金屬結(jié)構(gòu)與幕墻的案例
新金屬3D打印技術(shù)允許激光設(shè)備逐滴打印金屬結(jié)構(gòu)
近日從外媒獲悉，特溫特大學(xué)的荷蘭研究人員開(kāi)發(fā)了一種新的金屬3D打印技術(shù)，該技術(shù)允許激光設(shè)備逐滴打印金屬結(jié)構(gòu)，包括純金，打印精度可以達(dá)到幾微米尺度。
通常，金屬結(jié)構(gòu)可以通過(guò)光刻方法，鑄造，選擇性激光燒結(jié)或熔化來(lái)制造。然而，這些新方法還不適用于特征尺寸小于約10μm的金屬的3D打印，這對(duì)于電子設(shè)備而言將是非常有意思的。
新金屬3D打印技術(shù)允許激光設(shè)備逐滴打印金屬結(jié)構(gòu)研究人員的新技術(shù)被稱為激光誘導(dǎo)正向傳輸（又稱“LIFT”），它使用超短激光脈沖來(lái)熔化納米厚度薄膜中的微小金屬。這形成了熔融金屬的微滴，其可以噴射到目標(biāo)位置后并固化。由于這種技術(shù)，UT研究人員能夠逐滴構(gòu)建一個(gè)帶有銅和金微滴的螺旋微結(jié)構(gòu)。這兩種金屬具有相似的熔點(diǎn)，在這種情況下，銅作為支撐，金可以在其上形成。
新金屬3D打印技術(shù)允許激光設(shè)備逐滴打印金屬結(jié)構(gòu)激光打印技術(shù)：通過(guò)依次打印銅和金，將銅蝕刻掉，產(chǎn)生純金的獨(dú)立螺旋金屬液滴的體積只有幾個(gè)飛升（一萬(wàn)億分之一）。制造液滴的方式是使用超短脈沖的綠色激光照射金屬。這種精確的液滴產(chǎn)生使得結(jié)構(gòu)能夠精心構(gòu)造，高度僅為幾十微米，并且具有小于10μm的細(xì)節(jié)，具有最小的表面粗糙度（約0．3至0．7微米）。對(duì)于研究人員來(lái)說(shuō)，一個(gè)關(guān)鍵的問(wèn)題是兩種金屬是否會(huì)在它們的界面混合：這會(huì)對(duì)蝕刻后產(chǎn)品的質(zhì)量產(chǎn)生影響。研究人員在增材制造中寫(xiě)道，這些金屬之間沒(méi)有混合的跡象。
新金屬3D打印技術(shù)允許激光設(shè)備逐滴打印金屬結(jié)構(gòu)一旦結(jié)構(gòu)完成，研究人員就在氯化鐵中使用化學(xué)蝕刻來(lái)完全去除銅支架。通過(guò)這樣做，他們留下了純金的獨(dú)立螺旋復(fù)合材料。
螺旋的頂視圖（c）表明它是三維的，具有中心空隙。
展開(kāi) 金屬凝固過(guò)程組織結(jié)構(gòu)演變的完美呈現(xiàn) | 同步輻射在金屬材料表征方面的應(yīng)用
在金屬材料領(lǐng)域，有一個(gè)關(guān)系一直被人們研究和利用，那就是成分-組織-性能關(guān)系。認(rèn)識(shí)清楚了該關(guān)系，人們就知道了該如何制備更好的材料。為此，人們不斷探索新的表征方法，幫助認(rèn)識(shí)材料的微觀組織，揭示這一重要關(guān)系。
近百年來(lái)，科研人員聚焦金屬材料組織結(jié)構(gòu)的表征，發(fā)展起來(lái)了光學(xué)顯微鏡、激光共聚焦、掃描電子顯微鏡、透射電子顯微鏡等。通過(guò)材料截面的拋光與腐蝕，呈現(xiàn)金屬的微觀組織結(jié)構(gòu)并采用顯微鏡觀察和記錄。
