Journal of Materials Science - JMS Article Abstracts in Chinese: Volume 59, Issue 8
The Editors of Journal of Materials Science are pleased to present a selection of abstracts translated into Chinese.
对木质素在生物粘结剂生产中的潜在应用的回顾：挑战与机遇 (this opens in a new tab)
A review of the potential application of lignin in the production of bio-binder: challenges and opportunities
Yatish R G, Doma Hemanth Kumar, Raghuram K. Chinnabhandar, Raviraj H M & A. U. Ravi Shankar
目标是以一种方式处理自然，使自然资源的使用对我们的环境几乎没有危害。有必要保护地球及其生态系统免受人类活动引发的灾难，特别是燃烧化石燃料以获取能源。全球应通过采用可持续的生物能源资源来实现零净排放。在这个领域下，从农作物残留物（木质纤维素生物质）中发明了生物乙醇，也称为2G-乙醇，这对农村发展和能源独立做出了贡献。同样，研究人员通过加入各种类型的木质素，包括木质素、硫酸盐木质素、苏打木质素、木质素磺酸盐和生物燃料生产中得到的木质素，修改了传统的基于石油的沥青。这篇回顾涵盖了生物燃料生产的增长和使用作为生物燃料工业副产品得到的木质素改性沥青的优点。该研究还探讨了使用木质素生产直接替代生物粘结剂的潜在方法。然而，仍然需要专门的研究和开发来优化生物粘结剂的生产方法。在建造沥青层时使用生物沥青或生物粘结剂将有助于减少对化石燃料的依赖，降低碳足迹，提高性能，并增值生物废物。这篇回顾全面概述了从木质素生产生物粘结剂的挑战。此外，这将通过强调木质素作为开发路面工程中直接替代生物粘结剂的源头的潜力，作为进一步研究项目的起点。
最近的进展和二硫化钼及基于二硫化钼的纳米复合材料在有机染料的吸附和光催化降解方面的观点：一项评论 (this opens in a new tab)
Recent advances and perspectives of molybdenum disulfide and molybdenum disulfide based nanocomposites for adsorption and photocatalytic degradation of organic dyes: a review
Ruchika Thayil, Suman Gandi, Saidi Reddy Parne & Velavan Kathirvelu
环境污染是全球主要的关注点。有机染料作为水污染物，对自然资源的消耗构成了重大威胁。二硫化钼（MoS2），一种二维过渡金属硫属化合物，由于其出色的性质，如稳定性、表面积和可调的层间距，已经引起了相当大的关注。它已经成为了有机染料的光催化降解和吸附的有前景的材料。本文概述了最近在MoS2基纳米材料中通过吸附和光催化过程从溶液中去除有机染料的进展。这篇评论深入探讨了MoS2的基本性质，探索了各种合成方法，以及改善其去除染料效率的材料的各种修改，并解决了与其在这个领域应用的潜在挑战。此外，本文还讨论了提高基于MoS2材料的吸附和光催化降解有机染料的前景。图形摘要
利用一步水热法制备和评估Pb(ZrO3)-掺杂氧化锆的辐射防护特性：合成和表征 (this opens in a new tab)
Utilizing a one-step hydrothermal method for fabrication and evaluation of radiation shielding characteristics in Pb(ZrO3)-doped zirconia: synthesis and characterization
Mubarak A. Eldoma, Nasser Zouli, Gaber A. Elawadi, Mohamed A. Mahmoud, Isam Y. Qudsieh, Omer Y. Bakather, Mohamed Hassan, Mohammad S. Alomar, Ahmed F. F. Abouatiaa, Salah Eldeen F. Hegazi, Yasir A. Elsheikh, K. A. Mahmoud & Islam G. Alhindawy
在这项研究中，我们提出了一种新的方法，用于生产源自锆矿物的Pb(ZrO3)-掺杂氧化锆。我们的方法涉及通过简化的水热合成过程制备两种复合样品，提供了一条直接的制造路径。此外，我们使用如X射线衍射、扫描电子显微镜和透射电子显微镜等先进技术对新合成的化合物进行了广泛分析。另外，我们研究了制备样品中晶粒的平均大小，并检查了它们与晶格畸变和位错密度的关系。此外，蒙特卡洛模拟代码检查了制造的基于铅的锆酸盐陶瓷复合材料的γ射线防护性能。评估显示，制造的复合材料的线衰减系数从0.411增加到0.464 cm−1（在γ射线能量为0.662 MeV时），将Pb浓度从6.6提高到13.3 wt%。线衰减系数的增强降低了制造的复合材料的铅等效厚度，其中等效于1 cm纯铅的复合材料的厚度通过将Pb浓度提高到13.3 wt%而减少到2.68 cm。对制造的复合材料的防护评估显示，对低和中等γ射线光子的性能高，其中制造的复合材料的防护能力在γ射线能量为0.662 MeV和2.506 MeV时分别达到纯铅防护能力的37%和47%。因此，制造的复合材料可以用作医院和放射性区域的替代防护材料。
通过退火改善 WO3 薄膜的电容性和电阻性存储器 (this opens in a new tab)
Improvement of capacitive and resistive memory in WO3 thin film with annealing
Rajshree Rajkumari, Mir Waqas Alam, Basma Souayeh & Naorem Khelchand Singh
