超導體材料的案例
《JACS》我國發現具有新型結構的超導體！
中國科學院物理研究所/北京凝聚態物理國家研究中心超導國家重點實驗室SC10組長期進行新型超導體的探索研究，在2014年即首次報道了LaO1–xFxBiSSe中增強的超導電性（arXiv: 1404.7562）。最近，該研究組的博士研究生阮彬彬、趙康等人在任治安研究員的指導下，發現了新型四元化合物Bi3O2S2Cl。粉末X射線衍射表明該化合物屬于I4/mmm (No. 139) 空間群，晶格常數a = 3.927(1) ?，c = 21.720(5) ?。通過調節S含量，Bi3O2S2Cl實現了從半導體到超導體的轉變，超導轉變溫度Tc約為3.5 K。（圖1）
圖1. Bi3O2S2Cl的晶體結構以及自摻雜引起的超導電性
通過與先進材料與結構分析實驗室楊槐馨研究員等人合作的透射電鏡研究分析表明，Bi3O2S2Cl由[Bi2O2]2+和[BiS2Cl]2–層交替堆疊構成（圖2）。其中[BiS2Cl]2–層是由Bi-Cl無限四方平面層構成，S原子位于八面體上下頂點上。在鉍的鹵化物中，該類型的結構尚屬首次報道。霍爾效應測量表明該化合物為n型半導體，通過S空位的摻雜，可以引入載流子進而誘發超導。該化合物的超導層為[BiS2Cl]2–層，與已知的BiCh2基超導體均不相同。
圖2. 多晶Bi3O2S2Cl的SEM與TEM圖譜
研究小組通過優化實驗條件，成功得到了Bi3O2S2Cl單晶樣品，并在此樣品中觀測到體超導電性，Tc約為2.8 K（圖3）。在Bi3O2S2Cl中所發現的新型[BiS2Cl]2–層是一種新的結構單元，通過改變絕緣層[Bi2O2]2+，有望合成出更多的新型層狀含鉍化合物，在新型超導體和熱電材料等研究領域具有重要價值。
圖3.
展開 高熵合金超導體 || 福岡工大教授告訴你什么是未來黑科技！
高熵合金超導體
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自2014年高熵合金超導體被發現以來，超導已經成為高熵合金最具吸引力的性能之一。超導體具有三個基本特征：
完全電導性、完全抗磁性、通量量子化。
?基于馬蒂亞斯定則（Matthias rule），許多由過渡族金屬元素構成的高熵合金成為介于過渡金屬晶體超導體與氣體超導體的中間材料。
超導性的魯棒性抵抗超高壓或超磁性是一個新的發現。
在這一研究領域，許多研究人員正在研究高熵合金超導體與其他常規超導體和非常規超導體之間的超導特性差異。關于高熵合金超導體的材料研究才剛剛開始，有可能促成新現象的意外發現。
Jiro Kitagawa在綜述中著重闡述了高熵合金超導體的研究現狀，發現目前研究最多的晶體結構是bcc，主要化學成分為Hf、Zr、Ti、Ta、Nb和V, 價電子數（VEC）值為4或5，bcc型高熵合金超導體可以看作是介于晶型超導體和非晶型超導體之間的中間體系。并對材料的設計進行了討論。
展開 香港理工大學鄭子劍教授課題組AFM：在透氣超彈液態金屬導體材料上取得新進展