即使在科技比較發(fā)達(dá)的今天，人們?cè)诜治?em>金屬材料的微觀組織結(jié)構(gòu)時(shí)大多還是大多使用二維圖像。然而，隨著人們對(duì)問(wèn)題的認(rèn)識(shí)不斷深入，越來(lái)越希望了解材料微觀組織結(jié)構(gòu)的三維特征，甚至?xí)r間特征。于是多種層析技術(shù)應(yīng)運(yùn)而生，如三維EBSD，APT等。盡管如此，人們也只能在三維空間里在一定程度上認(rèn)識(shí)和表征微觀組織的特征。
一些特別的科學(xué)問(wèn)題，如凝固過(guò)程中微觀組織是如何演變的？這涉及到更多維度空間，除了三維空間以外，還增加了時(shí)間和溫度場(chǎng)等。由于問(wèn)題的復(fù)雜性，直到今天，人們也沒(méi)有完全認(rèn)識(shí)和徹底呈現(xiàn)凝固過(guò)程中的微觀組織演化。
科研人員在為此不斷努力，金屬的凝固通常發(fā)生在高溫，一般的表征手段是無(wú)法觀察金屬凝固過(guò)程的，同步輻射成為其中最有競(jìng)爭(zhēng)力的手段。
何為同步輻射
在過(guò)去的幾年里，材料研究的前沿領(lǐng)域取得了迅速的進(jìn)展，主要（但不完全）是第三代同步輻射源（E SRF、APS和SPring-8）。一種強(qiáng)大的新興工具，這能真正洞察人們感興趣的材料和過(guò)程，并擴(kuò)大我們對(duì)材料前沿的基本理解。
中國(guó)第一臺(tái)第三代同步輻射裝置上海光源總投資超過(guò)14億元
同步輻射是相對(duì)論和超相對(duì)論電子在磁場(chǎng)中旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生的輻射，是高能天體物理學(xué)中的主要過(guò)程。它最初是在早期的電子感應(yīng)加速器實(shí)驗(yàn)中觀察到的，在實(shí)驗(yàn)中電子首先被加速到超相對(duì)論能量，加速器發(fā)出強(qiáng)大X射線輻射。
展開(kāi) 基于Lumerical fdtd的超透鏡設(shè)計(jì)(介質(zhì)天線結(jié)構(gòu)和金屬諧振結(jié)構(gòu))
圖4 金屬諧振結(jié)構(gòu)在寬波長(zhǎng)范圍下的反射率曲線和反射相位曲線
同樣，也可以對(duì)金屬諧振結(jié)構(gòu)表面的電場(chǎng)和磁場(chǎng)進(jìn)行模擬和輸出，如圖5所示。這一步驟與超材料吸波體、電磁誘導(dǎo)透明和超材料濾波器等器件的模擬基本一致。與介質(zhì)天線結(jié)構(gòu)類(lèi)似，后續(xù)也需要對(duì)不同參數(shù)下的金屬諧振結(jié)構(gòu)進(jìn)行掃描并將其相位進(jìn)行輸出，以便后續(xù)超透鏡的相關(guān)設(shè)計(jì)。
圖5 金屬諧振結(jié)構(gòu)的表面電場(chǎng)圖和磁場(chǎng)實(shí)部圖
以上工作準(zhǔn)備完成后，我們才可以根據(jù)超透鏡的功能需求對(duì)其陣列進(jìn)行設(shè)計(jì)以及相關(guān)的建模和仿真工作.