在这项研究中，我们对电子束蒸发的氧化钨（WO3）薄膜（TF）进行了研究，这种薄膜用于电容和电阻开关存储器设备。制作的样品在500°C的温度下进行了退火处理。电容-电压（C-V）和电导-电压随频率的增加而减小，这一现象在沉积和退火后的Au/WO3TF/Si设备中都有出现。界面陷阱密度（Dit）从1.27×1011eV-1cm-2（沉积WO3TF）减小到1.81×1010eV-1cm-2（退火WO3TF）的减小，归因于缺陷数量的减少。在C-V滞后环中，退火后的WO3TF显示出9.76V的大存储窗口，电压为±10V。退火设备在105s内获得了稳定的高阻态和低阻态，没有任何明显的退化。对结晶的影响进行了全面的探讨，以解释电阻开关特性的改变及其基本机制。观察到的电阻开关行为的改变，归因于电荷陷阱-去陷阱的过程和氧空位在膜内的迁移。我们的工作为WO3TF基非挥发性存储器设备中的电荷陷阱机制提供了深入的理解，突出了退火对其性能的影响。
Nd(Mg2/3Nb1/3)O3改性的Bi0.5Na0.5TiO3无铅陶瓷的高能量存储性能 (this opens in a new tab)
High energy storage properties of Nd(Mg2/3Nb1/3)O3 modified Bi0.5Na0.5TiO3 lead-free ceramics
Yu Pan, Zhonghua Dai, Chenxi Liu, Xin Zhao, Shintaro Yasui, Yu Cong & Shuitao Gu
本研究提出了一种优化策略，以提高基于Bi0.5Na0.5TiO3(BNT)的陶瓷的能量存储性能。该策略是减小晶粒大小，打破长距离极性排序，形成无序的极性纳米区域(PNRs)，并增加击穿场强(Eb)。使用这种优化策略，我们制备了(1-x)Bi0.5Na0.5TiO3-xNd(Mg2/3Nb1/3)O3((1-x)BNT-xNMN，x= 0.05, 0.10, 0.15 和 0.20)陶瓷，并获得了超高的可恢复能量存储密度2.72 J/cm3和91.74%的效率。值得注意的是，这标志着与纯BNT陶瓷相比，能量存储密度的增加了数倍。能量存储密度在20–160 °C的温度范围和1–200 Hz的频率范围内展现出优秀的电气稳定性。此外，陶瓷的功率密度(PD)在180 kV/cm的电场下达到19.74 MW/cm3。这些发现为开发尖端能量存储解决方案和高性能电容器材料铺平了道路。
Al(OH)3对氧化钇材料烧结性能和热冲击抗性的影响 (this opens in a new tab)
Effect of Al(OH)3 on sintering properties and thermal shock resistance of yttrium oxide materials
Yuan Chen, Yaowu Wei, Yiming Yu, Yale Liu, Bo Chen & Kui Liu
Y2O3材料因其高温稳定性而在高温工业中得到了广泛应用。然而，其烧结行为和热冲击抗性的差弱限制了其应用。现有的研究主要集中在其烧结性能上，然而Y2O3材料的致密化增加可能会削弱其热冲击抗性。通过Al(OH)3的分解制备了具有较小闭孔的Y2O3材料，并在本文中研究了Al(OH)3对Y2O3材料的微观结构、机械性能和热性能的影响。我们得出的结论是，由于Y3+和Al3+之间的离子半径差异和扩散系数，晶界的迁移速度加快，而Y3+的扩散系数相对较弱，Al3+的扩散主要占主导地位。由Al(OH)3分解产生的Al2O3是活性的，促进了Y2O3材料的烧结。同时，Y2O3材料的孔隙度和孔结构受到Al(OH)3分解的影响，适当的孔隙通过吸收热应力改善了热冲击抗性。此外，研究表明，将Al(OH)3添加到Y2O3材料中对平衡其烧结性能和热冲击抗性有重要影响。在本研究中，含有3wt% Al(OH)3的样品表现出了更好的性能，其相对密度为93.2%，热冲击稳定性因子参数Rst为1.74 W m1/2。
由吸附剂CuO修饰的MnO2纳米空心球去除元素汞：性能，动力学和机制 (this opens in a new tab)
Elemental mercury removal by adsorbent CuO-modified MnO2 nano-hollow spheres: performance, kinetics, and mechanism
Zhichang Jiang, Runxian Wang, Yongjin Hu, Xin Liu & Haining Wang
在这项研究中，我们使用浸渍法制备了CuO修饰的MnO2纳米空心球吸附剂。我们研究了CuO负载量、反应温度、气体每小时空间速度和烟气组分对吸附剂Hg0去除性能的影响。当负载10%的CuO时，吸附剂的Hg0去除效率在150至250°C的范围内高于95%。丰富的酸性位点和优越的氧化还原行为确保了Hg0的有效吸附和氧化，这使得10%的CuO掺杂吸附剂在广泛的温度范围内具有满意的Hg0去除性能。在整个Hg0捕获周期中，Mars-Maessen机制很好地描述了10%Cu/Mn吸附剂上的Hg0去除过程，其中Mn4+，Cu2+和化学吸附氧作为活性位点，HgO是最终产物。然而，弱的烟气组分适应性表明，需要进一步修改以提高该系统的实用性。
多孔β-环糊精聚合物微球用于从水溶液中吸附碘 (this opens in a new tab)
Porous β-cyclodextrin polymer microspheres for iodine adsorption from aqueous solution
Jia-Xin Wang, Hao-Ran Shu, Kun Guo, Xiaoling Wang & Sheng Zhang
随着核工业的快速发展，如何有效处理放射性废水成为一个亟待解决的问题，特别是处理具有高挥发性和强扩散性的放射性碘。在这里，通过交联和电喷雾，我们开发了尺寸约为300微米的多孔交联环糊精微球（P-CDMs）。P-CDMs显示出高效去除I2，I-和IO3-从水溶液中的能力，最大吸附量可以分别达到668，205和131毫克每克。此外，即使在恶劣条件下（pH = 1.0，75°C），通常是含碘核废物的条件，吸附也是稳定的。P-CDMs还显示出优秀的回收性能，经过5次回收后，吸附性能仍保持在99%以上。因此，P-CDMs可以被认为是一种有效的吸附剂，用于从核废水中去除放射性碘。
已建立的碳纳米材料：改性、表征和在不同溶剂中的分散 (this opens in a new tab)