液態金屬憑借其高導電性，室溫下可任意形變及低模量的特點，在可拉伸及可穿戴電子材料領域具備很好的商業應用前景。然而，目前可拉伸的液態金屬導體材料面臨著兩個嚴峻的挑戰。首先，由于比表張力很大 （以鎵銦錫共熔液態金屬為例，室溫下的表面張力為718 mN m-1），液態金屬很難自動在可拉伸的高分子基底表面浸潤及鋪展，這給液態金屬導體的制備帶來困難。其次，由于大應變拉伸時導體材料的尺寸變化，導體的電阻不可避免地會有很大的增加 （幾十幾百倍）。此外，在可穿戴電子的是長期實際應用中，材料的透氣性對穿著舒適性也極為重要。基于以上，鄭子劍教授團隊通過對超浸潤液態金屬及拉伸導電性增加的聚合物分子框架的設計，在三維多孔的纖維網絡修飾可與液態金屬反應型浸潤的銀層，使得液態金屬的浸潤接觸角到0°左右。同時，纖維網絡的毛細力使得液態金屬可快速灌輸到超親的纖維網絡中。這一現象在拉伸過程中更加明顯，進而產生更多的導電回路來緩解電阻在大應變下的變化。
圖1. 超浸潤液態金屬及拉伸導電性增加的液態金屬導體材料的制備。
該團隊通過液態金屬與銀層的反應型浸潤，制備銦銀的金屬間化合物，使得液態金屬在靜電紡絲纖維網絡表面的接觸角從145°降低到0°左右。同時，由于靜電紡絲網絡的毛細力，液態金屬可進一步灌輸到其三維多孔的結構中，可得到高液態金屬載量 （64~210 mg cm-2）低電阻的可拉伸導體材料。在實際應用中，該導體材料還能在拉伸-松弛的過程中形成橫向網狀和垂直彎曲的褶皺結構，使得該導體具有透氣透水性。
展開 今日Nature：電子摻雜氧化銅超導體中的三維空間電荷激發
【前言】
高溫氧化銅超導體由堆疊的CuO2組成，電子帶結構和磁激發主要是二維的，但超導相干性是三維的。這種二分法強調了面外電荷動力學的重要性。目前研究人員已經發現，在光學可達到的有限動量范圍內，面外電荷動力學在正常狀態下是非相干的。
【成果簡介】
今日，來自斯坦福大學的Z. X. Shen, T. P. Devereaux,和W. S. Lee（共同通訊）聯合在Nature發表文章，題為“Three-dimensional collective charge excitations in electron-doped copper oxide superconductors”。作者使用共振非彈性X射線散射來探索布里淵區所有三維空間的電荷動態。電子摻雜氧化銅激發(模式)的極化分析揭示了它們的電荷來源。激發沿著面內和面外兩個方向擴散，這揭示了它的三維性質。面外分散的周期性對應于相鄰CuO2平面之間的間距，而不是晶體c軸晶格常數，這表明面外庫侖相互作用是相干面外電荷動力學的原因。作者觀察到的特性是渴望已久的“聲等離子體激元”的特征，這是分層系統預測的不同電荷集合模式的一個分支，并被認為在調解高溫超導性方面將發揮重要作用。
【圖文簡介】
圖1. 層狀電子氣中的等離子體激元以及電子摻雜氧化銅的電荷激發
圖2. 區域中心的激發三維性
圖3.
