宽温域负/零膨胀功能材料的研究
结题报告
批准号:
51732001
项目类别:
重点项目
资助金额:
255.0 万元
负责人:
王聪
依托单位:
学科分类:
E0211.其他无机非金属材料
结题年份:
2022
批准年份:
2017
项目状态:
已结题
项目参与者:
孙莹、王蕾、卢会清、史可文、宋平、宁玉平、赵文君、韩慧敏
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中文摘要
零膨胀材料在光学器件、精密仪器、航空航天、半导体等领域具有重要应用价值。本课题旨在探索具有宽温域、各向同性、良好加工性能的新型零/负膨胀功能材料。首先,对已有的金属基零/负膨胀材料进行筛选和优化,获得更宽温区、热膨胀系数可调控的各向同性零/负膨胀金属基功能材料。然后选择合适材料与Al、Ti、Cu等金属或合金复合,期望实现对金属/合金材料热膨胀行为的调控,并保持良好的力学与加工性能,最终获得具有实际应用价值的宽温域零膨胀材料或热膨胀系数可调控的金属功能材料。同时兼顾零/负膨胀材料导电、导热、力学、以及可能的磁致伸缩、压磁、压热、压阻等性能的研究,探索具有其它特殊功能的零膨胀材料。 理论上,揭示结构(晶体结构、电子结构、磁结构以及界面)与物性的本质关联关系,以及复合材料力学性能、界面匹配、相稳定等问题,掌握材料热膨胀性质的关键影响因素、以及调控规律与本质,探索具有实际应用价值的新型智能材料
英文摘要
Zero thermal expansion materials have important applications in optical devices, precision instruments, aerospace, semiconductor, and so on. This study aims to explore new zero/negative thermal expansion materials with wide temperature range, isotropy and good processability. Firstly, we will screen and optimize the existing zero/negative expansion materials in order to obtain isotropic zero/negative expansion metal-based functional materials with controllable thermal expansion coefficients and wider temperature region can be obtained. Then the obtained excellent materials will be selected to combine with Al, Ti, Cu and other metals or alloys. It was expected to realize the control of thermal expansion behavior for metal / alloy materials while they still have good mechanical and processing performance, Accordingly, zero expansion materials with wide response temperature region and metal functional materials with controllable thermal expansion coefficient, which have practical application value, will be finally obtained, Meanwhile, electric/thermal conductivity, mechanical properties, as well as possible magnetostriction, piezomagnetic, barocaloric, baroresistance properties for these zero/negative thermal expansion materials will also be investigated in order to explore zero thermal expansion materials with other abnormal properties, In theory, this study focus on the essential correlation between the structure (crystal structure, electronic structure, magnetic structure and interface) and physical properties, the mechanical properties/ interface matching/ phase stability of the composites, the key influencing factors/controlling/mechanism of the thermal expansion properties, and then exploring new intelligent materials with practical application value.
该项目实现了固体材料热膨胀行为的宽温区调控,获得在较宽温区且覆盖室温的各向同性零/负热膨胀功能材料,对满足航空航天、精密制造、光学器件等高端技术领域的应用需求具有重要价值。该课题通过一系列手段合成多个各向同性、宽温域、金属性近零/负膨胀材料体系,应用中子衍射等技术深入探讨了晶格反常变化与磁结构/磁矩的关联关系,揭示了此类磁性材料反常热膨胀行为的机制及其关键影响因素。主要研究成果包括:.(1)首次利用多相复合方法获得在200K≤T≤400K(ΔT=200K)温区内响应的宽温区零/负热膨胀复合材料,该材料同时具有优异的冷热循环稳定性。.(2)在Fe3-xMxPtB0.25体系中利用两相(随机占位面心立方相和有序面心立方相)界面共格耦合机制获得在较高温度范围响应的宽温区(ΔT=200K)零热膨胀材料。.(3)结合变温中子衍射数据深入研究了Mn基反钙钛矿化合物Mn3Ga1-xSnxN磁体积效应(自发磁致伸缩)与自旋磁矩之间的定量关系,揭示了磁有序演变导致反常晶格变化的微观机制。.(4)通过改变体心位置C含量,在Mn3Zn0.5Sn0.5Cx材料体系中获得一种新型非共面反铁磁结构及其诱导的宽温区零热膨胀行为,其响应温区为10K–162K,热膨胀系数为9.3×10-7 K-1。利用中子衍射并结合蒙特卡罗方法,揭示了非共面反铁磁系统中的“自旋–晶格”关联的本征机制。.(5)在Fe3NiBx系列化合物中发现具有巨热滞的负膨胀行为,并阐明其起源是由于升降温过程中相变形核能力的不同导致低温体心立方至高温面心立方结构相变过程中存在大的热滞。.(6)成功合成一系列具有宽温区负热膨胀行为的高熵反钙钛矿化合物,其负热膨胀响应温区达到235K(5K≤T≤240K)。. 在该项目资助下,我们在Adv. Funct. Mater., Mater. Design, ACS Appl. Mater. Interfaces, Phys. Rev. B, Scripta Mater.等期刊发表文章31篇,其中SCI收录28篇;申请国家发明专利4项,3项已授权。培养青年教师3人,6名研究生获博士学位,4名获硕士学位。
