在1000 MPa以上的合金。目前，代表國(guó)際先進(jìn)水平并在飛機(jī)上獲得實(shí)際應(yīng)用的高強(qiáng)度鈦合金主要有β型鈦合金Ti-10-2-3，Ti-15-3，β-21S，α-β型兩相鈦合金B(yǎng)T22以及中國(guó)的TB10等。具有很高斷裂韌性和很慢裂紋擴(kuò)展速率的中強(qiáng)或高強(qiáng)鈦合金，即損傷容限型鈦合金主要有Ti-6A1-4V（β-ELI）、Ti-62222S合金和新型兩相高強(qiáng)高韌TC21合金。阻燃鈦合金主要有兩個(gè)合金系：即Ti-V-Cr系，如美國(guó)的Alloy C；Ti-Al-Cu系，如俄羅斯的BTT-1，我國(guó)的Ti-40等。我國(guó)航空領(lǐng)域鈦材需求量在總需求量所占比例偏低的主要原因有三：（1）我國(guó)的民用干線飛機(jī)都是購(gòu)買國(guó)外的；（2）一些新型軍用飛機(jī)尚未批量生產(chǎn)；（3）已批量生產(chǎn)的軍用飛機(jī)的鈦用量（所占結(jié)構(gòu)的百分比）也不高（一般情況下，機(jī)體≤5%，發(fā)動(dòng)機(jī)≤20%）。中國(guó)大飛機(jī)、航天空間站、嫦娥計(jì)劃都會(huì)大量使用鈦材。近年來軍用飛機(jī)及其發(fā)動(dòng)機(jī)降低成本的呼聲卻越來越高，從“斤斤計(jì)較”轉(zhuǎn)為“克克計(jì)較”的氣氛越來越濃。

來源出版物：材料導(dǎo)報(bào), 2011, 25(1): 102-107

入選年份：2015