展開 
量子材料跨界拓展固態離子導體
固態離子導體已被證明在電化學儲能系統，非易失性存儲器(nonvolatile memory)，類腦神經計算(neuromorphic computing) 和仿生學(biomimicry) 中具有廣泛的應用前景。
傳統的固態離子導體設計理念主要集中于異價原子的替換摻雜（substitutional doping）。從相穩定的角度來說，這在根本限制了摻雜原子的極限含量及材料的傳導能力。如果能夠找到其他合適的方法，突破相結構限制，向固體材料中注入大量可移動的離子，有可能對固態離子導體領域帶來新突破。
鈣鈦礦型稀土金屬鎳酸鹽是一類具有電子強關聯性的（electron-electron correlation）量子材料（quantum material），此前，其表現出的溫度及壓力誘發的金屬-絕緣體相變特性一直是該類材料的研究重點。近年來，有研究發現，簡單電子給體（如質子）的摻雜，能夠更為有效地調變該類型材料的能帶結構，從而人工誘發材料載流子濃度的指數級變化及更為明顯的金屬-絕緣體相變。近兩年來，該現象已被巧妙的應用于固體氧化物燃料電池（Nature,2016, 534, 231），神經形態模擬 （Nature Communication 2017, 8,240）及海洋生物器官模擬（Nature 2018，553,68）等前沿交叉科學領域。
展開 自修復超級可伸縮彈性導體材料的研制取得重要進展
此外，由于動態可逆銀-硫鍵的巧妙設計，該彈性導體材料表現出快速而高效的愈合能力，在1分鐘時間內可實現自愈合，且愈合效率高達93%。更重要的是，修復后的材料仍然保持了優異的導電性能、機械性能和電機械穩定性。
圖1. 彈性導體材料的制備及其電機械性能。
圖2. 彈性導體的自修復性能。
這項研究為今后研制具有優越力學、電學性能的可修復抗拉伸導體材料設計和構筑提供了新思路，所制備的材料在柔性、可拉伸電子設備領域具有廣泛的應用前景。
該工作得到了國家自然科學基金面上和重點項目、國際合作重點項目、國家重點基礎研究發展計劃、新世紀優秀人才支持計劃、中央高校基本科研業務費專項資金、安徽省自然科學基金、合肥大科學中心卓越用戶基金等項目的資助。
論文鏈接：
http://www.nature.com/articles/s41467-018-05238-w
來源：合肥工業大學化學與化工學院
展開 “硅”助力超疏水 一文帶你了解超疏水材料的技術
超疏水性是一種特殊的潤濕性，一般指水滴在固體表面呈球狀，接觸角大于150度，滾動角小于10度。材料表面能（材料表面分子比內部分子多出的能量）越低，疏水性越好，且當低表面能材料具有微觀粗糙結構時，水滴與材料之間會形成一層空氣膜，阻礙水對材料表面的潤濕，從而形成超疏水狀態。
超疏水表面最初的靈感來源于“荷葉效應”。20 世紀90 年代，德國植物學家波恩大學Barthlott等揭示了荷葉表面的結構，發現荷葉的“自潔性”源于其表面的微納結構，荷葉表面具有微米級的乳突，乳突上有納米級的蠟晶物質，這種微-納米級的粗糙結構可以大幅度提高水滴在其上的接觸角，導致水滴極易滾落。
因為水滴在超疏水材料表面滾落時可帶走污染物，使材料表面保持清潔。因此超疏水材料具有防水、防腐蝕、防冰以及防附著等多重特性。
荷葉表面除具有超疏水特性——“荷葉效應”之外，還呈現荷葉表面超疏水、底面親水的（Janus）潤濕性特性。模擬荷葉表面這種特性進行具有顯著潤濕性差異Janus膜表面構筑，目前研究開展的還相對較少。
近日，一個土耳其-德國聯合研究團隊以濾紙為多孔基底，通過單面修飾聚二甲硅氧烷（PDMS）/無機微納顆粒（粒徑范圍從數納米到數十微米），簡便構筑了具有超疏水/親水顯著潤濕性差異的Janus紙。這種紙具有優異的化學穩定性、機械穩定性和柔韌性，同時保持良好的透氣性，在傷口處理等方面具有較大的應用前景。
Janus紙構筑過程示意圖
研究人員選用Whatman No. 1濾紙和實驗室工程棉濾紙為基底材料，PDMS、硅納米顆粒以及玻璃微球混合均勻后采用噴涂技術涂覆到基底表面，經過120 ℃加熱交聯處理后PDMS共價接枝到濾紙表面。該側濾紙表面呈現出超疏水特性（CA~163.1 ± 1.2°）。同時，研究表明混入摻雜三種不同尺寸的無機顆粒（20?