Well-established carbon nanomaterials: modification, characterization and dispersion in different solvents
George V. Theodorakopoulos, Dionysios S. Karousos, Jan Benra, Stefan Forero, Ruben Hammerstein, Andreas A. Sapalidis, Fotios K. Katsaros, Tim Schubert & Evangelos P. Favvas
我们准备、改性、表征了三种不同类型的碳纳米材料，即SWCNTs、MWCNTs和GNPs，并评估了它们在三种不同溶剂中的分散性行为。碳纳米管是通过使用众所周知的化学气相沉积方法合成的，石墨烯纳米片则是通过湿法物理化学处理技术制备的。它们的表征是通过使用各种先进技术完成的，如粉末X射线衍射和拉曼光谱、X射线光电子能谱、扫描电子显微镜和77K下的N2吸附。此外，通过等离子体处理和湿化学表面改性，改变了碳纳米结构，以增强其分散特性，从而实现更均匀的悬浮液，并因此在合理的时间内无沉淀物保持分散。通过光学方法，但也通过使用DIN/EN分类的ISO油吸收法和UV-Vis光谱法，对处理参数的影响和使用不同溶剂进行了深入研究。在表面处理后，观察到CNTs和GNPs材料的分散率都有所提高，特别是在使用溶剂n-甲基-2-吡咯烷酮时。上述研究的纳米材料是制备聚合物混合基质膜的理想候选填料。图形摘要
利用ZnO纳米粒子从水性废水中消除营养物质的研究：以铵作为模型的案例。实验和理论洞察 (this opens in a new tab)
Studies on elimination of nutrients from aqueous effluents using ZnO nanoparticles: the case of ammonium as a model. Experimental and theoretical insights
María Belén Perez Adassus, Herman Heffner, Ignacio López-Corral, Carla Spetter & Verónica Lassalle
由于农业肥料的使用增加，工业活动和未经任何净化处理的污水排放，天然水体中的铵（NH4+）含量在过去几年中有所增加。这种无机阳离子在水体中的大量存在已被视为环境问题，因为它影响了富营养化过程，导致水质恶化。尚未详尽研究使用ZnO纳米粒子评估水体中营养物质（包括铵）的消除。在这项工作中，研究了ZnO纳米粒子通过吸附从水样中去除铵阳离子的能力。在这方面，已经进行了实验，以确定纳米材料的效率，使用了两种不同的NH4+浓度，目的是复制两种可能的实际受水影响的环境。通过使用实验表征技术以及理论DFT模拟，探讨了吸附剂和吸附质之间的相互作用。所得数据表明，ZnONPs的效率依赖于铵浓度，范围在每克ZnONPs吸附0.79至11.6毫克的铵之间。根据ZnO纳米材料吸附前后的表征数据，静电相互作用可能不会得到优先，协调相互作用最为可能，如实验和DFT结果所示。图形摘要
含吡啶N和半离子F共功能化的生物炭纳米纤维作为高效的无金属氧还原反应电催化剂 (this opens in a new tab)
Pyridinic N and semi-ionic F Co-functionalized biochar nanofibers as efficient metal-free electrocatalysts for oxygen reduction reaction
Feng Zhang & Hao Wang
铂基电催化剂在金属-空气电池和碱性燃料电池的氧还原反应(ORR)中的高昂成本和有限的可用性对这些清洁能源技术的大规模商业化构成了重大障碍。在此，我们采用了一种成本有效且可持续的细菌纤维素生物质作为前驱体，通过直接的热解调控来制备一个氮和氟共掺杂的无金属ORR电催化剂(BCC-NF-900)。BCC-NF-900继承了细菌纤维素的三维框架，展现出一个强大的多孔结构，其Brunauer–Emmett–Teller表面积为196.9 m2·g−1。在惰性sp2碳骨架中形成的吡啶N (0.6 at%)和半离子F (0.34 at%)物种协同调控了相邻C原子的电子自旋和电荷密度。这种理性的快速传输路径和有效活性位点的组合导致了高ORR活性（起始电位0.89 V vs. RHE）、甲醇抗性和电化学稳定性（仅6.9%的电流损失）在碱性电解质中。重要的是，与仅F掺杂的BCC-F-900（起始电位0.82 V vs. RHE）和N掺杂的BCC-N-900（起始电位0.77 V vs. RHE）催化剂相比，BCC-NF-900催化剂表现出显著增强的ORR性能，这一点通过测量的起始电位得到证实。本研究为设计高效的无金属ORR催化剂提供了一个可用的参考，为金属-空气电池和碱性燃料电池中的Pt/C催化剂提供了一个有前途的替代方案。
利用镍掺杂二硫化钼（Ni@MoS2）纳米花实现可见光驱动的高效光催化氢气生产 (this opens in a new tab)
Visible light-driven efficient photocatalytic hydrogen production using nickel-doped molybdenum disulfide (Ni@MoS2) nanoflowers
Fahad A. Alharthi & Imran Hasan
近年来，二硫化钼（MoS2）在各种光学应用中得到了广泛的使用。MoS2具有良好的光学带隙，可以用作氢气生产应用的光催化剂。在本文中，我们报道了花状镍（Ni）掺杂的MoS2的合成。所制备的Ni@MoS2具有1.71 eV的光学带隙，低于原始MoS2的1.90 eV。因此，Ni@MoS2进一步用作氢气演变的光催化剂。还检查了光催化剂（Ni@MoS2）的不同剂量（5、10、15、20和25 mg）的效果。光催化研究显示，使用25 mg Ni@MoS2产生了良好的氢气生产量（2021.5 µmol g−1），并且氢气生成速率合理，为404.3 µmol g−1h−1。这些发现表明，掺杂可能显著提高光催化氢气生产。所提出的Ni@MoS2也显示出良好的稳定性和氢气生产的可重复使用性。
以Ce掺杂的LaCoO3催化剂进行高效催化臭氧化降解水中的硝基苯 (this opens in a new tab)