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展開(kāi) 你真的得能講清楚什么是金屬材料的微觀組織結(jié)構(gòu)嗎？（ 金屬材料科學(xué)與技術(shù)）
花粉的微觀組織結(jié)構(gòu)
你知道金屬材料的微觀組織結(jié)構(gòu)是怎么形成的嗎？你了解鑄造、冷加工、熱處理分別如何影響金屬材料的微觀組織結(jié)構(gòu)嗎？
3相(Phase)/組分(Component)/缺陷(Component)
相，通常被認(rèn)為是材料中具有不同的晶體結(jié)構(gòu)和/或不同化學(xué)成分的部分，金屬材料中不同的相之間是通過(guò)不同的界面分離開(kāi)的。一種具有特定化學(xué)成分的純物質(zhì)通常被認(rèn)為是由一個(gè)化學(xué)組分構(gòu)成。一些材料的化學(xué)成分可以在兩個(gè)或多個(gè)極端之間連續(xù)變化。這些材料通常必須含有兩個(gè)或更多的組分。注意一種多組分材料可以以單相的形式存在，前提是不同組分的原子可以在固相狀態(tài)(Solid state)緊密混合，這種混合體(Mixtures)被稱為固溶體(Solid solution)。
孿晶界形貌
缺陷，通常被定義為晶體結(jié)構(gòu)周期性的任何中斷(Disruption)。點(diǎn)缺陷，如空位(Vacancies)和間隙(Interstitials)。面缺陷(Planar defects)，如表面(Surfaces)、孿晶界(Twin boundaries)和晶界(Grain boundaries)以及位錯(cuò)(Dislocation)等。
??空位缺陷示意圖
4微觀組織結(jié)構(gòu)的形成 ？
微觀組織結(jié)構(gòu)是在不同工藝條件下產(chǎn)生的。微觀組織結(jié)構(gòu)通常是通過(guò)溫度或/和壓力的變化帶來(lái)的相變產(chǎn)生的。材料的變形或加工(滾壓(Rolling)、鍛造(Pressing)、焊接(Welding))也可以帶來(lái)微觀組織結(jié)構(gòu)的變化。最后，微觀組織結(jié)構(gòu)還可以通過(guò)人工將不同材料組合到一起形成復(fù)合材料(Composite material)的方式創(chuàng)造出來(lái)，如纖維增強(qiáng)復(fù)合材料。
展開(kāi) 
《AM`綜述》北京工業(yè)大學(xué)陳標(biāo)華/美國(guó)劉狄賈：氧電催化的金屬有機(jī)骨架和金屬有機(jī)凝膠：結(jié)構(gòu)和組成方面的考慮
文章論述了對(duì)可持續(xù)和清潔能源的需求不斷增長(zhǎng)，呼吁使用下一代能源轉(zhuǎn)換和存儲(chǔ)技術(shù)，例如燃料電池，水電解槽，
CO
2
/N
2
還原電解槽，金屬空氣電池等。
所有這些電化學(xué)過(guò)程都涉及氧電催化。
通過(guò)合理設(shè)計(jì)金屬有機(jī)骨架（MOF）和金屬有機(jī)凝膠（MOG）作為前體來(lái)提高內(nèi)在活性和活性位點(diǎn)密度，是提高氧電催化效率的一種新方法。MOF/MOG在金屬節(jié)點(diǎn)和有機(jī)連接基之間提供了廣泛的組合選擇，并且已知可生產(chǎn)出具有高表面積，可變孔隙率和熱解后具有出色活性的電催化劑。
討論了有關(guān)用于氧氣電催化的MOF/MOG的一些最新研究及其在合成，表征
和性能方面的新觀點(diǎn)。總結(jié)了
MOF/MOG衍生的氧電催化劑在結(jié)構(gòu)和成分設(shè)計(jì)方面的新見(jiàn)解。還概述了關(guān)鍵挑戰(zhàn)和未來(lái)的研究方向。
【主圖導(dǎo)讀】
圖1
A，B）電化學(xué)過(guò)程包括燃料電池（A）中的氧還原反應(yīng)和水電解槽（B）中的氧放出反應(yīng)。C）兩種設(shè)備在“ H2 @ scale”的宏偉計(jì)劃中都起著關(guān)鍵作用。D）在CO
2
或N
2
還原電解槽的氧氣釋放反應(yīng)中所包含的電化學(xué)過(guò)程，E）兩者均可與可再生資源耦合，用于低溫化學(xué)和燃料生產(chǎn)。