期刊论文列表
专著列表
科研奖励列表
会议论文列表
专利列表
Modulation of the cutoff wavelength in the spectra for solar selective absorbing coating based on high-entropy films
基于高熵薄膜的太阳能选择性吸收涂层光谱截止波长的调制
DOI:10.1007/s12613-020-1982-7
发表时间:2020-09
期刊:International Journal of Minerals Metallurgy and Materials
影响因子:4.8
作者:Ping Song;Cong Wang;Jie Ren;Ying Sun;Yong Zhang;Angelique Bousquet;Thierry Sauvage;Eric Tomasella
通讯作者:Eric Tomasella
DOI:10.1039/c9dt04284a
发表时间:2019-12
期刊:Dalton transactions
影响因子:4
作者:Lei Wang;M. Dove;Jia Shi;Binghui Sun;Dongmei Hu;Cong Wang
通讯作者:Lei Wang;M. Dove;Jia Shi;Binghui Sun;Dongmei Hu;Cong Wang
DOI:10.1063/5.0105925
发表时间:2022-12
期刊:Journal of Applied Physics
影响因子:3.2
作者:Huimin Han;Ying Sun;Kewen Shi;Xiuliang Yuan;Jie Ren;Jin Cui;Dongmei Hu;Kaiqi Zhang;Cong W
通讯作者:Huimin Han;Ying Sun;Kewen Shi;Xiuliang Yuan;Jie Ren;Jin Cui;Dongmei Hu;Kaiqi Zhang;Cong W
DOI:10.2139/ssrn.4211252
发表时间:2022-10
期刊:SSRN Electronic Journal
影响因子:--
作者:Lei Wang;Yaning Sun
通讯作者:Lei Wang;Yaning Sun
Design of negative/nearly zero thermal expansion behavior over a wide temperature range by multi-phase composite
通过多相复合材料在宽温度范围内设计负/近零热膨胀行为
DOI:10.1016/j.matdes.2021.109591
发表时间:2021-05
期刊:Materials and Design
影响因子:8.4
作者:Xiuliang Yuan;Ying Sun;Huaiming Guo;Kewen Shi;Ping Song;Huimin Han;Jin Cui;Shihai An;Rongjin Huang;Laifeng Li;Cong Wang
通讯作者:Cong Wang
非共线反铁磁Mn3XNy反钙钛矿材料的自旋霍尔效应研究
  • 批准号:
    --
  • 项目类别:
    面上项目
  • 资助金额:
    54万元
  • 批准年份:
    2022
  • 负责人:
    王聪
  • 依托单位:
具有三角反铁磁组态的Mn基反钙钛矿化合物的磁、电输运性质及其自旋电子学研究
  • 批准号:
    --
  • 项目类别:
    国际(地区)合作与交流项目
  • 资助金额:
    --
  • 批准年份:
    2021
  • 负责人:
    王聪
  • 依托单位:
锰基反钙钛矿结构Mn3AX化合物压热-磁热效应的研究
  • 批准号:
    51572010
  • 项目类别:
    面上项目
  • 资助金额:
    64.0万元
  • 批准年份:
    2015
  • 负责人:
    王聪
  • 依托单位:
反钙钛矿结构化合物的磁结构解析及其“晶格-自旋”的相互作用机制
  • 批准号:
    51172012
  • 项目类别:
    面上项目
  • 资助金额:
    60.0万元
  • 批准年份:
    2011
  • 负责人:
    王聪
  • 依托单位:
锰基系列化合物Mn3XN(C)的近零电阻温度系数行为和近零热膨胀性质的调控
  • 批准号:
    91122026
  • 项目类别:
    重大研究计划
  • 资助金额:
    50.0万元
  • 批准年份:
    2011
  • 负责人:
    王聪
  • 依托单位:
太阳能槽式热发电用高温稳定的光谱选择性吸收涂层M/NbXN/NbXON/Si3N4 (X=Al,Cu,Zr,M=Cu,Si)的研究
  • 批准号:
    50972002
  • 项目类别:
    面上项目
  • 资助金额:
    36.0万元
  • 批准年份:
    2009
  • 负责人:
    王聪
  • 依托单位:
反钙钛矿结构M3XN(C)材料的反常晶格热膨胀,及其与磁相变、电输运性质的关联
  • 批准号:
    50772008
  • 项目类别:
    面上项目
  • 资助金额:
    30.0万元
  • 批准年份:
    2007
  • 负责人:
    王聪
  • 依托单位:
新型负热膨胀氧化物材料的结构设计、性能与机理研究
  • 批准号:
    50002001
  • 项目类别:
    青年科学基金项目
  • 资助金额:
    20.0万元
  • 批准年份:
    2000
  • 负责人:
    王聪
  • 依托单位:
国内基金
海外基金