展開 一種具有自修復功能的兩棲超親水、超親油表面材料
超親水、超親油（即“超雙親”）表面具有自清潔、防污、抗霧、使液體迅速鋪展等功能，在日常生活、醫療、工業生產等方面有著廣泛的應用。然而，目前報道的超雙親表面只能在單一介質環境下工作。例如，在干態空氣環境中具有超雙親性質的表面材料在水中往往會表現出超疏油性質，而不是親油性。因為這些材料一旦被水潤濕，其性能主要取決于附著在表面的液態水層。相反，在水中具有親油性質的表面在干燥狀態和空氣介質中通常表現為超疏水和超親油。在空氣和水介質中均具有超雙親（即“兩棲” 超雙親）性質的表面材料報道很少，其制備一直是個挑戰性難題。
最近，澳大利亞迪肯大學（Deakin University）林童教授團隊報道了一種簡單有效的表面處理方法，可使紡織品材料表面具有穩定的“兩棲” 超雙親性質。該團隊采用一種表面涂層技術，將兩種分別帶有親水和親油官能團的化合物涂布于紡織品材料的表面，并進行交聯處理。經過處理的紡織品面料在空氣中表現為優秀的超雙親性質，對水、油和多種有機溶劑的觸角為0°。在水中或完全被水潤濕的條件下，該面料仍然可以使油和不溶性有機溶劑在表面迅速鋪展。該涂層不僅具有良好的牢度，而且可抵御酸堿侵蝕和長時間紫外照射。不僅如此，該涂層還表現出了自修復功能，在被化學侵蝕破壞后，其水下超親油性能可以通過加熱恢復到原的有功能狀態。該團隊進一步證明，這種兩棲超雙親材料在油水分離方面有很大的應用潛力。無論織物在干燥還是潤濕狀態，都表現出了穩定的吸油能力。
圖1：“兩棲”超雙親表面的處理過程及效果。
詳細結果已發表在近期的《Materials Horizons》（DOI: 10.1039/C8MH00898A）。文章共同第一作者為博士生符思達和周華博士，通訊作者為王紅霞博士和林童教授。
來源：高分子科學前沿
展開 Abaqus超彈性材料分析 附Abaqus 分析用戶手冊材料卷下載
模型了解：
本案例所用模型如下：
圖1 模型認識
其中，1為壓塊，結構剛材料，2為橡膠超彈性材料。
有限元分析流程分為3大步、3小步，如下圖所示。
今天將以這種方式介紹使用workbench實現齒輪嚙合的分析流程。
一、前處理
1.1 幾何模型的構建
本案例中的幾何模型較為簡單，因此直接在abaqus中創建。
本例使用平面應力應變單元模擬實體的壓縮過程，將Module切換到Part模塊，單擊create part創建壓塊部件，部件類型選擇2D planar、Deformable、Shell，進入草圖環境，繪制壓塊圖形如圖1，繪制完成后單擊done完成壓塊的創建。繼續單擊create part創建橡膠部件，部件類型也為2D planar、Deformable、Shell，進入草圖環境，繪制橡膠圖形如圖1所示，繪制完成后單擊done退出橡膠的創建。
1.2 材料參數的定義
1.2.1 材料本構
將Module切換到property模塊。單擊create material創建材料，壓塊使用結構剛材料，密度設置7850kg/m3,楊氏模量為2.1e11Pa，泊松比為0.3。
橡膠使用超彈性材料，使用Mooney-Rivlin本構模型。
展開 abaqus模擬超材料三點彎分析 ￥9.9
分析三點彎結構抗彎性能的有限元模型長度 l 為 130mm(自己設置下)，其余三點彎結構尺寸參數及材料參數與 2.4.3 節中的面內側壓性能分析模型相同。三點彎有限元模型如圖 2-21 所示，包含兩個部分，分別是三點彎結構的有限元精細模型與進行三點彎加載的剛體壓頭。
圖3-1 三點彎結構有限元模型
圖3-2三點彎支撐點間距示意圖
Job1
Job2
Job3
Job4
模型類型
Job1
Job2
Job3
Job4
Job5
位移值
11.03
10.52
10.39
