多鐵性材料
關注創建者：320科技工作室 創建時間：2020-02-21
多鐵性材料的視頻教程
難加工材料切削優化的多尺度分析與跨技術關聯性研究
在航空航天、能源動力等高端制造領域，難加工材料構件的精密制造已成為制約裝備性能提升的關鍵瓶頸。以航空發動機渦輪盤、鈦合金薄壁構件為典型代表，這類構件通常要求在極端工況下保持結構完整性與功能穩定性，其制造過程面臨著材料切削性能與加工質量控制的雙重挑戰。
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多鐵性材料的實例教程
△ 圖1局部激勵壓電力顯微技術同時測量多鐵納米纖維的納米尺度壓電性和楊氏模量
研究團隊提出的局部激勵壓電力顯微技術很好地彌補了這一空白。該技術將經典的力學理論有機結合起來，在傳統的壓電力顯微技術基礎上進行延伸，實現了同時表征多鐵納米材料納米尺度壓電性能和力學性能。
為了證實該技術的有效性，團隊以不同組分的多鐵納米復合纖維為例，利用該技術不僅表征了纖維局部的壓電性，而且實現了對纖維納米尺度楊氏模量的單點測量以及成像。利用這一局部激勵技術得到的測量結果與傳統的納米壓痕法，全局激勵技術以及理論預測的結果很好地符合，證實了該技術的有效性及可靠性。
與傳統技術相比，該技術具有實驗裝置簡單，能夠實現真正意義上的局域微納尺度測量，且能無損地實現對材料楊氏模量和壓電性能的高速、高分辨率的成像等優點，這為多鐵材料納米尺度力學性能的表征提供了新思路，具有很好的應用前景。
該項研究得到科技部國家重點研發計劃納米專項，國家自然科學基金項目，深圳市科技創新委孔雀技術創新項目等項目資助。
供稿/醫工所 納米調控研究室 朱慶豐
來源：材料科學與工程
展開 【引言】
自2004年石墨烯發現以來，二維材料越來越引起人們的關注，過渡金屬硫族化合物（TMDs）、黑磷、硅烯、鍺烯、砷烯等類石墨烯二維材料的發現極大地豐富了二維材料的種類。但是現存的這些二維材料都存在一些缺點，比如，石墨烯是零帶隙的半導體材料，黑磷在空氣中不能穩定存在，因此對新型二維材料的探索研究具有很大的價值。α-GeTe能夠實現結晶與無定型的可逆相轉變，通常作為相變存儲器來研究，同時，值得注意的是α-GeTe也是一種具有層狀結構的窄帶隙半導體材料，載流子密度高達1021 cm-3。根據文獻報道，對納米尺度的α-GeTe已經有了一定的研究基礎，但是對于α-GeTe的二維半導體性質還沒有過報道，因此，對于二維α-GeTe的研究具有非常重要的價值和創新性。
【成果簡介】
近日，天津大學材料科學與工程學院封偉教授課題組在Nanoscale上發表最新研究成果：“Sonication-Assisted Liquid-Phase Exfoliated α-GeTe: A Two-Dimensional Material with high Fe3+ Sensitivity”。本文通過理論計算的方法證明了單層α-GeTe是熱力學穩定的間接帶隙半導體材料，而且在紫外光區有吸收。首次通過超聲輔助液相剝離法制備了少層甚至單層的α-GeTe納米片。原子力顯微鏡（AFM）表征證明了液相法剝離得到的單層α-GeTe的厚度為1.6 nm，紫外吸收光譜證明了單層α-GeTe的光學帶隙為1.93 eV，與理論計算值較為接近。通過熒光光譜證明了α-GeTe納米片對鐵離子具有較好的選擇性，可用于鐵離子的檢測。該項研究是在國家重點研發項目和國家自然科學基金項目的支持下完成的。文章的第一作者是碩士研究生張盼盼同學。
展開 例如由于集膚效應及鄰近效應引起的交流銅耗、鐵耗的計算等，要想準確計算通常是需要深入研究的問題。本文從考慮電工鋼帶多次沖剪對硅鋼片材料鐵耗計算的影響的角度去分析鐵耗的計算。
2 考慮硅鋼加工因素的切邊邊緣鐵耗劣化系數的抽取
由于硅鋼每一次切割都會產生2條劣化邊緣(如圖1)，因此Maxwell 2019 R1新增抽取等效切邊深度“Extract Equiv. Cut Depth”功能(如圖2)。
圖1 硅鋼每一次切割都產生2條劣化邊緣
圖2 電工鋼材料屬性新增“Extract Equiv. Cut Depth”功能