圖2
具有不同類(lèi)型電解質(zhì)的金屬空氣電池及其應(yīng)用。
“可穿戴和便攜式應(yīng)用程序”的圖像
。
圖3
金屬有機(jī)骨架（
MOF）和金屬有機(jī)凝膠（MOG）的合成，組成/結(jié)構(gòu)的可調(diào)諧性，以及用于生產(chǎn)氧氣電催化劑的MOF和MOG的設(shè)計(jì)策略。
圖
4
合理設(shè)計(jì)要不熱解用作氧電催化劑的金屬
-有機(jī)骨架的組成和結(jié)構(gòu)注意事項(xiàng)
。
展開(kāi) .: 空間不均勻性作為結(jié)構(gòu)特性表征金屬玻璃的結(jié)構(gòu)-性能相關(guān)性
然而對(duì)于無(wú)序的金屬玻璃，還缺乏可以準(zhǔn)確定義材料力學(xué)性能的結(jié)構(gòu)參量。
【成果簡(jiǎn)介】
為描述結(jié)構(gòu)無(wú)周期性的金屬玻璃的力學(xué)行為，自由體積（free volume）、流變單元、以及剪切轉(zhuǎn)變區(qū)域（STZs）等概念已被引入金屬玻璃彈性-塑性轉(zhuǎn)變的研究中，來(lái)描述結(jié)構(gòu)不穩(wěn)定性。盡管流變單元和STZ理論是基于金屬玻璃結(jié)構(gòu)不均勻性是剪切局域化及剪切軟化起源的假設(shè)，有關(guān)金屬玻璃結(jié)構(gòu)不均勻性和宏觀力學(xué)性能之間的關(guān)系仍未明確建立起來(lái)。受實(shí)驗(yàn)技術(shù)的限制，還未能描述金屬玻璃空間不均勻性，并確定其和宏觀力學(xué)性能之間本征關(guān)聯(lián)的定量關(guān)系。
近日，上海交通大學(xué)尖端物質(zhì)結(jié)構(gòu)研究中心團(tuán)隊(duì)在Nature Communications上發(fā)表了題為“Spatial heterogeneity as the structure feature for structure–property relationship of metallic glasses”的文章。該工作報(bào)道了納米尺度空間不均勻性是金屬玻璃固有的結(jié)構(gòu)特征，和強(qiáng)度及形變行為有著本征關(guān)聯(lián)。金屬玻璃的強(qiáng)度和楊氏模量可以通過(guò)空間不均勻性特征長(zhǎng)度倒數(shù)的平方根來(lái)定義。此外，時(shí)間相關(guān)的應(yīng)變弛豫的拉伸指數(shù)也可以通過(guò)特征長(zhǎng)度來(lái)定量描述。該研究有力證明了空間不均勻性可作為描繪金屬玻璃力學(xué)性能的結(jié)構(gòu)參量。
【圖文導(dǎo)讀】
圖1：不同熱力學(xué)狀態(tài)下金屬玻璃的空間不均勻性。
展開(kāi) 金屬增材制造的微觀結(jié)構(gòu)演化建模與仿真
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關(guān)于仿真對(duì)增材制造的作用，安世亞太高級(jí)副總裁田鋒提到過(guò)雖然金屬增材制造增長(zhǎng)速度近年來(lái)非常可觀，但無(wú)論是直接能量沉積工藝還是粉末床融化工藝，離開(kāi)仿真，金屬增材制造將遭遇嚴(yán)重瓶頸，只能封印在低層次的應(yīng)用空間。本文將直面增材工藝仿真——仿真技術(shù)的第二個(gè)深層次應(yīng)用。
增材制造工藝仿真主要研究：加工參數(shù)、粉末、幾何構(gòu)型等因素對(duì)于宏觀變形、殘余應(yīng)力、部件微觀內(nèi)部金相組織及性能的影響。
宏觀控形與微觀控性是金屬增材工藝中兩個(gè)重要考察指標(biāo)：
■ 宏觀控形重點(diǎn)關(guān)注翹曲變形、部件開(kāi)裂、刮板碰撞或支撐開(kāi)裂等問(wèn)題；
■ 微觀控性需要關(guān)注孔隙率、相變、球化、顆粒尺寸、一次和二次枝晶結(jié)構(gòu)和初始位錯(cuò)密度等微觀特性，這些將決定金屬件力學(xué)性能和特性。