High-efficient catalytic ozonation for degradation of nitrobenzene in water with Ce-doped LaCoO3 catalyst
Fengtao Chen, Haitao Yan, Junjie Wang, Heng Wang, Yongjie Sun, Xiufang Chen, Wangyang Lu & Wenxing Chen
为了提高废水处理中臭氧化的利用效率，我们通过柠檬酸辅助溶胶凝胶法设计并制备了一系列钙钛矿型Ce掺杂的LaCoO3催化剂。这些催化剂通过透射电子显微镜（TEM）、扫描电子显微镜（SEM）、X射线衍射（XRD）和X射线光电子能谱（XPS）进行了系统的表征。我们构建了一个异相催化臭氧化系统，使用Ce掺杂的LaCoO3作为催化剂在温和条件下降解水中的硝基苯（NB）。结果显示，La0.9Ce0.1CoO3催化剂对催化臭氧化反应具有最高的催化活性和满意的稳定性。NB的TOC去除效率在30分钟内高达92.5%，这比在类似条件下的单一臭氧化（仅34.1%）高得多。自由基淬灭实验和电子顺磁共振（EPR）自旋捕获实验的结果都表明，·OH、O2·−和1O2在催化臭氧化系统中都被生成，其中·OH在NB矿化过程中起主导作用。此外，La0.9Ce0.1CoO3催化剂可以通过≡Co3+/≡Co2+和≡Ce3+/≡Ce4+的循环促进更多·OH的形成，这是催化臭氧化系统中催化效率更高的主要原因。钙钛矿型Ce掺杂的LaCoO3催化剂的催化臭氧化系统在处理难降解有机废水方面具有潜在的应用价值。图形摘要
聚多巴胺对MXenes与棉布的粘附用于太阳热和被动辐射加热 (this opens in a new tab)
Polydopamine adhesion of MXenes to cotton fabric for solar thermal and passive radiative heating
Yang Wang, Weichao Liu, Weiyang Guo, Lixin Song, Jingwei Zhang, Jianxin Liu & Jie Xiong
在寒冷环境中保持体温相对恒定对于维持热舒适度和各种功能的正常运作至关重要。然而，典型的加热策略浪费了大量能源，无法应对复杂和变化的环境。因此，开发一种能够以高效节能的方式准确加热人体的保暖纺织品至关重要。在这项工作中，通过聚多巴胺（PDA）粘附，MXene纳米片均匀地沉积在棉布表面，制备出具有太阳加热和被动辐射加热（PRH）的保暖布料。值得注意的是，得到的MXene-PDA/棉布展示了在7-14μm的低中红外发射率19.7%和在波长范围250-2500nm的高吸收率90.7%。因此，MXene-PDA/棉布在人体上展示了有效的被动辐射加热性能，与传统棉布相比，显示出2.8°C的改善，其优秀的太阳加热能力可以将温度提升到52.5°C，在模拟光环境下的100 mw/cm2。此外，MXene-PDA/棉布在机洗和超声波清洗后仍保持良好的保暖性，且具有一定的透气性，润湿性和机械性能。这种PDA/棉布在热管理，节能加热和个人精密加热应用中显示出巨大的潜力。图形摘要
制备NiCo/NPC复合材料并研究其吸波性能 (this opens in a new tab)
Preparation of NiCo/NPC composites and study on their wave absorbing properties
Wen-tao Xu, Sheng Wang & Yue Xu
随着电子通信设备的快速发展，电磁污染问题日益突出。金属有机框架（MOF）材料具有合成过程简单、生产成本低、比表面积大和孔隙度高的优点，而衍生的多孔碳/磁性金属粒子复合材料（NPC）克服了磁性粒子分散不均的特性。在本研究中，采用溶剂热法合成的双金属NiCo-MOF-74作为前驱体，然后通过高温碳化制备NiCo/NPC复合材料。研究了Ni/Co摩尔比对复合材料形貌、石墨化程度、磁性能和吸波性能的影响。结果表明，随着Co含量的增加，复合材料中碳组分的石墨化程度增加，导致其铁磁性能逐渐增强。随着Co含量的增加，NiCo/NPC复合材料的吸波性能先增加后减少。当石蜡填充比例为50%（质量分数）且Ni/Co的摩尔比为1:1时，NiCo/NPC复合材料具有最佳的吸波性能。在厚度为2毫米的16.96 GHz处，Ni1Co1/NPC复合材料的最佳反射损失为-50.8 dB，有效吸收带宽为4.56 GHz（13.44-18 GHz）。
对TiO2-NiO@In2O3纳米复合薄膜（NCTFs）进行气体传感器研究：合成、物理特性表征以及NO2和H2S气体传感器的检测 (this opens in a new tab)
Investigations on TiO2–NiO@In2O3 nanocomposite thin films (NCTFs) for gas sensing: synthesis, physical characterization, and detection of NO2 and H2S gas sensors
Mohamed Abed Shahoodh Alborisha, Foued Tarek Ibrahim, Wissal Jilani, Abdelfatteh Bouzidi & Samir Guermazi
喷雾热解技术是一种多功能且成本效益高的方法，用于在玻璃基板上以不同的摩尔比例生产TiO2-NiO@In2O3NCTFs。由于其出色的传感特性，NCTFs已被用于气体传感应用的研究。对薄膜的结构、形态和气体传感特性进行了分析。XRD分析表明，NCTFs是多晶的，意味着它们由许多小晶体组成。这些晶体是随机排列的，这就是为什么XRD模式是宽的。TiO2的锐钛矿相是四方晶体结构。NiO和In2O3相都是立方晶体结构。纳米结构立方相的存在表明，薄膜中的纳米粒子足够小，足以显著影响薄膜的晶体结构。扫描电子显微镜图像显示表面均匀，具有无裂纹的小颗粒纳米结构。使用准备的样品制造的气体传感器对NO2和H2S气体显示出高灵敏度，其灵敏度在不同的操作温度下进行了测量，同时测量了响应和恢复时间。TiO2和NiO杂质的添加影响了In2O3的光学性质。随着NiO比例的增加和TiO2比例的减少，In2O3的透射率增加。
纳米粘土对玻璃纤维增强环氧复合材料的机械和热性能的影响 (this opens in a new tab)
