轻质高强耐热铝合金是航空航天、交通运输等领域需求日益迫切的基础材料。记者4月30日从天津大学获悉，该校材料学院何春年教授团队创新地提出了一种“界面置换”分散策略，成功实现了约5纳米的氧化物颗粒在铝合金中的单粒子级均匀分布，制备的氧化物弥散强化铝合金在高达500℃的温度下仍具有史无前例的抗拉强度（约200兆帕）与抗高温蠕变性能。该成果近日发表在国际期刊《自然·材料》上。 据介绍，传统铝合金高温下力学性能急剧下降，300℃以上服役性能已达瓶颈。300℃抗拉强度小于200兆帕，500℃抗拉强度小于50兆帕。对于当前航空航天等重要领域最为关注的300—500℃温度区间，铝合金使役时出现的力学性能迅速衰退，成为大动力/大功率工作条件下制约结构设计、影响服役安全的关键短板。 目前，提高铝合金耐热性能的途径主要有两个：一是提升析出相的热稳定性；另一条出路是引入高稳定性的陶瓷相纳米颗粒。相比于前者，陶瓷颗粒通常具有较高的熔点（大于1000℃）与弹性模量，因而具有更高的热稳定性和变形稳定性。 其中，氧化物陶瓷颗粒由于具有优良的强度、热传导、耐高温、耐氧化、耐腐蚀、低成本等特性，备受研究者青睐。何春年介绍，研究者在众多金属体系（如铁、铜、镍、钼等）中通过原位合成氧化物纳米颗粒的思路实现了优异的高温力学性能。 “然而，以上实现弥散分布的原理是基于氧化物颗粒在基体内溶解—析出，或是液相混合后将金属前驱体还原成金属基体，对于与氧反应活性高、不可化学还原的轻金属材料如铝、镁、钛等，上述方法则无法适用。”何春年说。 如何在铝合金中实现纳米氧化物弥散强化进而改善其高温力学性能，仍是铝合金甚至轻合金体系的国际性科学与技术难题。 为此，何春年教授团队提出并通过“界面置换”分散策略，制备了5纳米级氧化物弥散强化铝合金，即首先利用金属盐前驱体分解过程中的自组装效应制得了少层石墨包覆的超细氧化物颗粒，将纳米颗粒之间较强结合的化学键替换为石墨包覆层之间较弱的范德华力结合，从而使纳米颗粒之间的粘附力降低了2—3个数量级。 在此基础上，通过简单的机械球磨—粉末冶金工艺，实现了高体积分数（体积分数为8%）的单粒子级超细氧化物颗粒在铝基体内的均匀分散，并使铝合金展示出极其突出的高温力学性能与抗高温蠕变性能，其在300℃和500℃下的抗拉强度分别为420兆帕和200兆帕；在500℃和80兆帕的蠕变条件下，稳态蠕变速率为10的负7次方每秒，大幅超越了国际上已报道的铝基材料的最好水平。 该项研究揭示了超细纳米颗粒增强轻质金属的超常耐热机制，并为开发耐热高强轻质金属材料及其航空航天、交通运输等重要领域应用提供了新思路。 查看详细>>

