盘点那些鲜为人知的材料研究方向,你知道几个?

摘要:北京时间20200402关于【盘点那些鲜为人知的材料研究方向,你知道几个?】的具体情况和说明,让www.dxllk.cn新闻频道的以图文形式为您慢慢道来。

材料科学领域是世界上最神奇的科学领域之一了,各种各样的材料在我们身边随处可见,那么在这个有着特殊意义年份的愚人节,带大家盘点一下那些鲜为人知的材料研究方向。准晶材料

1984年,美国科学家D.Shechtman在研究用急冷凝固方法使较多的Cr、Mn和Fe等合金元素固溶于Al中,目的是稳了得到高强度铝合金,但是在急冷Al-Mn合金中意外发现了一种奇特的具有金属性质的相。这种相具有相当敏锐的电子衍射斑点,但不能标定成任何一种布拉维点阵,其电子衍射花样明显地显示出传统晶体结构所不允许的5次旋转对称性。

后来D.Shechtman在《物理评论快报》上发表的文章中首次报道了这种具有包括5次旋转对称轴在内的二十面体点群对称合金相,并称之为二十面体相,并称这种具有5次对称取向序而无周期平移序的物质为准周期性晶体,简称准晶。

这一发现在当时的美国乃至真个世界都引起了轩然大波,震惊了世界上很多著名的材料学家。因为具有5、8、10及12次旋转对称的准晶物质的发现,冲击了传统晶体学的两个主要支柱,14种布拉维空间点阵和32种点阵对称群,为此,准晶发现的初期很难为人们所接受,甚至还受到一些人的攻击。但随着物理学家、化学家和材料科学家对准晶结构的不断研究,人们很快发现统治人们很久的晶体点阵学说以及与此有关的周期性平移对称只是一个经验规律,谁也没有证明过晶体的平移序必定是周期性的。但是D.Shechtman通过理论与实践的完美结合,充分肯定了5次旋转对称客观存在。

准晶态物质是传统固态晶体物质与非晶态物质之间的过渡态新物质,其结构与晶体结构和非晶体结构有本质差别。研究表明,准晶体物质不仅能在合成材料中发现,而且在地球上、宇宙中都有可能找到准晶态物质。目前科学家们已经研究出准晶材料硬度强、电阻率高和导热系数低等特点,相信在不久的将来,准晶态物质将得到更多的开发和利用。

还有一个有意思的小插曲,D. Shechtman 在快速凝固的铝合金中发现一种具有五次对称轴的物质之后先给AppliedPhysics Letter投稿,结果被拒。之后才给Physics Review Letter投稿,并且顺利接收。D.Shechtman这篇文章很快吸引了各国学者在PRL上灌水并一举奠定了PRL在物理学界的统治地位。如果当初APL的编辑慧眼识珠,那么也许现在执业界牛耳的就是APL了。后来据说D.Shechtman在获得诺贝尔奖以后,在做演讲的时候经常提到,他的成果被APL拒成为了人们的笑谈。聚合物分散液晶PDLC

PDLC又叫液晶调光膜,是将低分子液晶与预聚物相混合,是由多恩博士的小组于1984年发明, 该项技术利用相分离技术形成液晶微粒,技术上称之为高分子分散的液晶技术或PDLC技术。在此之前,没人能解释这样一种现象,即用来封液晶瓶口的环氧树脂常常由透明变乳白的现象。

主要内容是在一定条件下经聚合反应,形成微米级的液晶微滴均匀地分散在高分子网络中,再利用液晶分子的介电各向异性获得具有电光响应特性的材料,它主要工作在散射态和透明态之间并具有一定的灰度。直译即聚合物分散液晶。顾名思义,调光膜即为可调节光线通过状态的一种膜。它主要工作在散射态和透明态之间,也就是膜本身可在透明与非透明状态之间变幻,透明度由电压调节。

它的基本原理主要分为两部分:

当调光薄膜断电时,其间的高分子液晶材料无序排列,使光线无法穿透薄膜,这时看到的效果便是乳白色的不透明状态。

当调光薄膜通电时,电场作用下薄膜中间的高分子液晶材料有序排列,可使光线能透过薄膜,这时看到的效果便是透明无色的薄膜状态。

废话不多少直接上图:

液晶分子赋予了聚合物分散液晶膜显著的电光特性,使其受到了广泛的关注,并有着广阔的应用前景。相对于传统显示器件来说,聚合物分散型液晶显示器具有很多优点,比如更节能、更私密、造价低等特优点,在热敏及压敏器件、电控玻璃、光阀、投影显示、电子书等方面获得广泛应用。自修复超级可伸缩弹性导体新材料

可拉伸电子器件在可穿戴电子器件、柔性能源和仿生器件等新兴领域具有重要应用,目前,如何使拉伸导体在大拉伸形变条件下保持优异的电机械稳定性是该领域面临的重大挑战。针对这一现象,合肥工业大学科研团队采用金属纳米线的有序组装等创新方法成功研制出兼具自修复性、高导电性以及优异抗拉伸性和电机械稳定性的弹性导体材料。相关成果发表在英国《自然▪通讯》上。

该校化学与化工学院从怀萍教授研究组和中国科学技术大学俞书宏教授研究团队强强联手,首次提出将金属纳米结构三维组装导电骨架与金属-硫配位键引入到弹性聚合物凝胶网络结构中的设计理念,成功研制出兼具自修复性、高导电性和电机械稳定性以及优异抗拉伸性能的新型弹性导体材料。

这种基于纳米、微米、宏观尺度的多级次等级有序结构,以及网络结构中聚合物链和银纳米线之间强相互作用,所构筑的弹性复合材料,能够通过自身蜂窝结构形变和应力在整个网络中均匀分散,从而避免单一结构受力,形成了可有效地弛豫外力和耗散断裂能的协同机制。

由于动态可逆银-硫键的巧妙设计,该弹性导体材料表现出快速而高效的愈合能力。在近红外光诱导下,该材料在室温条件下1分钟内即可实现自愈合,愈合效率高达93%。同时,愈合后的材料仍然保持了优异的导电性能、机械性能和电机械稳定性。这一成果为研制具有优越力学、电学性能的可修复抗拉伸导体材料设计和构筑提供了新思路。

以上鲜为人知的材料研究方向,虽然听起来不太靠谱但是都被在相关领域有了重大突破。不得不感叹人类无穷的智慧以及对未知领域的探索能力。如果读这篇文章得的你正在为材料科学奋斗着,请接受我最诚挚的敬意。如果可爱的你还知道鲜为人知的材料研究方向欢迎您的留言,与大家一起讨论哦!

源于材料十,若有不妥,请联系!


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