材料科學綜合

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代波，邵曉萍，馬擁軍，等

新型碳材料——石墨烯的研究進展

代波，邵曉萍，馬擁軍，等

石墨烯是目前凝聚態物理和材料科學研究的熱點，與目前半導體工業的重要原材料硅相比，石墨烯具有很好的導電性、很高的化學穩定性和熱力學穩定性，因此有望取代硅，在電子產品生產中得到廣泛應用。文章簡要介紹了石墨烯的概念，重點評述了其制備方法以及電子結構、力學特征等基本物理特性。石墨烯是一種半金屬或者零帶隙二維材料，被認為是理想的自旋電子學材料，因為其自旋-軌道耦合很弱，并且碳原子的核磁矩幾乎為零，因此，電子的自旋注入核探測可以在室溫下進行。石墨烯的電子自旋擴散長度在室溫下甚至超過1 μm。石墨烯是現在世界上已知的最為堅固的材料，它的強度是世界上最好的鋼的100倍。文章還討論了石墨烯器件的研發現狀，并展望了其未來發展前景以及其他潛在應用。我國的研究人員也在石墨烯領域開展積極的探索。通過LiB膜組裝技術，將懸浮在溶劑里的石墨烯一層一層地轉移到固體表面，可制成大面積的透明導電膜。高質量石墨烯及其LB膜的制備對未來石墨烯的大規模應用具有重要意義。研究人員還探索了一種制備圖案化石墨烯的方法，以圖案化的金屬層作為催化劑制備了圖案化的石墨烯，并成功地將其應用于有機場效應晶體管電極。研究表明，石墨烯是一種性能優異的有機場效應晶體管電極材料。低的載流子注入勢壘和良好的電極半導體接觸是器件具有高性能的主要原因。這為有機場效應晶體管和石墨烯的發展奠定了良好的基礎。對石墨烯的研究將會使我們不斷獲得關于材料納米尺度上的許多新的物理認識，石墨烯中很弱的自旋-軌道耦合以及比較長的自旋平均自由程可能會產生許多量子干涉器件或自旋電子器件。目前石墨烯研究的關鍵問題在于單片的石墨烯很難制備，更難把它轉移到合適的襯底上，但石墨烯的前景是樂觀的，這是因為對石墨烯片的邊緣尺寸基本沒有限制。

來源出版物：材料導報, 2010, 24(3): 17-21

入選年份：2015

航空用鈦及鈦合金的發展及應用

黃張洪，曲恒磊，鄧超，等

摘要：衡量一個國家航空工業發展水平的一個重要標志就是看航空用鈦量在鈦總用量中所占的百分比。世界范圍內航空鈦加工材需求占鈦材總需求量的50%左右，其中美國1990年至1997年期間航空航天工業的鈦材需求量約占美國鈦材總需求量的70%，在航空航天工業中民用量又為軍用量的2倍多，而我國鈦加工材應用于航空工業的份額不足20%，尚有極大的發展空間。越是先進的新型飛機，越是寬體飛機，用鈦量越大。不僅是機身，主流的高涵道比渦扇發動機也大量用鈦。軍機與民用飛機有同樣的用鈦趨勢，而且用鈦的比例更高。國外先進軍用戰斗機和轟炸機中鈦合金用量已穩定在20%以上，如美國B-2轟炸機、法國幻影2000及俄羅斯蘇-27CK戰斗機鈦用量分別達26%、23%、18%。美國的第四代戰斗機F22的用鈦量高達39%～41%。在民用客機方面，一架波音737、747、777、787用鈦量分別為18 t、45 t、59 t和136 t；一架空客A320、A330、A340、A380的用鈦量分別為12 t、18 t、25 t和146 t。國外先進發動機上的鈦用量通常保持在20%～35%的水平。我國早期生產的渦噴發動機均不用鈦，自主知識產權的昆侖渦噴發動機鈦用量達到15%，渦扇發動機鈦用量提升到25%。根據航空用鈦合金的強度及服役環境特點，可將其分為高溫鈦合金、高強鈦合金、損傷容限型鈦合金和阻燃鈦合金等。國際先進的高溫鈦合金主要有美國的Ti-6242S，Ti-1100，英國的IMI834，俄羅斯的BT36以及中國的Ti-60/Ti600。已在航空發動機上應用的傳統高溫鈦合金的最高使用溫度仍為600℃，在600℃以上，蠕變抗力和高溫抗氧化性的急劇下降是限制鈦合金向更高溫度發展的兩大主要障礙。高強鈦合金一般指抗拉強度在1000 MPa以上的合金。目前，代表國際先進水平并在飛機上獲得實際應用的高強度鈦合金主要有β型鈦合金Ti-10-2-3，Ti-15-3，β-21S，α-β型兩相鈦合金BT22以及中國的TB10等。具有很高斷裂韌性和很慢裂紋擴展速率的中強或高強鈦合金，即損傷容限型鈦合金主要有Ti-6A1-4V（β-ELI）、Ti-62222S合金和新型兩相高強高韌TC21合金。阻燃鈦合金主要有兩個合金系：即Ti-V-Cr系，如美國的Alloy C；Ti-Al-Cu系，如俄羅斯的BTT-1，我國的Ti-40等。我國航空領域鈦材需求量在總需求量所占比例偏低的主要原因有三：（1）我國的民用干線飛機都是購買國外的；（2）一些新型軍用飛機尚未批量生產；（3）已批量生產的軍用飛機的鈦用量（所占結構的百分比）也不高（一般情況下，機體≤5%，發動機≤20%）。中國大飛機、航天空間站、嫦娥計劃都會大量使用鈦材。近年來軍用飛機及其發動機降低成本的呼聲卻越來越高，從“斤斤計較”轉為“克克計較”的氣氛越來越濃。

來源出版物：材料導報, 2011, 25(1): 102-107

入選年份：2015