10.58
10.53
? 模型一是全部選用最差性能的BCC 陣列成50×5×5的梁。
? 模型二是根據文獻改進了單胞的排列方式 紅色區域是OCT 黃色區域是FCC 綠色是BCC。
對應每個模型的這個圖需要列出來，對應好
? 模型3是分層設計 第一層和第五層是OCT 第二層和第四層是FCC 中間一層是BCC
? 模型4是根據模型一的應力分布更改的單胞排布 模型一應力黃色和紅色的地方改成了OCT 其他受應力的地方換成了FCC
? 模型5是模型一的基礎上把所有有應力的地方都改成了FCC 沒有使用OCT
對比分析
可以看到模型一相較于其他模型的位移值較大，說明模型一的剛度較差，抵抗變形的能力較弱，分析其原因是由于組成其模型的單胞結果，其單胞使用為BCC單胞模型，其每個單胞的剛度較差，就導致整理的梁結果剛度較差，
在結果上分析，此模型為三點彎模型，上端受壓，下端受拉，單胞模型的排列規則對模型的強度，剛度以及穩定性有較大的影響。
展開 材料力學基礎知識，超全收藏！ 附材料力學劉鴻文下載
材料力學所涉及的內容分屬于兩個學科：
固體力學 (solid mechanics)，即研究物體在外力作用下的應力、變形和能量，統稱為應力分析 (stress analysis)。但是，材料力學又不同于固體力學，材料力學所研究的僅限于桿類物體，例如桿、軸、梁等。
材料科學 (materials science) 中的材料的力學行為 (behaviors of materials)，即研究材料在外力和溫度作用下所表現出的力學性能 (mechanical properties) 和失效 (failures) 行為。但是，材料力學所研究的僅限于材料的宏觀力學行為，不涉及材料的微觀機理。
力學特性是指在外力作用下材料變形與所受外力之間的關系，以及材料抵抗變形和破壞的能力，這些力學特性均需通過材料試驗確定。
以上兩方面的結合，使材料力學成為工程設計 (engineering design) 的重要組成部分，即設計出桿狀構件或零部件的合理形狀和尺寸，以保證它們具有足夠的強度、剛度和穩定性。
展開 
軟體機器人超彈性材料本構賦予的兩種實現方式 ￥29.99
引言：超彈性材料是軟體機器人實現 “大變形、高回復、低剛度” 核心性能的關鍵載體，其力學行為需通過精準的本構模型描述。在 Abaqus 仿真環境中，針對軟體機器人的超彈性材料本構，主要存在兩種主流賦予方式：一是直接調用內置的Mooney-Rivlin 應變勢能模型，適用于常規彈性體（如硅橡膠）的快速仿真；二是通過UHYPER.for 用戶子程序自定義應變勢能，適配新型超彈性材料（如梯度彈性體、仿生彈性體）的特殊力學行為。本文將圍繞這兩種方式，結合 Abaqus 仿真全流程（建模、參數設置、分析步、相互作用等），詳細闡述實現邏輯、操作要點及結果對比，為軟體機器人的超彈性仿真提供可復現的技術方案。
1、 計算結果與分析
兩種超彈性本構方式的仿真結果需從 “精度、效率、適用性” 三個維度對比，核心差異如下：
（1） 力學響應精度
Mooney-Rivlin 模型（1 階）：因模型未考慮高階非線性項，易出現 “應力預測偏低” 問題，誤差可升至 15% 以上。
UHYPER.for 子程序：通過自定義高階應變勢能函數（如 Ogden 模型、Yeoh 模型），可覆蓋小至大變形全范圍，與實驗數據誤差穩定在 3% 以內，尤其適合軟體機器人扭轉、彎曲等大變形工況。
（2） 計算效率
Mooney-Rivlin 模型：無需編譯子程序，計算迭代次數少。
UHYPER.for 子程序：需先通過 Fortran 編譯器（如 Intel Fortran Compiler）編譯子程序，且自定義函數的導數計算會增加迭代復雜度。
（3） 收斂性表現