Effect of nanoclay on the mechanical and thermal properties of glass fiber-reinforced epoxy composites
Gurbet Örçen & Duygu Bayram
本研究实验性地研究了纳米粘土（NC）添加对玻璃纤维增强环氧复合材料的热性和机械性能的影响。为此目的，我们生产了使用三种不同NC比例（按重量计0.5％，1％和1.5％）的纳米复合板。使用动态机械分析、差示扫描量热法和热重分析研究了纳米复合材料的热特性。将三种不同NC比例的复合材料得到的机械和热结果与从纯复合材料得到的结果进行了比较。使用SEM-EDS分析研究了纳米复合材料的结构。此外，还研究了纳米粘土对复合材料失效行为的影响。在本研究中，所有机械性能的最高值都是从添加了1％NC的样品中获得的。从添加了1％NC的样品中获得的：拉伸、压缩、剪切强度、弹性模量、剪切模量和泊松比值分别比从纯样品中获得的值高31.06％、4.25％、14.30％、7.35％、11.94％和12.5％。最大损耗模量和最大存储模量分别从添加了1.5％和0.5％NC的样品中获得。在添加了1.5％NC的样品中，获得了最高的Tanδ值。添加NC后，玻璃过渡温度增加。观察到在添加了1.5％NC的样品中，纤维-基体界面更清晰地分离。图形摘要
微波软化处理对竹子动态机械和化学性质的影响 (this opens in a new tab)
Effects of microwave softening treatment on dynamic mechanical and chemical properties of bamboo
Weilian Qin, Haixia Yu, Manping Xu, Xiaowei Zhuang, Hongyan Wang, Man Yin, Xin Pan & Yanjun Liang
竹子是一种高质量的生物质材料，但其薄壁和空心性限制了后续的加工。软化可以使竹子变平和弯曲而不产生裂纹，从而实现有效的增值利用。在这项研究中，我们研究了微波软化参数（微波功率，时间，初始湿度）对毛竹和斑竹的玻璃化转变温度，压缩比，微观结构，化学成分和表面润湿性的影响。微波软化参数（微波功率，处理时间，初始湿度）提高了两种竹子的柔韧性和可加工性。动态机械分析显示，斑竹片的储存模量从7846降低到4498 MPa，这比毛竹高1.06倍。玻璃化转变温度从221.25降低到123.67 °C，这比毛竹高1.07倍，表明竹子的刚度降低，弹性增强。此外，毛竹的热塑性质比斑竹高。水分子对细胞壁有润湿和膨胀的效果。随着水分含量的增加，游离羟基增加，湿度为90%的毛竹的压缩比从15.65增加到45.54%，斑竹的压缩比从11.31增加到41.67%。因此，选择最适应的竹子种类和湿度，并提高软化温度和软化时间可以提高竹子的平整质量，并有效降低羟基和羰基的数量，从而为竹子的工业加工提供理论依据。
在碳化VO2膜上沉积CVD钻石涂层 (this opens in a new tab)
Deposition of a CVD diamond coating on a carbonized VO2 film
Xingzhu Du, Siguang Yi, Luo Xu & Wenzhuang Lu
为了获得VO2膜/CVD钻石涂层工具，本文研究了在VO2膜表面上沉积CVD钻石涂层的过程。首先，研究了碳化处理对VO2膜的影响。然后，研究了在VO2膜上沉积CVD钻石涂层的过程。最后，研究了VO2膜/CVD钻石涂层系统在热负载下的应力变化规律。结果表明，经过碳化和钻石种晶处理后，CVD钻石涂层可以在VO2膜上生长。V6C5是VO2膜碳化后最稳定的材料，用于连接钻石涂层和VO2膜。VO2膜/CVD钻石涂层系统的应力在热负载下会突然改变。应力突然改变后，VO2膜/CVD钻石涂层系统的应力只有CVD钻石涂层应力的一半。CVD钻石涂层的附着力超过100N。这项研究可以为沉积具有高粘结性能的CVD钻石涂层切削工具提供新的思路。
利用迁移学习进行可调谐石墨烯基元表面的反向设计 (this opens in a new tab)
Transfer learning for inverse design of tunable graphene-based meta-surfaces
Mehdi Kiani, Mahsa Zolfaghari & Jalal Kiani
本文概述了一种使用卷积神经网络（CNNs）设计可调谐电磁（EM）石墨烯基元表面的新方法。EM元表面以前已经被用来通过调整波长尺度内亚波长元素的局部相位来操纵EM波，从而产生各种引人入胜的设备。然而，这些设备中的大多数只能执行单一功能，使得在单一设计中实现多功能变得困难。作为一种活性材料，石墨烯提供了独特的属性，如可调谐性，使其成为实现可调谐元表面的优秀候选者。所提出的程序包括使用两个CNNs来设计石墨烯元表面的被动结构，并预测需要可调谐响应的化学势。这些CNNs是通过迁移学习进行训练的，这大大减少了收集训练数据集所需的时间。所提出的反向设计方法在设计可重配置EM元表面方面表现出优秀的性能，这些元表面可以被调整以产生多种功能，使其对各种应用具有极高的价值。结果表明，所提出的方法是有效和准确的，并为设计未来无线通信系统的可重配置智能表面提供了一种有前景的方法。
Cr-O-C离散核心的分子动力学模拟以降低纳米晶Cu/Ni复合物的结合力 (this opens in a new tab)
Molecular dynamics simulation of Cr–O–C discrete nuclei to reduce the binding force of nanocrystalline Cu/Ni complexes
Zhengchen Hu, Guang Yang & Ju Chen
电铸技术在制造微结构光学功能薄膜的脱模过程中，产生了金属基底与金属复制品之间过度结合的问题，这触发了微结构的变形和精度的降低，而在界面处沉积Cr-O-C离散核心可以在协助脱模效果上发挥良好的作用。在本文中，使用分子动力学方法研究了多晶Cu/Ni和Cu/Cr-O-C/Ni复合物的拉伸变形。结果显示，Cu/Ni模型在拉伸过程中产生大量的HCP结构，界面处有孔洞，大量的Cu原子转移到Ni层。添加Cr-O-C层降低了Cu/Cr-O-C/Ni模型的屈服强度26.41%，同时，界面处的位错增殖减少，断裂处在集中的界面，断裂时间减少了90.8%。界面处Cr-O-C原子数量较多，减少了Cu原子转移到Ni层的情况。这些结果为Cr-O-C层协助精密电沉积脱模提供了可能的解释。