為模擬硅鋼片多次剪切對鐵耗的影響，需要用戶輸入如圖3所示的B-P曲線；輸入不同切割邊的鐵耗測試曲線，抽取等效的劣化深度。
圖3 輸入不同切割次數時所對應的B-P曲線
3 不考慮切邊邊緣劣化系數的電機鐵耗計算
將Maxwell2D案例命名為“Without_Cut_Mesh”，然后在Maxwell電機的硅鋼材料庫中選中DW465_50這個牌號的材料，然后用CloneMaterial(s)這個菜單功能復制一個硅鋼材料，并將其命名為“DW465_50_without_edge_cut_mesh”，然后在該材料的屬性面板中將其“Equiv.Cut Depth”這一項設置為0，如圖4所示。
圖4 “DW465_50_without_edge_cut_mesh”材料設置界面
對“Without_Cut_Mesh”這個Maxwell 2D案例進行有限元計算，其鐵耗計算結果如圖5所示。
展開 ③這使得能夠生產含有硬質環氧化物網絡的多材料部件，與軟水凝膠和有機凝膠形成對比。 MASC配方的變化極大地改變了打印樣品的機械性能。使用不同MASC配方打印的樣品具有空間控制的化學不均勻性，機械各向異性和空間控制的膨脹。
△光敏樹脂材料配方
原理聽起來有點復雜，在實際操作中，研究人員同時將來自兩臺投影儀的光線導向一大桶液體原材料，在平臺上逐層構建。構建一個層之后，構建平臺向上移動，然后構建下一層。
△實驗場景：（A）自定義多材料DLP 3D打印機設置的標記圖。 一個筆記本電腦同時控制可見光、紫外線投影儀、以及3D打印機。 （B）標記設置關聯圖相。 （C）物理多材料設置，未標記。 圖片：筆記本電腦上顯示的內容同時被發送到“右”投影儀（UV投影儀，前置）和“左”投影儀（Optoma HD27，背面的白色投影儀）。
△照片：3D打印的海星，隨著時間變化，自動變形。也就變成4D打印了
也就是說用兩個光源+一桶樹脂，實現兩種材料的光固化3D打印。
光源控制
先說光源的控制，研究人員創建了二元圖像組合，一系列圖像通過可見光DLP投影儀處理，而另一組圖像并行發送到紫外線投影儀系統。
多材料打印樣品的例子如上圖所示，將樣品浸沒在甲苯或留蘭香油中時，不同區域之間的對比清晰可見。透明的部分是由可見光打印的，而不透明區域則用UV光打印。第一個例子類似于帶有內部骨骼的手，其硬質部分完全包裹在較軟的外部材料內。這些樣品共同展示了在X、Y、Z三個方向控制多材料成分的獨特能力。
材料組合
頂部圖像顯示數字設計及其打印形狀。
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01
背景介紹
輕質隔熱材料對于運輸和儲存溫度敏感的物品、電子設備熱管理、優化建筑物內部的舒適性至關重要。常用的商業絕緣隔熱材料包括聚合物基隔熱泡沫，如膨脹聚苯乙烯(EPS)和膨脹聚乙烯(EPE)。諸如此類的塑料是造成碳排放的核心因素之一，占全球碳排放量的15%。因此，利用天然可生物降解的聚合物制造高度可持續和節能的材料可以最大限度地減少對化石燃料的依賴，并抑制人類活動產生的溫室氣體排放。
木材是一種綠色環保的材料，具有可再生性和豐富的可用性，它的層狀結構和定向纖維排列使其重量輕，具有各向異性機械強度。基于木材制備的隔熱材料，如透明木材和木材氣凝膠已得到了大量研究。為了最大限度地減少固體的貢獻并增強孔隙結構的彎曲性，所有木質素和部分半纖維素都通過化學處理從木材中去除，這減少了木材內固體和氣體的傳導。
然而，化學預處理木質素脫除策略能耗高，制造過程復雜，經濟效益低。在環境條件下，活細胞可以從有機或無機基質中制造化學物質、藥物和復雜分子。例如，活細胞可以在有機物中定植，產生具有特定功能的水塑、生物支架和細菌纖維素。真菌是一類生長在有機基質上的活細胞，它分泌一系列酶，將纖維素等復雜成分分解成易于吸收的營養物質分子。
真菌子實體和菌絲已被制成納米彈性材料，其抗拉強度可達36.6 MPa，彈性模量可達8.0 GPa。但是，仍然需要物理和化學后處理方法。最近，通過直接將真菌定植在木質纖維素材料上，開發了天然復合材料。菌絲通過在基質顆粒之間建立穩定的網狀結構并穿透細胞壁來調節基質的自組裝，從而形成具有確定形狀和強度的多孔材料。因此，開發一種不經化學處理而具有優異機械性能的輕質保溫菌絲復合材料是一項具有挑戰性的工作。