一件柔软透气的衣服，不仅可以储存能量，还能便捷地为手机、手表等随身电子设备供电。这一曾存在于科幻作品中的场景，已经变成了现实。 近日，复旦大学科研团队在高性能纤维电池及电池织物研究上取得新突破：通过设计具有孔道结构的纤维电极，实现电极与高分子凝胶电解质的有效复合，团队不仅解决了高分子凝胶电解质与电极界面稳定性差的难题，还发展出纤维电池连续化构建方法，实现了高安全性、高储能性能纤维电池的规模制备。相关研究成果发表于《自然》主刊。 经过多年探索，复旦大学团队相继攻克“设计纤维结构获得柔软的锂离子电池”“制备高能量密度的纤维锂离子电池”两大难题；“实现高安全性纤维锂离子电池”则是该课题的“最后一公里”。科研团队负责人、中国科学院院士彭慧胜表示，由于纤维电池织物和人体紧密贴合，必须以高安全性的高分子凝胶电解质取代易漏易燃的有机电解质，而基于高分子凝胶电解质的纤维电池要想提升储能性能，必须解决高分子凝胶电解质与纤维电极界面不稳定这一难题。 团队最终从爬山虎与植物藤蔓紧紧缠绕这一自然现象中受到启发，研究其奥秘后，设计了具有多层次网络孔道和取向孔道的纤维电极，并研发单体溶液使之渗入到纤维电极的孔道结构中，单体发生聚合反应后生成高分子凝胶电解质，与纤维电极形成紧密稳定界面，进而实现了高安全性与高储能性能的兼得。 在此基础上，团队发展出基于高分子凝胶电解质纤维电池的连续化制备方法，实现了数千米长度纤维锂离子电池的制备，其能量密度达到128瓦时/公斤，可有效为无人机等大功率用电器供电，同时具有优异的耐变形能力。 彭慧胜表示，通过自主设计关键设备，团队建立了以活性浆料涂覆、高分子隔离膜包覆、纤维螺旋缠绕、凝胶电解质复合以及高分子熔融封装为核心步骤的纤维电池中试生产线，实现每小时300瓦时的产能，相当于每小时生产的电池可同时为20部手机充电。 目前，团队已使用工业编织方法制备了大面积纤维电池织物。在相关工业标准下，电池织物在经受大电流充放电、过压充电和欠压放电、高温存储后没有发生泄漏、着火等事故，显示出良好的安全性和稳定性；电池织物在高低温、真空环境中及外力破坏下仍可以安全稳定地为用电器供电。 “这一纤维电池可应用于消防救灾、极地科考、航空航天等重要领域，更多应用场景有待各方共同开拓。”彭慧胜说。 查看详细>>

中国科学院合肥物质科学研究院等离子体物理研究所核聚变大科学团队科研工作者和工程建设者们全力以赴，加快推进国家大科学装置“夸父”(CRAFT)主体工程建设。 近日来，在安徽省合肥市，中国科学院合肥物质科学研究院等离子体物理研究所核聚变大科学团队科研工作者和工程建设者们全力以赴，加快推进国家大科学装置“夸父”(CRAFT)主体工程建设。 “夸父”学名是“聚变堆主机关键系统综合研究设施”，是国家“十三五”重大科技基础设施，2018年12月获批开工建设。 目前，“夸父”主体工程已完成116项关键里程碑当中的76项，项目从子系统的实验室研发测试阶段进入关键部件的研制和现场集成及调试阶段，总体进度已达70%，预计“夸父”将在2025年底建成。 查看详细>>

朱拉隆功大学（Chulalongkorn University）理学院植物学系教授Warawut Chulalaksananukul博士和助理教授Chompunuch Glinwong博士领导的"开发用于合成航空生物燃料的微生物脂质规模化生产技术"研究项目已成功分离出酿酒酵母（CU-TPD4菌株），该菌株具有很高的油脂积累和航空生物燃料生产潜力，可满足未来日益增长的能源需求。 朱拉隆功大学的酿酒酵母将扩大航空生物燃料的生产能力 "酿酒酵母被归类为公认安全（GRAS）微生物，在食品工业中使用已久。然而，它还没有被用于油脂的工业生产。" "与将植物用作油源相比，使用含油酵母原料生产生物燃料具有若干优势。"酵母的生命周期短，可以在各种食物中培养，价格便宜，而且几乎不需要劳动力。它可以随时培养，因此可以轻松扩大生产规模。酵母对人类和环境都是安全的。此外，该工艺还可利用农业废弃物，有助于推动循环经济和减少焚烧农业废弃物造成的空气污染问题。 该项目得到了泰国国家研究理事会的资助，植物学系三名博士生Nuttha Chuengcharoenpanich、Wannaporn Wattanasunthorn和Thanapong Tangwanaphrai，以及泰国国家科学院下属国家基因工程及生物科技研究中心的Surisa Suwannarangsee博士共同参与了此项目。该团队还与中国的研究人员开展了合作，包括中国科学院广州能源研究所的王忠铭教授和亓伟教授。 此外，该研究还引起了德国汉堡工业大学（TUHH）和法国图卢兹生物技术研究所（TBI）等机构研究人员的兴趣，他们认为有机会将CU-TPD4酵母应用到油脂生产以及面包、酒精和其他食品生产领域中。 查看详细>>