具有可控孔径的梯度微孔层用于高性能质子交换膜燃料电池 (this opens in a new tab)
Gradient microporous layer with controllable aperture for high-performance proton-exchange membrane fuel cells
Jie Guo, Wei Wang, Ruhua Shi, Tainyi Gu, Xian Wei, Jiaqing Zhao, Ming Chao, Qian Zhang & Ruizhi Yang
适当的孔径和疏水性的微孔层（MPL）对于质子交换膜燃料电池（PEMFCs）至关重要。MPL通常是通过将碳黑和疏水剂（即，聚四氟乙烯）物理混合后在高温下退火制备的，这导致孔隙堵塞和碳黑聚集。为了解决这个问题，我们报告了一种简单的方法，使用硬硅模板制备具有单一孔径的均匀多孔碳（UPCs）和具有多孔径的分级多孔碳（HPC），然后通过化学接枝疏水氟烷硅烷（FAS-17）。通过直接逐层构建具有不同孔径的疏水UPC，制备了先进的MPL（GMPL），显示出改善的水排放和有效的气体运输，从而提供高输出功率密度809.64 mW·cm−2。与使用HPC制备的MPL（HPC-MPL，781.20 mW·cm−2）和使用单孔径MPL（714.38–749.89 mW·cm−2）的电池相比，所制备的GMPL显示出优越的性能。可控的梯度孔径，超疏水性和开放的孔/通道有助于PFMFC的高性能。这项工作提出了一种可行的MPLs结构设计，以实现高性能PEMFC。图形摘要
Ag/g-C3N4纳米片作为Pt催化剂的进步支持，以改善甲醇的电催化氧化 (this opens in a new tab)
Ag/g-C3N4 nanosheets as a progressive support of Pt catalyst for improved electrocatalytic oxidation of methanol
Man Xu, Yongping Luo, Linsheng Zeng, Ping Huang, Shunjian Xu, Yike Liu, Yongya Wang, Xianchang Li & Yu xie
考虑到Pt基催化剂在直接甲醇燃料电池中对甲醇氧化的活性增加，有必要在构建Pt基甲醇氧化催化剂中应用理想的支持。在这项研究中，合成了含有不同Ag含量的Ag/g-C3N4纳米片(Ag/GCNN)纳米复合物，并用作进步支持来构建Pt/Ag/GCNN催化剂。作为一种富含氮的聚合物半导体，GCNN易于与各种金属配位。引入Ag纳米粒子可以提高催化剂的电导率，并与Pt合作优化甲醇电催化氧化的性能。电化学实验结果表明，Pt/Ag/GCNN对甲醇氧化的电催化活性和稳定性高于Pt/GC和Pt/GCNN。Pt/Ag/GCNN-0.6的质量活性(18.66 mA mgPt−1)是Pt/GCNN(4.06 mA mgPt−1)、Pt/Ag/GCNN-0.4(4.06 mA mgPt−1)和Pt/Ag/GCNN-0.8(14.76 mA mgPt−1)的7.07、4.60和1.26倍，在前向峰电位。Pt/Ag/GCNN-0.6的Jf/Jb比值为3.31，大于Pt/GCCN(2.62)、Pt/Ag/GCNN-0.4(2.69)和Pt/Ag/GCNN-0.8(2.56)。提出了一个合适的机制来解释Ag/GCNN支持的Pt催化剂可以提高CO毒性抵抗和电催化性能。基于GCNN的配位，Ag首先被修饰形成支持，然后剩余的配位位点被用来支持Pt。这为甲醇电氧化催化剂的设计提供了新的策略。图形摘要
使用纳米压痕法研究GH4169合金在小尺度下的高频压痕疲劳行为 (this opens in a new tab)
High frequency indentation fatigue behavior of GH4169 alloy at small length scale using nanoindentation
Jichang Xiao, Qinghua Zhou & Jiaxu Wang
涡轮盘近表面的高频疲劳行为对其应用和运行至关重要。在小尺度下，对GH4169合金进行了不同载荷幅度、频率和平均载荷下的高频压痕疲劳测试，并在本文中讨论了载荷幅度、载荷频率和平均载荷对GH4169合金高频压痕疲劳性能的依赖性。深度幅度(ha)、平均深度(hm)和深度传播率(dh/dN)被用作评估压痕行为的指标。结果显示，深度幅度只与载荷幅度相关，而平均深度与所有采用的影响因素有关，按照载荷幅度、平均载荷和频率的升序排列，排名关系为nm1=1.4 <nm2=1.71 <nm3=2.02。此外，利用修正的Paris定律揭示了疲劳机制，并发现在平均载荷和载荷幅度的影响下，疲劳机制主要由内在机制控制，而在频率的影响下，疲劳机制由外在机制控制。结合SEM结果和三维形态分析，可以推断出高频压痕疲劳中的位错运动模式是位错滑移。
环保型β-N-丁基氨基丙酸作为N80钢在CO2饱和盐水中的绿色防腐剂 (this opens in a new tab)
Ecofriendly β-N-butyl amino propionic acid as green corrosion inhibitor for N80 steel in CO2-saturated brine water
Xintong Wang, Jiang Yang, Xu Chen, Yefei Wang, Zhen Yang & Wei Ding
为了减轻石油和天然气工业中的CO2腐蚀，我们使用低能耗且零废弃的一锅法合成了一种绿色无毒的β-N-丁基氨基丙酸（BAA）。通过实验测量和理论建模，我们研究了BAA作为N80钢在CO2饱和盐水中的防腐剂的有效性。结果表明，BAA作为一种有效的混合型防腐剂。BAA分子与F（1 1 0）的–COO–和–NH2+-亲水头基团相互作用，而疏水基团以45°的配置吸附在钢表面上。吸附是物理和化学过程的混合，与Langmuir等温吸附公式一致。当浓度大于50 ppm时，可以在钢表面吸附一层完整的防腐剂膜，该膜具有高度疏水性，可以有效阻止腐蚀物种从盐水扩散到钢表面。图形摘要
基于3D-ILC的低温下脆性材料裂纹扩展特性研究 (this opens in a new tab)
