纳米孪晶金刚石/立方氮化硼复合超硬块体材料的制备及性能研究

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项目介绍
AI项目解读

基本信息

  • 批准号：
    51572235
  • 项目类别：
    面上项目
  • 资助金额：
    64.0万
  • 负责人：
    于栋利
  • 依托单位：
    燕山大学
  • 学科分类：
    E0203.碳素材料与超硬材料
  • 结题年份：
    2019
  • 批准年份：
    2015
  • 项目状态：
    已结题
  • 起止时间：
    2016-01-01 至2019-12-31

项目摘要

Based on the principles of the nanocomposite enhanced hardness and elastic modulus, combining the high hardness and toughness of nt-diamond and the high chemical and thermal stabilities of nt-cBN, in the range of pressure for 8-25GPa and temperature for 800-2200℃, nt-cBN/nt-diamond superhard nanocrystalline composite materials with an extremely high Vickers hardness (>300GPa) and fracture toughness (>30 MPa•m1/2) as well as good stability will be prepared by the high temperature and high pressure (T25) synthesis technique. The phase constitution, characterization of chemical bonding and herero-interface structure of nt-cBN/nt-diamond namocomposite will be ascertained. The influence of synthesis pressure and temperature on phase constitution, nanotwinned and heterostructure interface’s behaviours will be investigated. We will also accurately measure the properties of nt-cBN/nt-diamond nanocomposite such as hardness, fracture toughness (elastic limit), thermal stability and chemical stability for transition metals. The relationship between properties and microstructure as well as herero-interface structure of nt-cBN/nt-diamond namocomposite will be shown. Basing on the research results in this project, we should be able to give a new effective method to synthesize nanocomposite ultrahard materials with excellent properties.
采用高压高温合成技术(T25)，依据纳米复合强化原理，将纳米孪晶金刚石(nt-diamond)块体高的硬度和断裂韧性与纳米孪晶立方氮化硼(nt-cBN)块体高的热稳定和化学稳定性相结合，制备具有极高硬度(大于300GPa)和断裂韧性(大于30 MPa·m1/2)及良好稳定性的nt-cBN / nt-diamond复合超硬材料；在8-25GPa和800-2200℃的压力温度范围内，研究合成工艺参数对nt-cBN/nt-diamond复合材料相组成和孪晶形态及界面行为的影响规律，确定其合理的相分布和异质界面的结构及化学键特征；精确测定nt-cBN/nt-diamond纳米复合块体的硬度、断裂韧性(弹性极限)和热稳定性以及与过度金属间的化学稳定性，建立nt-cBN / nt-diamond纳米复合材料的性能与微观组织和界面结构的关系，发展制备综合性能极其优异的纳米复合超硬材料新技术。

结项摘要

采用洋葱结构氮化硼(o-BN)、片状hBN和石墨(o-graphite)为原料，在12~25GPa和1600~2200℃的条件下，分别合成了纳米孪晶金刚石/纳米孪晶立方氮化硼（nt-diamond/nt-cBN）复合材料、nt-diamond/M相（金刚石多型结构）自生复合材料、nt-diamond/nt-cBN层状复合块体材料、nt-diamond/cBN仿生结构复合材料等多种样品。nt-diamond/M相自生复合块状样品中含有大量的M-diamond相，由此构成了一种纳米孪晶金刚石与M相的自生复合材料；初步的力学测定发现其硬度为200~400GPa，断裂韧性为17~40 MPa·m1/2；并且出现硬度和断裂韧性同时明显提高的趋势，这与我们先前预期的结果相一致。纳米孪晶自生复合材料的部分内容已撰写一篇文章后投递到Nature杂志，正在审稿中。应用第一原理计算的方法，对金刚石与立方氮化硼复合结构进行了理论预测研究，获得了多种一维和二维导电性超硬sp2-sp3杂化BC2N和BC6N新结构。利用氮化硼和碳所固有的较强离散性，采用片状六方氮化硼和洋葱结构碳为原料，基于择优分散的原则，我们进行了仿生结构超硬材料的探索性研究，获得了相分布较为合理的多个样品，并进行了初步的微结构分析。在国产420缸径六面顶压机上完成大尺寸超高压合成装置的改造，并已获得直径大于5mm、高度大于2mm纳米孪晶金刚石样品，该样品包含相当数量的金刚石多型结构，导致其具有较好的导电性。

