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寧波材料所在MAX相斷面自修復(fù)研究方面取得進展

2025-06-16 11:47:23來源：中國科學(xué)院寧波材料技術(shù)與工程研究所關(guān)鍵詞：納米材料閱讀量：18916
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　　隨著微型化技術(shù)的不斷發(fā)展，傳感器解決方案、驅(qū)動器和微機電系統(tǒng)等設(shè)備中集成的關(guān)鍵零部件越來越小優勢，一維納米材料被認(rèn)為是構(gòu)筑高性能微/納器件的基本單元，然而增產，小尺寸的一維納米材料在服役過程中受到?jīng)_擊或頻繁機械加載/卸載很容易發(fā)生斷裂便利性，由于微型化和高集成，維修極其困難行動力。斷面自修復(fù)在提高相關(guān)器件的可靠性和使用壽命方面發(fā)揮著重要作用提供有力支撐。在某些極端服役環(huán)境如核反應(yīng)堆中，斷面自修復(fù)甚至可以避免一些災(zāi)難性事故保供。因此自行開發，高效自修復(fù)材料的設(shè)計、開發(fā)及應(yīng)用十分重要責任。
 
　　作為一種智能材料應用情況，自修復(fù)材料能夠降低相關(guān)設(shè)備損壞概率和維護成本。自20世紀(jì)70年代該材料誕生以來組建，科學(xué)家們已經(jīng)設(shè)計和制備了眾多自修復(fù)材料表現，其中大多數(shù)是聚合物、水凝膠及其復(fù)合材料深刻變革。但這些自修復(fù)材料的制備成本高結論、修復(fù)時間長、強度低搖籃、耐高溫性差技術、耐輻射性低，難以獲得廣泛應(yīng)用推動。而對于陶瓷和金屬材料的修復(fù)通常需要高溫或機械加載等外部刺激相對較高，這些外部刺激在某些特定的服役環(huán)境中難以施加，限制了其實際應(yīng)用信息。
 
　　MAX相是一類具有Mn+1AXn化學(xué)式的三元化合物(其中n從1到4變化相關，M是前過渡金屬相互融合，A是A族元素，X是碳或氮)綠色化，由于M-X共價鍵和M-A金屬鍵共存以及獨特的納米層狀結(jié)構(gòu)，MAX相具有優(yōu)異的抗輻照性能發展、出色的機械性能以及優(yōu)異的抗氧化和耐腐蝕性能保持穩定，因而在核能和航天領(lǐng)域以及海洋環(huán)境中具有巨大的應(yīng)用潛力。但由于其較高的c/a比值和較弱的金屬鍵面向，這類材料的晶體容易沿著特定的晶面斷裂支撐作用，從而嚴(yán)重降低了相關(guān)設(shè)備的可靠性。
 
　　近期建設項目，中國科學(xué)院寧波材料技術(shù)與工程研究所報告了在室溫下Ti3AlC2 MAX相納米線的固有且高效的自修復(fù)現(xiàn)象最為突出。透射電鏡原位定量拉伸實驗表明，Ti3AlC2納米線斷面自修復(fù)5分鐘后相結合，其斷裂強度能夠恢復(fù)至2.1 GPa高效化，自修復(fù)效率可達(dá)36.2%，并且直徑越小為產業發展，自修復(fù)效率越高範圍和領域，通過原子尺度表征結(jié)合第一性原理計算和分子動力學(xué)模擬揭示了其微觀物理機制，相關(guān)工作以“Highly Efficient Self-Healing of Fractured Ti3AlC2 MAX Phase Nanowires”為題發(fā)表在Advanced Functional Materials期刊上各項要求，論文第一作者為寧波材料所博士后崔俊峰更高要求，通訊作者為寧波材料所柯培玲研究員和陳國新高級工程師和山東理工大學(xué)楊影影老師。
 
　　同時新技術，研究人員根據(jù)對自修復(fù)的理解共同學習，率先提出了利用電子束輻照進一步增強斷面自修復(fù)效率的策略并得到了驗證，同時通過原子尺度原位輻照技術(shù)揭示了Ti3AlC2 MAX 相輻照效應(yīng)及其對斷面自修復(fù)的影響機制深入，相關(guān)工作以“Enhancing the Self-Healing Efficiency of Ti3AlC2 MAX Phase via Irradiation”為題發(fā)表在Nano Letters期刊上效高，論文第一作者為寧波材料所博士后崔俊峰，通訊作者為寧波材料所柯培玲研究員要落實好。
 
　　這些發(fā)現(xiàn)以及提出的策略對開發(fā)高安全緊密相關、長壽命微納器件具有重要價值，為MAX相在核能領(lǐng)域及其他極端環(huán)境下的應(yīng)用提供了新思路先進技術，相關(guān)工作得到了國家自然科學(xué)基金培訓、中國博士后科學(xué)基金面上項目、浙江省自然科學(xué)基金和寧波市自然科學(xué)基金等項目的支持宣講手段。
 
圖1 Ti3AlC2納米線斷面自修復(fù)原位定量拉伸實驗及其尺寸效應(yīng)
 
圖2 Ti3AlC2納米線斷面自修復(fù)分子動力學(xué)模擬
 
圖3 Ti3AlC2 MAX相原子尺度原位輻照實驗
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