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多鐵性材料的最新內容
Radamson，中國科學院微電子研究所研究員，歐洲科學院院士、廣東省大灣區集成電路與系統應用研究院首席科學家
報告題目：低維半導體物理及器件（擬）
李樹深，中國科學院大學校長、黨委書記，中國科學院院士、發展中國家科學院院士
報告題目：多鐵性電子材料和器件（擬）
南策文，清華大學教授，中國科學院院士
來源 | Small
01
背景介紹
輕質隔熱材料對于運輸和儲存溫度敏感的物品、電子設備熱管理、優化建筑物內部的舒適性至關重要。常用的商業絕緣隔熱材料包括聚合物基隔熱泡沫，如膨脹聚苯乙烯(EPS)和膨脹聚乙烯(EPE)。諸如此類的塑料是造成碳排放的核心因素之一，占全球碳排放量的15%。因此，利用天然可生物降解的聚合物制造高度可持續和節能的材料可以最大限度地減少對化石燃料的依賴
1 前言
電機設計分析過程中，效率的準確計算一直是個值得探討的話題，效率計算不準確的主要原因是各個部件的損耗計算不準確。例如由于集膚效應及鄰近效應引起的交流銅耗、鐵耗的計算等，要想準確計算通常是需要深入研究的問題。本文從考慮電工鋼帶多次沖剪對硅鋼片材料鐵耗計算的影響的角度去分析鐵耗的計算。
2 考慮硅鋼加工因素的切邊邊緣鐵耗劣化系數的抽取
由于硅鋼每一次切割都會產生2條劣化邊緣
多鐵性材料由于同時具有鐵電性和鐵磁性,且鐵電性與鐵磁性之間存在磁電耦合效應,從而可能實現鐵電性和磁性的相互調控,因此多鐵性材料可能成為一種新型功能材料,有著廣闊的應用前景.有研究表明，對BiFeO3材料進行摻雜量不太大的B位的Co雜質摻雜替代,對BiFeO3材料的晶格結構影響不會太大,鈣鈦礦結構會保持穩定,材料的鐵電性會得以保留;另一方面,Fe離子與Co離子的磁矩大小不同,可能會導致原有反鐵磁序的改變
N
ature Communications期刊上又發布了一篇意義重大的3D打印技術《Multimaterial actinic spatial control 3D and 4D printing》：
多波長光源，同時3D打印多種光敏樹脂材料。
如今，光固化3D打印技術已經被廣泛采用在齒科、首飾、手辦、汽車、消費電子、衣服、鞋子等領域
近日，中國科學院深圳先進技術研究院納米調控與生物力學研究室在多鐵材料納米力學性能表征領域
取得重要進展，提出了一種能夠同時表征多鐵納米材料納米尺度壓電性能和力學性能的技術。相關成果發表在固體力學頂級期刊Journal of the Mechanics and Physics of Solids（
一區，影響因子3.566）上。論文第一作者是深圳先進院客座博士研究生朱慶豐
英特爾公司和加州大學伯克利分校的研究者發表了他們研究的新型半導體器件，適用于邏輯門電路和存儲電路，這是一種具有創新意義的半導體器件，甚至有望取代CMOS成為應用最廣泛的半導體器件，多鐵性材料、拓撲材料兩種新材料應用于制作新型邏輯器件和存儲器件，相比于傳統CMOS集成的微處理器，采用MESO的微處理器能效可以得到顯著增強，大約將提升至十到一百倍，同時器件的尺寸是CMOS的五分之一，這樣的新型器件將是延續摩爾定律的新選擇
在鐵電體中，鐵酸鉍（BiFeO3：BFO）是高穩定性和生物相容性的多鐵性材料。由Bi 6s和O 2p原子軌道組成的高位價帶導致可見光內的帶隙（Eg≈2.6-2.8eV），能帶跨越水氧化還原水平，具有獨特的水分裂潛力。因此，與其他鐵電氧化物相比，水分子更可能在其極性表面上解離吸附和構建可控的離子/分子結構和跨界面的能量轉換。
【引言】
自2004年石墨烯發現以來，二維材料越來越引起人們的關注，過渡金屬硫族化合物（TMDs）、黑磷、硅烯、鍺烯、砷烯等類石墨烯二維材料的發現極大地豐富了二維材料的種類。但是現存的這些二維材料都存在一些缺點，比如，石墨烯是零帶隙的半導體材料，黑磷在空氣中不能穩定存在，因此對新型二維材料的探索研究具有很大的價值。α-GeTe能夠實現結晶與無定型的可逆相轉變，通常作為相變存儲器來研究，同時，