Study of the crack propagation characteristics of brittle materials at low temperatures based on 3D-ILC
Xiang Wang, Zhende Zhu, Haijun Wang, Shu Zhu & Yingjie Chen
在寒冷区工程领域，温度降低常常引发温度应力，导致材料内部的裂纹扩展。为了研究冷却条件下内部裂纹的扩展模式，我们利用3D内部激光雕刻裂纹技术，在半巴西圆盘试样内部创建不同高度和倾斜角度的内部裂纹。此外，我们使用MTS准则和热分析的有限元方法进行热机械耦合的3D数值模拟。这种模拟帮助我们获得裂纹扩展的应力强度因子，并可视化裂纹的扩展路径。结果显示，预制的内部裂纹在倾斜角度为0°时产生'U型'裂纹，在倾斜角度为15°时产生'S型'裂纹。此外，非倾斜试样裂纹的扩展被分类为混合型I-II裂纹，而倾斜角度试样的扩展被分类为混合型I-II-III裂纹。
通过铝泡沫/EPS填充的句法泡沫形成的分层混合泡沫的压缩行为和振动特性的实验研究 (this opens in a new tab)
Experimental investigation of compressive behavior and vibration properties of layered hybrid foam formed by aluminum foam/EPS-filled syntactic foam
Kübra Çağla Çıbıkçı & Mustafa Yaman
混合泡沫是一种通过结合两种泡沫材料而创建的复合材料。由于其轻质、高强度和吸收更多能量的能力，它们在许多应用中都受到青睐。在这项研究中，设计了一种新的混合泡沫，用于结构材料的夹心核。这种混合泡沫是通过结合闭孔铝泡沫和膨胀聚苯乙烯(EPS)-填充的句法泡沫形成的。EPS填充的句法泡沫是用传统的模具铸造技术生产的。实验研究了由三种不同密度的EPS填充的句法泡沫和闭孔铝泡沫组成的分层混合泡沫的单轴压缩行为(0.5毫米/分钟)，并与传统的单泡沫材料进行了比较。这些结果表明，总的来说，分层混合泡沫在压缩强度方面优于传统的单泡沫材料。此外，通过在夹紧-自由和自由-自由边界条件下进行振动测试，研究了分层混合泡沫的自然频率和阻尼比，并与传统的单泡沫材料进行了比较。结果表明，与闭孔铝泡沫相比，分层混合泡沫的振动阻尼能力得到了改善。此外，还通过扫描电子显微镜(SEM)检查了传统单泡沫材料的微观结构。在研究的结果中，实验结果显示，分层混合泡沫提供了设计具有有效机械性能的轻质蜂窝材料的机会。
Cu/Ru纳米结构多层膜的剪切带机制：相变效应 (this opens in a new tab)
Shear banding mechanisms in Cu/Ru nano-structured multilayers: effect of phase transformation
Xuguang An, Yupeng Zhang, Qikang Li & Hui Wang
通过纳米压痕法研究了溅射沉积的纳米尺度Cu/Ru多层膜的剪切带机制，其单层厚度分别为0.8 nm和1.5 nm。只有当层厚度为1.5 nm时，才能在Cu/Ru多层膜中观察到剪切带。变形微观结构分析显示，Cu1.5/Ru1.5多层膜剪切带内的塑性变形行为主要由位错主导的非晶体学旋转控制，通过Cu/Ru界面进行，而不改变晶体学取向。通过综合分析压痕诱导的变形微观结构，建议从1.5 nm减小到0.8 nm的层厚度，主要与Ru层的相结构有关，从剪切带到开裂的变形模式转变。此外，通过调节相结构对剪切带形成的影响，也可以获得Cu/Ru多层膜的优异韧性。
低角度晶粒界和孪晶对预轧AZ91镁合金中的析出机制的影响 (this opens in a new tab)
Effect of low-angle grain boundary and twin on precipitation mechanism in pre-rolled AZ91 magnesium alloy
Xiao Liu, Quan-hui Wan, Bi-wu Zhu, Wen-hui Liu, Luo-xing Li, Cong-chang Xu & Peng-cheng Guo
低角度晶粒界和孪晶显著影响析出行为。通过预轧将孪晶引入AZ91镁合金中。然后，在预轧的AZ91镁合金中进行时效处理，以研究析出行为。结果显示，低角度晶粒界和延伸孪晶为第二相提供了成核位置，而双重孪晶具有低弹性应变能量，不利于Al原子的偏析，导致析出物几乎无法成核。第二相首先在低角度晶粒界和孪晶界析出，然后在孪晶内部析出。低角度晶粒界诱导的板条状第二相归因于位错，而孪晶诱导的析出物主要受位错和堆垛错影响。从热力学角度看，孪晶诱导的析出物的形态首先呈现球形，然后生长为板条状。
通过电流应用实现镍纳米结构的原位尖端引导生长 (this opens in a new tab)
In situ tip-guided growth of nickel nanostructures through the application of electric current
Boyi Qu & Klaus van Benthem
通过原位扫描电子显微镜，实现了由纳米压痕尖端引导的单个镍纳米结构的定向生长。由镍微柱支撑的镍纳米颗粒团聚物与导电纳米压痕器进行了电接触。电偏压的应用导致覆盖在纳米颗粒上的本征表面氧化层的介电击穿，并导致通过颗粒团聚物形成导电路径。焦耳热和纳米压痕器的机械回缩使得通过固态扩散生长出延长的镍纳米结构。有限元建模被用来估计焦耳热的量，并确认了几种质量传输机制的激活。这项研究的结果提出了尖端引导生长具有复杂几何形状和前所未有的特征尺寸的单个纳米结构的能力。图形摘要
通过卟啉功能化的二维材料快速化学电阻检测对硝基酚：朝向环境监测的一步 (this opens in a new tab)
Rapid chemiresistive detection of p-nitrophenol through Porphyrin-functionalized 2D materials: a step toward environmental monitoring
Jyoti Gupta, Dhana Sai Shree Kandkuri & Sunita Rattan