Mooney-Rivlin 模型：因本構關系簡單，在幾何非線性打開、增量步合理設置的前提下，收斂率可達 95% 以上，極少出現 “迭代終止” 問題。
展開 校準超彈性材料 ￥5
超彈性是聚合物和生物材料的一種特征性材料行為，例如橡膠、靜脈和腦組織。一個共同特征是超彈性材料通常會發生較大的變形。它需要特殊的材料模型和材料性質校準，以考慮超彈性行為。
在本案例中，超彈性通過Mooney-Rivlin材料模型進行建模。提供多組實驗測試數據用于材料性質校準。按照說明文件復現校準過程。之后，對樣品進行拉伸和扭轉模擬，獲得力矩與旋轉曲線。把結果和實驗結果對比，看看是否匹配。
Ansys 超彈性橡膠材料仿真分析
11月11日，Ansys官方『Ansys 超彈性橡膠材料仿真分析』研討會為您展開介紹Ansys超彈性橡膠材料分析方案，還將簡要介紹Ansys最新收購的聚合物材料建模工具PolymerFEM，感興趣的下滑預約學習??
時間：11月11日（星期二），16：00-17：00
內容簡介：
本次網絡研討會主要介紹Ansys超彈性橡膠材料分析方案，聚焦于超彈性本構的選取、基于測試數據的材料參數擬合、非線性計算設置與收斂性調試等關鍵技術。 此外，還將簡要介紹Ansys最新收購的聚合物材料建模工具PolymerFEM。
講師：
韓鎮澤 | Ansys高級應用工程師
具備多年結構有限元仿真在不同領域的應用經驗。專注于PCB封裝結構可靠性方案，以及消費電子、半導體等行業應用。主要負責產品：Mechanical，Sherlock，PolymerFEM。
形式：線上
費用：免費
掃碼立即報名
(web: https://s.jishulink.com/ObT0WL)
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技術鄰簡介：
技術鄰，是一家深耕工科制造業領域逾二十年的專業技術平臺。
我們的服務覆蓋力學、機械、材料、航空、交通運輸、電子電氣、通信、化工、能源、船舶、冶金、建筑土木、水利測繪等眾多專業方向。以CAE仿真為特色和入口，在結構、流體、電磁、熱動力學、工藝、聲、光及加工工藝等領域，擁有深厚的專家資源和項目經驗。累計幫助1200+企業解決制造業研發困擾，100萬+工程師提升專業能力。
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本案例所用模型如下：
其中，上面1為壓塊，結構剛材料，2為橡膠超彈性材料。
有限元分析流程分為3大步、3小步，如下圖所示。
今天將以這種方式介紹使用workbench實現齒輪嚙合的分析流程。
圖1 模型認識
一、前處理
1.1 幾何模型的構建
本案例中的幾何模型較為簡單，因此直接在abaqus中創建。
本例使用平面應力應變單元模擬實體的壓縮過程，將Module切換到Part模塊，單擊create part創建壓塊部件，部件類型選擇2D planar、Deformable、Shell，進入草圖環境，繪制壓塊圖形如圖1，繪制完成后單擊done完成壓塊的創建。繼續單擊create part創建橡膠部件，部件類型也為2D planar、Deformable、Shell，進入草圖環境，繪制橡膠圖形如圖1所示，繪制完成后單擊done退出橡膠的創建。
1.2 材料參數的定義
1.2.1 材料本構
將Module切換到property模塊。單擊create material創建材料，壓塊使用結構剛材料，密度設置7850kg/m3,楊氏模量為2.1e11Pa，泊松比為0.3。
橡膠使用超彈性材料，使用Mooney-Rivlin本構模型。
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