项目成果

期刊论文数量（7）
专著数量（0）
科研奖励数量（0）
会议论文数量（0）
专利数量（0）
Tuning the Photocatalytic Activity of Graphitic Carbon Nitride by Plasma-Based Surface Modification
通过等离子体表面改性调节石墨碳氮化物的光催化活性
  • DOI：
    10.1021/acsami.7b06637
  • 发表时间：
    2017-07-26
  • 期刊：
    ACS APPLIED MATERIALS & INTERFACES
  • 影响因子：
    9.5
  • 作者：
    Ji, Xueqiang;Yuan, Xiaohong;Zhao, Yuanchun
  • 通讯作者：
    Zhao, Yuanchun
Small onion-like BN leads to ultrafine-twinned cubic BN
小洋葱状氮化硼产生超细孪晶立方氮化硼
  • DOI：
    10.1007/s40843-019-9409-1
  • 发表时间：
    2019-08-01
  • 期刊：
    SCIENCE CHINA-MATERIALS
  • 影响因子：
    8.1
  • 作者：
    Luo, Kun;Zhang, Yang;He, Julong
  • 通讯作者：
    He, Julong
First-principles studies of superhard BC8N structures
超硬BC8N结构的第一性原理研究
  • DOI：
    10.1063/1.5090996
  • 发表时间：
    2019-05
  • 期刊：
    JOURNAL OF APPLIED PHYSICS
  • 影响因子：
    3.2
  • 作者：
    Gao Yufei;Ying Pan;Wu Yingju;Chen Shuai;Ma Mengdong;Wang Linyan;Zhao Zhisheng;Yu Dongli
  • 通讯作者：
    Yu Dongli
Cluster-model DFT simulations of the infrared spectra of triazine-based molecular crystals
三嗪基分子晶体红外光谱的簇模型 DFT 模拟
  • DOI：
    10.1039/c8cp01550c
  • 发表时间：
    2018
  • 期刊：
    Physical Chemistry Chemical Physics
  • 影响因子：
    3.3
  • 作者：
    Xiaohong Yuan;Kun Luo;Nan Liu;Xueqiang Ji;Chao Liu;Julong He;Guangjun Tian;Yuanchun Zhao;Dongli Yu
  • 通讯作者：
    Dongli Yu
Superhard sp(2)-sp(3) hybridized BC2N: A 3D crystal with 1D and 2D alternate metallicity
超硬 sp(2)-sp(3) 杂化 BC2N：具有 1D 和 2D 交替金属性的 3D 晶体
  • DOI：
    10.1063/1.4984760
  • 发表时间：
    2017
  • 期刊：
    Journal of Applied Physics
  • 影响因子：
    3.2
  • 作者：
    Gao Yufei;Wu Yingju;Huang Quan;Ma Mengdong;Pan Yilong;Xiong Mei;Li Zihe;Zhao Zhisheng;He Julong;Yu Dongli
  • 通讯作者：
    Yu Dongli