本期專(zhuān)欄，分享3D科學(xué)谷結(jié)合《Modeling and Simulation of Microstructure Evolution for Additive Manufacturing of Metals: A Critical Review》論文中的探索，來(lái)理解仿真對(duì)金屬增材制造微觀控性方面的作用。
微觀的世界，更多挑戰(zhàn)
根據(jù)安世亞太，金屬增材制造過(guò)程獲得的微觀組織結(jié)構(gòu)將直接影響成型件的性能，獲得高致密度和具有良好晶粒取向及大小的晶體組織是金屬增材制造的重要目標(biāo)。受金屬增材制造復(fù)雜過(guò)程的影響，晶體的仿真分析也具有相當(dāng)?shù)碾y度。[1]
通過(guò)宏觀分析或介觀分析得到的溫度場(chǎng)或相變結(jié)果數(shù)據(jù)后，可進(jìn)一步計(jì)算得到熱梯度、固化速率、冷卻速率和形態(tài)因子，這是微觀尺度進(jìn)行金相組織模擬的輸入?yún)?shù)。
展開(kāi) 使用Gaussian進(jìn)行稀土金屬化合物結(jié)構(gòu)優(yōu)化
在使用Gaussian進(jìn)行稀土金屬化合物結(jié)構(gòu)優(yōu)化時(shí)，主要面臨以下幾個(gè)困難和挑戰(zhàn)：
f電子的處理：稀土金屬化合物中通常包含f區(qū)電子，而f電子的處理非常復(fù)雜。Gaussian采用DFT方法時(shí)，常常需要選擇合適的交換-關(guān)聯(lián)泛函（如LDA、GGA或混合泛函），但是傳統(tǒng)的DFT方法可能無(wú)法精確描述f電子的局部化特性或強(qiáng)電子相關(guān)效應(yīng)，這可能導(dǎo)致優(yōu)化結(jié)果與實(shí)驗(yàn)觀察之間存在差異。針對(duì)這一問(wèn)題，可能需要采用更加精細(xì)的計(jì)算方法（如DFT+U或多體方法）來(lái)更好地描述f電子。
強(qiáng)電子相關(guān)效應(yīng)：稀土金屬常常表現(xiàn)出強(qiáng)烈的電子相關(guān)效應(yīng)，尤其是在過(guò)渡金屬和稀土金屬的配合物中，金屬中心的價(jià)電子與配體之間的相互作用非常復(fù)雜。標(biāo)準(zhǔn)的DFT方法可能無(wú)法完全捕捉這些相關(guān)效應(yīng)，從而影響結(jié)構(gòu)優(yōu)化的精確度。為了解決這一問(wèn)題，通常需要引入如 Hubbard U修正等方法來(lái)改進(jìn)描述。
復(fù)雜的幾何構(gòu)型：稀土金屬化合物的幾何構(gòu)型可能非常復(fù)雜，尤其是在大配位數(shù)（如8配位或以上）或多核體系中。優(yōu)化這樣復(fù)雜的結(jié)構(gòu)時(shí)，容易遇到局部最小值的問(wèn)題，優(yōu)化過(guò)程可能會(huì)陷入某些非真實(shí)的穩(wěn)定構(gòu)型。因此，優(yōu)化時(shí)常常需要較高的精度和細(xì)致的初始化結(jié)構(gòu)。
基組選擇和收斂問(wèn)題：在計(jì)算稀土金屬化合物時(shí)，選擇合適的基組非常重要。尤其是在涉及到較大原子（如稀土元素）的化合物時(shí)，常規(guī)的小基組可能無(wú)法提供足夠的準(zhǔn)確性。為了提高計(jì)算精度，通常需要使用較大且適合金屬體系的基組。此外，在幾何優(yōu)化過(guò)程中，可能會(huì)遇到收斂困難，尤其是在涉及到低對(duì)稱性或多個(gè)能量水平相近的情況時(shí)。
多電子效應(yīng)與自旋極化：稀土金屬化合物可能具有較為復(fù)雜的自旋態(tài)或多重電子態(tài)（如高自旋態(tài)、低自旋態(tài)的轉(zhuǎn)換）。Gaussian在處理這些自旋態(tài)變化時(shí)可能會(huì)遇到困難，尤其是在進(jìn)行結(jié)構(gòu)優(yōu)化時(shí)，需要特別注意選擇合適的自旋態(tài)和計(jì)算設(shè)置。
展開(kāi) ABAQUS泡沫金屬泡沫鋁泡沫鎳多孔結(jié)構(gòu)