化学电阻气体传感器因其简单的设备结构、便携性、易于制造和操作而受到关注。然而，这些传感器的主要缺点是它们缺乏选择性和低感应响应。p-n结基蒸气传感器在全球范围内受到重视，因为它们对蒸气感应的响应和选择性比欧姆接触基化学电阻传感器更强。在目前的工作中，我们试图通过纳米石墨片（NGPs）的界面调制开发p-n结基化学电阻传感器，使用功能化的二维（2D）材料，从而形成p-n结。通过使用辛基钴卟啉功能化的纳米石墨片（OEP-Co-NGPs）（n型）和钨二硫化物纳米粒子（WS2NPs）（p型）开发了纳米复合传感器，并通过多种表征技术进行了分析，包括拉曼光谱、X射线衍射仪（XRD）、扫描电子显微镜（SEM）、接触角等。在这项工作中，NGPs/WS2和OEP-Co-NGPs/WS2传感器都被用于对硝基酚（p-NP）蒸气的检测。实验结果表明，OEP-Co-NGPs/WS2传感器对p-NP的选择性检测表现出优秀的感应响应。通过将卟啉功能化的NGPs转化为异质结构，形成p-n结，显著提高了感应响应，与通过非功能化NGPs制备的传感器相比。即使在存在干扰气体种类的情况下，OEP-Co-NGPs/WS2传感器也表现出优秀的选择性，低限检测为0.0459 ppb，优秀的重复性，再现性（相对标准偏差（RSD）-0.845%），长期稳定性（RSD < 3.01%），和出色的线性（相关系数（R2）—0.909）。由于OEP-Co-NGPs的疏水性，它还显示出对湿度的高耐受性。此外，还通过变范围跳跃（VRH）模型以及OEP-Co-NGPs/WS2纳米复合物的温度依赖电导率研究了电荷传输机制。因此，基于n-p结的OEP-Co-NGPs/WS2化学电阻传感器有可能作为一种新型p-NP蒸气检测器，提供优秀的性能和对环境湿度的良好耐受性。图形摘要
悬浮电纺SBR乳液与光诱导交联：纳米纤维组成、形态和性质的控制 (this opens in a new tab)
Suspension electrospinning of SBR latex combined with photo-induced crosslinking: control of nanofiber composition, morphology, and properties
Parnian Kianfar, Ahmed Bakry, Sara Dalle Vacche, Roberta Bongiovanni & Alessandra Vitale
提出了一种在环境条件下使用苯乙烯-丁二烯橡胶（SBR）乳液进行悬浮电纺并与光诱导交联的快速方法，以制备超细的形状稳定的橡胶纤维膜。聚乙二醇（PEO）被用作模板聚合物，并可以通过简单的水处理从纳米结构膜中去除。将多功能硫醇交联剂和适当的光启动系统添加到乳液中，以允许基于硫醇添加到SBR双键的快速和高效的光诱导交联纳米纤维，如实时红外光谱分析所示。证明通过改变PEO模板聚合物和硫醇交联剂的含量，可以确保对纳米纤维膜的化学组成、形态、水溶性和热性能的精细控制。此外，与通过传统电纺有机溶剂基溶液制备的纤维膜的机械性能相比，得到了相当的机械性能，清楚地显示了该方法的吸引力，特别是在过程可持续性方面。图形摘要
利用水飛薊萃取物作為聚乙烯的高性能天然抗氧化劑 (this opens in a new tab)
Utilization of Silybum marianum extract as a high-performance natural antioxidant for polyethylene
Ozlem Pınar, Fatma Ebru Koc, Mine Begum Alanalp, Nurcan Sivri, Ayhan Ezdesir & Ali Durmus
在这项研究中，通过熔融混合法将奶蓟提取物粉末引入低密度聚乙烯(LDPE)作为主要的多酚抗氧化剂。还使用了两种合成的和商业的基于多酚和磷酸酯的抗氧化剂(Irganox® 1010和Irgafos® 168)来比较奶蓟提取物与商业抗氧化剂的抗氧化效率和性能。通过改变奶蓟提取物的含量范围在0.1-1.0 wt%和主抗氧化剂:次抗氧化剂的比例，实现了系统的配方研究。根据组成变化，通过热分析在差示扫描量热仪中确定氧气诱导时间(OIT)和氧化开始温度值，量化了奶蓟提取物的抗氧化效率。还检查了样品的一些物理性质，如透明度、颜色坐标、接触角和结晶度值。发现0.2 wt%的奶蓟提取物和0.2 wt%的Irgafos® 168加载样品在210°C时的OIT值为22分钟，可以被视为非常成功的商业潜力。增加奶蓟提取物和Irgafos® 168的量显著提高了聚乙烯在等温和非等温条件下的氧化稳定性。还发现，即使引入1.0 wt%的奶蓟提取物，也不会改变LDPE的透明度和物理性质。得出的结论是，奶蓟提取物可以成功地用作聚烯烃的天然抗氧化剂，这些样品可以用于包装膜应用。图形摘要
在不同环境条件下剑麻纤维的拉伸蠕变行为 (this opens in a new tab)
Tensile creep behavior of sisal fibers under different environmental conditions
Raylane de Souza Castoldi, Marco Liebscher, Lourdes Maria Silva de Souza, Viktor Mechtcherine & Flávio de Andrade Silva
本研究探讨了在不同环境下，持续单轴拉伸负载下剑麻纤维的时间依赖性行为，解决了超越准静态条件理解的空白。测试涉及在水和碱性溶液（0.5 M和1 M NaOH）中浸泡，以模拟服务条件。应力水平设定为最大拉伸强度的8%，16%和33%（1，2和4 N）。进行了改性，包括碱处理，苯乙烯-丁苯橡胶聚合物涂层（50%和100% v/v），和鞣酸功能化，以探索它们对纤维蠕变行为的影响。结果显示出对数蠕变模式，初级蠕变中有一个高恒定速率，然后是二次蠕变。剑麻纤维在持续负载下表现出显著的变形，时间依赖性应变随施加的负载而变化。高湿度增加了纤维变形的全球速率，导致时间依赖性应变水平升高。所有处理都有效地减少了纤维蠕变应变，其中鞣酸功能化纤维显示出最好的结果。随后的准静态单轴测试评估了原始和改性纤维的机械响应和耐久性。研究发现，与未处理的纤维相比，改性剑麻纤维在恶劣环境下的持续负载测试后，机械性能的维持有所改善。这项研究为剑麻纤维的时间依赖性行为提供了宝贵的见解，并强调了各种改性在增强其在不同负载条件和环境下的耐久性方面的有效性。