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其他文献

超细纳米孪晶结构极硬立方氮化硼研究进展
  • DOI：
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  • 发表时间：
    2013
  • 期刊：
    中国科学基金
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    --
  • 作者：
    田永君;徐波;于栋利
  • 通讯作者：
    于栋利
高温高压法合成层状BC_x化合物
  • DOI：
    --
  • 发表时间：
    --
  • 期刊：
    硅酸盐学报
  • 影响因子：
    --
  • 作者：
    何巨龙;胡前库;于栋利;孙广;吴庆华
  • 通讯作者：
    吴庆华
Chemical Vapor Synthesized WS2-Embedded Polystyrene-derived Porous Carbon as Superior Long-term Cycling Life Anode Material for Li-ion Batteries
化学气相合成 WS2 嵌入聚苯乙烯衍生多孔碳作为优异的长期循环寿命锂离子电池负极材料
  • DOI：
    10.1016/j.electacta.2014.11.098
  • 发表时间：
    2015-01
  • 期刊：
    Electrochimica Acta
  • 影响因子：
    6.6
  • 作者：
    徐波;于栋利;何巨龙;柳忠元
  • 通讯作者：
    柳忠元
硅的新型亚稳金属性同素异形体
  • DOI：
    --
  • 发表时间：
    2015
  • 期刊：
    科学通报
  • 影响因子：
    --
  • 作者：
    罗坤;马梦冬;于栋利;何巨龙
  • 通讯作者：
    何巨龙

其他文献

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于栋利的其他基金

铁磁性元素掺杂CaB6单晶体的制备及性能表征
  • 批准号：
    51772263
  • 批准年份：
    2017
  • 资助金额：
    60.0 万元
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    面上项目
纳米晶超硬BN和BN/C块材的高温高压合成及性能研究
  • 批准号：
    51172197
  • 批准年份：
    2011
  • 资助金额：
    60.0 万元
  • 项目类别：
    面上项目
高温高压合成亚稳碱金属和碱土金属硼化物的研究
  • 批准号：
    51072174
  • 批准年份：
    2010
  • 资助金额：
    37.0 万元
  • 项目类别：
    面上项目
CaB4化合物高压相图的测定及相关物理性能研究
  • 批准号：
    50772094
  • 批准年份：
    2007
  • 资助金额：
    32.0 万元
  • 项目类别：
    面上项目
触媒法立方BC2N晶体的高温高压合成
  • 批准号：
    10474083
  • 批准年份：
    2004
  • 资助金额：
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  • 项目类别：
    面上项目

相似国自然基金

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  • 批准号：
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相似海外基金

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AI项目解读示例

课题项目：调控A型流感病毒诱导IFN-β表达的机制研究

AI项目摘要：

本研究聚焦于TRIM2蛋白在A型流感病毒诱导的IFN-β表达中的调控机制。A型流感病毒是全球性健康问题，其感染可导致严重的呼吸道疾病。IFN-β作为关键的抗病毒因子，其表达水平对抗病毒防御至关重要。然而，TRIM2如何调控IFN-β的表达尚未明确。本研究假设TRIM2通过与病毒RNA或宿主因子相互作用，影响IFN-β的产生。我们将采用分子生物学、细胞生物学和免疫学方法，探索TRIM2与A型流感病毒诱导IFN-β表达的关系。预期结果将揭示TRIM2在抗病毒免疫反应中的作用，为开发新的抗病毒策略提供理论基础。该研究对理解宿主抗病毒机制具有重要科学意义，并可能对临床治疗流感病毒感染提供新的视角。

AI项目思路：

科学问题：TRIM2如何调控A型流感病毒诱导的IFN-β表达？
前期研究：已有研究表明TRIM2参与抗病毒反应，但其具体机制尚不明确。
研究创新点：本研究将深入探讨TRIM2在IFN-β表达中的直接作用机制。
技术路线：包括病毒学、分子生物学、细胞培养和免疫检测技术。
关键技术：TRIM2与病毒RNA的相互作用分析，IFN-β启动子活性检测。
实验模型：使用A型流感病毒感染的细胞模型进行研究。

AI技术路线图

        graph TD
          A[研究起始] --> B[文献回顾与假设提出]
          B --> C[实验设计与方法学准备]
          C --> D[A型流感病毒感染模型建立]
          D --> E[TRIM2与病毒RNA相互作用分析]
          E --> F[TRIM2对IFN-β启动子活性的影响]
          F --> G[IFN-β表达水平测定]
          G --> H[TRIM2功能丧失与获得研究]
          H --> I[数据收集与分析]
          I --> J[结果解释与科学验证]
          J --> K[研究结论与未来方向]
          K --> L[研究结束]
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