泡沫金屬，又稱為多孔金屬，常見(jiàn)的類(lèi)型有泡沫鋁、泡沫鎳、泡沫鈦等，是一種具有三維連通孔隙結(jié)構(gòu)的新型工程材料。它結(jié)合了金屬和泡沫材料的優(yōu)點(diǎn)，擁有獨(dú)特的物理、力學(xué)性能，廣泛應(yīng)用于多個(gè)領(lǐng)域。本案例介紹在ABAQUS內(nèi)建立具備連通孔隙結(jié)構(gòu)的三維泡沫金屬結(jié)構(gòu)模型。
泡沫金屬通過(guò)CAD球體密堆積3D插件V2.0版本建立，其中的球體最小間距參數(shù)應(yīng)設(shè)置為負(fù)數(shù)，以確保生成的模型中的孔隙具備連通性。
為達(dá)到泡沫金屬孔隙穿過(guò)邊界的效果，需要截取模型的內(nèi)部區(qū)域。刪除所有紅色球體，在模型內(nèi)部新建一個(gè)長(zhǎng)方體部件，并用交集建立新模型。
將模型導(dǎo)出為sat文件，即可導(dǎo)入ABAQUS內(nèi)建立連通孔隙的泡沫金屬部件。
可對(duì)金屬泡沫模型劃分網(wǎng)格及進(jìn)行后續(xù)模擬。
展開(kāi) 《Nature》：一種直接3D打印金屬納米結(jié)構(gòu)的技術(shù)！
降尺度的3D打印技術(shù)，將使利用微結(jié)構(gòu)和納米結(jié)構(gòu)特性的應(yīng)用成為可能。然而，現(xiàn)有的金屬3D納米打印技術(shù)，需要聚合物-金屬混合物、金屬鹽或流變性油墨，從而限制了材料的選擇和最終結(jié)構(gòu)的純度。盡管此前氣溶膠光刻技術(shù)已被用于在預(yù)先圖案化的襯底上，組裝高純度3D金屬納米結(jié)構(gòu)陣列，但其幾何形狀有限。
在此，來(lái)自韓國(guó)浦項(xiàng)科技大學(xué)的Junsuk Rho和韓國(guó)國(guó)立首爾大學(xué)的Mansoo Choi等研究者，介紹了一種可使用各種材料直接3D打印金屬納米結(jié)構(gòu)陣列的技術(shù)，這種金屬納米結(jié)構(gòu)具有靈活的幾何形狀和可達(dá)數(shù)百納米的特征尺寸。相關(guān)論文以題為“Three-dimensional nanoprinting via charged aerosol jets”發(fā)表在Nature上。
論文鏈接：
https://www.nature.com/articles/s41586-021-03353-1
首先，研究者解釋了帶電的氣溶膠噴射是如何集中的？由火花放電產(chǎn)生的帶電氣溶膠和離子，同時(shí)注入靜電室，在靜電室中帶有孔陣列的介質(zhì)掩模與偏置硅襯底分離(圖1a)。掩模與基板的分離是至關(guān)重要的，因?yàn)樗梢允够遄杂梢苿?dòng)而不接觸正在生長(zhǎng)的納米結(jié)構(gòu)，也因?yàn)樗试S掩模上的孔與正在生長(zhǎng)的結(jié)構(gòu)尖端之間的相對(duì)距離改變，因而能夠控制匯聚電場(chǎng)線的形狀，最終打印出所需的3D納米結(jié)構(gòu)。
固定掩模下的襯底的運(yùn)動(dòng)，由一個(gè)3D納米級(jí)控制。通過(guò)對(duì)襯底施加一個(gè)負(fù)電位，正的氣溶膠和離子被吸引到掩膜上。高流動(dòng)性的陽(yáng)離子，首先到達(dá)面罩表面，然后是帶電的氣溶膠。離子積累可以防止納米顆粒沉積在掩膜上，并在每個(gè)孔周?chē)纬梢粋€(gè)靜電透鏡。這種透鏡聚焦帶正電的氣溶膠，而不會(huì)造成在使用模板光刻時(shí)發(fā)生的堵塞(圖1插圖)。
展開(kāi) CMF設(shè)計(jì)對(duì)產(chǎn)品結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的影響【上】金屬材料部分
分五大類(lèi)，有金屬，塑膠，木材，玻璃，皮布，這些在電子產(chǎn)品中是最常用，常見(jiàn)的，重點(diǎn)來(lái)闡述他們的CMF與結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)關(guān)系。
那么為什么沒(méi)有把陶瓷，石材，碳纖維等其他材料劃分進(jìn)去？
這些材料在產(chǎn)品中運(yùn)用還是比較少，并且都是屬于個(gè)性市場(chǎng)，不具備電子產(chǎn)品廣大消費(fèi)者常用的材料，所以就不詳解了，畢竟這五大類(lèi)信息量已經(jīng)非常大了。
【四】CMF常用材質(zhì)以及表面處理對(duì)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的影響有哪些？
那么接下來(lái)，我們?cè)斀庖幌翪MF常用材質(zhì)以及表面處理對(duì)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的影響，來(lái)看看不同的材質(zhì)能做哪些表面處理，他們的工藝效果是怎樣的，最終對(duì)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)會(huì)帶來(lái)哪些影響？
首先來(lái)看金屬材料有哪些？
01，不銹鋼：
非常常見(jiàn)也常用的，手機(jī)上可以用作裝飾件，也可以用作結(jié)構(gòu)支撐支架。音響上可以用作喇叭網(wǎng)，也可以用作外殼。手表上可以用作表鏈，表殼，表芯等。家電TV上也常用作內(nèi)部結(jié)構(gòu)支撐或外殼。
不銹鋼又分為板材類(lèi)與液體金屬類(lèi)，板材類(lèi)通常成型工藝以沖壓、拉伸、折彎為主，板材厚度從0.05到8.0mm都有，可以根據(jù)設(shè)計(jì)要求選擇。
而液體金屬常用工藝采用的是MIM粉末冶金的方式，一般最薄的地方可以做到0.3mm。
那么除了以上2種加工工藝，還有兩種成型方式，分別叫熱成型與冷軋，都是用板材為基材成型的，像表殼，表鏈通常用此2種工藝制作，然后后期采用CNC加工細(xì)節(jié)處理，達(dá)到最終外形效果。
02，鋁：
一樣也是非常普及的常用的金屬材料，手機(jī)，家電，音響，手板等都有用到，覆蓋面非常廣，由于鋁的材料特性，可塑性也高，價(jià)格適中，所以備受設(shè)計(jì)師喜愛(ài)。
展開(kāi) 
高強(qiáng)輕質(zhì)金屬納米結(jié)構(gòu)
當(dāng)填充材料時(shí)，這些裂紋會(huì)形成倒裂紋結(jié)構(gòu)，將樣品分成小的納米點(diǎn)陣域，造成應(yīng)力集中，阻礙流體/氣體傳輸，并增加光學(xué)散射。雖然很多研究集中在制備自組裝納米晶，也有一些試圖消除倒置裂縫，但目前尚沒(méi)有一種自組裝制備方法，能夠產(chǎn)生沒(méi)有倒置裂縫的大面積金屬納米晶。一種消除模板裂縫并精確控制數(shù)百萬(wàn)單元金屬納米結(jié)構(gòu)的方法將實(shí)現(xiàn)具有前所未有的性能的納米點(diǎn)陣，并使其在傳感、能量轉(zhuǎn)換和力學(xué)方面的應(yīng)用成為可能。
此外，測(cè)量、預(yù)測(cè)和優(yōu)化納米晶格的拉伸性能，以了解這些材料是如何斷裂和對(duì)復(fù)雜載荷的響應(yīng)的是一個(gè)關(guān)鍵需求。然而，由于3D打印納米點(diǎn)陣的尺寸有限(通常<5mm2)，倒置裂縫之間組裝的小納米點(diǎn)陣域(通常<0.01 mm2)以及在拉伸下可靠測(cè)試小納米點(diǎn)陣的困難，幾乎所有之前的納米點(diǎn)陣力學(xué)表征都是通過(guò)微/納米壓痕壓縮完成的。研究納米晶格拉伸行為的少數(shù)研究使用的樣品小于幾毫米或具有較低的絕對(duì)強(qiáng)度，而沒(méi)有研究探索在厘米尺度上且有數(shù)百萬(wàn)單胞的高強(qiáng)度納米晶格的拉伸性能。為了真正利用納米晶的優(yōu)異性能，進(jìn)一步了解其大規(guī)模斷裂，實(shí)現(xiàn)宏觀納米晶的制備方法，了解其化學(xué)和物理特性如何影響其拉伸性能，是至關(guān)重要的。
在此，研究者展示了一種無(wú)裂紋自組裝方法來(lái)制備厘米尺度的多功能金屬納米晶格，具有100 nm的周期特征和30 nm的晶粒尺寸，相對(duì)于先前的納米晶格，無(wú)裂紋面積增加了20000倍，單胞數(shù)量增加了1000倍。該納米晶格在1.12%應(yīng)變下，納米粒子的抗拉強(qiáng)度為257 MPa，密度為2.67 g cm-3，是相同相對(duì)密度下最強(qiáng)多孔金屬強(qiáng)度的2.6倍。研究者通過(guò)保持濕模板和利用靜電幫助金屬電沉積模板，來(lái)消除自組裝過(guò)程中的裂紋。所制得的納米鎳，具有優(yōu)異的光子色度和接近其宏觀理論的拉伸強(qiáng)度。
展開(kāi) 5，comsol超表面-石墨烯增強(qiáng)金屬納米結(jié)構(gòu)的近紅外光吸收 ￥3389
本文復(fù)現(xiàn)了論文《基于磁激元效應(yīng)的石墨烯-金屬納米結(jié)構(gòu)近紅外吸收研究》-陳浩 該篇論文中所有結(jié)果。
基于磁激元效應(yīng)的石墨烯-金屬納米結(jié)構(gòu)近紅外吸收研究.pdf
首先，模型如下
在半無(wú)窮大Ag襯底上有一層sio2，sio2上面有周期性的Ag納米顆粒，一束平面光從上往下垂直照射，作者發(fā)現(xiàn)在Ag納米顆粒上面鋪一層石墨烯，能大大提高對(duì)近紅外光波段的光的吸收。
首先 撇開(kāi)石墨烯不談，這個(gè)模型是仿真超材料吸收方面的基礎(chǔ)中的基礎(chǔ) ，即設(shè)計(jì)一個(gè)周期性的結(jié)構(gòu)，然后計(jì)算該結(jié)構(gòu)的吸收光譜。
本文的難點(diǎn)在于石墨烯的仿真。文中給出了通過(guò)計(jì)算石墨烯電導(dǎo)率，然后得到石墨烯的相對(duì)介電常數(shù)。具體如下圖
文中將石墨烯當(dāng)做面材料處理，作者說(shuō)由于石墨烯太薄，若當(dāng)做體材料處理會(huì)大大增加計(jì)算量。
其實(shí)把石墨烯畫(huà)成體材料，然后手動(dòng)用掃略去剖網(wǎng)格的話，并不會(huì)增加太多計(jì)算量。在下面的付費(fèi)內(nèi)容中額外給出了把石墨烯畫(huà)成體材料的模型。把石墨烯處理成體材料或者面材料在本文模型中計(jì)算結(jié)果一致，如下圖。
以下是論文VS我復(fù)現(xiàn)的對(duì)比
1，首先對(duì)比有無(wú)石墨烯時(shí)候的吸收光譜
2，在吸收峰值處的磁場(chǎng)分布與損耗功率密度
3，改變多種參數(shù)，反復(fù)計(jì)算
4，石墨烯相對(duì)介電常數(shù)的虛部
下面是付費(fèi)內(nèi)容，如下圖
展開(kāi) 【材料課堂】金屬與合金的晶體結(jié)構(gòu)，共晶相圖
本文來(lái)自“材料基”。
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非金屬結(jié)構(gòu)對(duì)行人頭部保護(hù)仿真精度的影響分析
當(dāng)前金屬材料仿真已相對(duì)準(zhǔn)確，而非金屬結(jié)構(gòu)由于自身材料特性及仿真分析方法的原因，仿真精度仍有待進(jìn)一步提升。因此，基于非金屬結(jié)構(gòu)對(duì)行人頭部保護(hù)仿真精度的影響分析具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。
▲頭部保護(hù)目標(biāo)測(cè)試點(diǎn)*及頭型撞擊試驗(yàn)示意圖
*引用自2018版C-NCAP規(guī)程
1.內(nèi)外板涂膠對(duì)仿真精度的影響
發(fā)動(dòng)機(jī)蓋涂膠為灰黑色軟質(zhì)黏性膠，涂裝完成后還需經(jīng)過(guò)電泳、烘烤等使其固化，形成具有蓬松氣孔的類(lèi)海綿質(zhì)膠體，該膠體將發(fā)動(dòng)機(jī)蓋內(nèi)外板牢牢的膠結(jié)在一起，在仿真分析中通常采用體單元進(jìn)行模擬。
▲發(fā)動(dòng)機(jī)蓋成品涂膠
然而，由于涂膠的軟質(zhì)特性，使其在生產(chǎn)制造過(guò)程中不同批次的工程樣件可能具有一定的形狀差異性，如下圖所示，這將可能對(duì)最終測(cè)試結(jié)果產(chǎn)生影響。
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