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2023 01.17

中科院金属所发明一种轻质高强韧高阻尼镁-MAX相仿生金属陶瓷

轻质高强韧高阻尼材料对于促进结构减重、保障安全服役，以及提升减振、吸能、降噪等功能至关重要，在航空航天、精密仪器等领域具有广泛应用前景。金属和陶瓷是工程应用最广泛的两类结构材料，陶瓷具有高模量、高硬度、高热稳定性等优点，但断裂韧性和阻尼偏低，力学性能对缺陷较为敏感，特别是在张应力条件下强度明显减弱。与之相比，金属通常表现出更为优异的延展性和断裂韧性，其中镁和镁合金具有突出的比强度、比刚度和阻尼性能，然而，其绝对强度、刚度以及断裂韧性均偏低，一定程度上限制了它们的广泛应用。由金属和陶瓷组成的复合材料，又称金属陶瓷（cermet），有望综合两相的性能优势，同步获得轻质高强韧高阻尼性能。然而，现有金属陶瓷大都以强化相分散于连续基体相中，各相三维空间连通性较差，并且往往缺乏特定空间构型设计，难以兼具陶瓷的高强度与金属的高韧性，同时阻尼系数普遍偏低，并且随着强度提升而进一步下降。自然界中的贝壳、骨骼等天然生物材料各组成相在三维空间均保持连续并且相互贯穿，以此实现不同性能优势的高效结合，这种巧妙结构可为研制新型高性能金属陶瓷材料提供重要启示。近日，中国科学院金属研究所材料使役行为研究部仿生材料设计
2023 01.17

中科院合肥研究院ITER TAC1项目首个超导接头完成组装连接

12月15日，随着12号纵场磁体线圈终端盒与过渡馈线间（TF12 CTB-CFT）超导接头第三次绝缘固化结束，由等离子体所TAC1团队全面负责的ITER现场首个超导馈线接头的组装连接工作圆满完成，这是ITER主机装配集成的又一重要里程碑节点。超导接头是超导馈线、磁体的核心部件和关键工艺环节，其电阻、压降等性能将直接影响磁体系统的安全运行。接头的现场安装涉及精密测量、逆向工程、铟丝压合、绝缘固化等多个技术领域，是ITER总装中公认的最复杂的“特殊安装工艺过程”。等离子体所TAC1项目组作为中方联合体重要成员，是世界范围内唯一具有ITER主母线（MB）铟丝压接接头实际安装经验的单位，全面负责ITER磁体馈线超导接头的人员培训、技能认证、文件准备，以及接头机械组装、绝缘制备、质量控制等重要现场工作。在与联合体团队的通力合作下，等离子体所TAC1项目组选派的工程技术人员高质量完成了ITER现场首件超导接头任务，为后续超过200个馈线接头的施工奠定了坚实的技术基础。完成所有绝缘固化后的TF12超导接头铟丝压接绝缘包绕
2022 12.07

中科院紫金山天文台举行“夸父一号”（ASO-S）卫星载荷“硬X射线成像仪”（HXI）首图发布会

2022年11月21日下午，“夸父一号”（ASO-S）载荷“硬X射线成像仪”（HXI）首图发布会在中国科学院紫金山天文台举行，会议同时向全国太阳物理同行网络直播。“夸父一号”卫星的全称为“先进天基太阳天文台”（ASO-S），于2022年10月9日在酒泉卫星中心成功发射。作为中国首颗综合性太阳探测卫星，“夸父一号”卫星的科学目标瞄准“一磁两暴”，即同时观测太阳磁场及太阳上两类最剧烈的爆发现象―耀斑和日冕物质抛射，研究它们的形成、演化、相互作用和彼此关联，同时为空间天气预报提供支持。作为卫星三大载荷之一的“硬X射线成像仪”，由中国科学院紫金山天文台牵头负责研制，承担着“一磁两暴”中观测太阳耀斑非热辐射的任务。ASO-S卫星工程首席科学家甘为群主持了发布会。在发布会上，HXI载荷主任设计师张哲首先介绍了ASO-S卫星和HXI载荷的设计、研制、发射及在轨早期梗概，然后详细展示了卫星入轨一个多月以来HXI载荷开展的各项在轨测试和定标工作，结果表明HXI载荷状态正常，各项功能性能均满足设计指标要求，已顺利投入科学观测活动，后续将继续配合科学需求，做好仪器功能性能的进一步优化。图 1. HXI观测到
2022 12.07

中科院紫金山天文台实现首个基于石墨烯的太赫兹超导约瑟夫森结探测器

中国科学院紫金山天文台与中国电子科技集团第十三研究所合作，在国际上率先实现了基于超导体-石墨烯-超导体（SGS）约瑟夫森结的太赫兹频段高灵敏度探测器。相关研究成果以“A terahertz detector based on superconductor-graphene-superconductor Josephson junction”为题近期在线发表于国际碳材料期刊《Carbon》。太赫兹频段（0.1-10 THz）介于微波与红外之间，是天文学领域观测早期遥远天体、冷暗天体以及被尘埃遮掩导致光学不可见天体等的独特“窗口”。在技术上，太赫兹频段处于电子学向光子学的过渡区域，是一个有待全面开发的电磁谱段，科研人员不断尝试新材料和新技术，以实现背景极限灵敏度的天文探测。近年来，基于二维石墨烯材料的高灵敏度探测器技术得到快速发展，特别是二维石墨烯材料和超导材料相结合的SGS约瑟夫森结超导探测器已在微波波段实现，并有望拓展到太赫兹谱段，为研制高灵敏度太赫兹超导探测器开辟新的途径。紫金山天文台领衔开展的该项研究采用了高温热解法外延生长的双层石墨烯薄膜作为微桥连接两个铌（Nb）超导电极，研制出
2022 12.07

中科院合肥研究院科学岛团队在中红外激光高效率铌酸锂声光调Q技术上取得进展

近日，中科院合肥研究院健康所医用激光技术实验室江海河研究员课题组与中电科集团合作，在中红外波段声光调Q技术研究方面取得重要进展：首次实现了铌酸锂(LiNbO3)晶体声光开关及其在2.79 μmEr,Cr:YSGG激光器中的高效率调Q输出。相关成果已在国际光学期刊Optics Letters上发表。声光调制器作为调Q开关广泛的应用于激光器来获得高重频、窄脉宽激光输出。虽然3 μm波段的几种声光Q开关已取得初步成果，但其中声光介质和换能器通常是不同的材料，这对器件的制作工艺提出了较高的要求，也增加了超声传播过程中的能量损失。因此，用声光介质和换能器相同的材料制作的性能优良、制作工艺简单的调制器是必要的。铌酸锂晶体是一种传统的多功能晶体。近年来，极低光学损耗、光电功能丰富的铌酸锂薄膜光子学器件得到了迅速发展，铌酸锂有望在集成光子学领域替代硅材料，为突破通信领域功耗大、速度慢的瓶颈性问题提供解决方案。自1937年发现铌酸锂晶体以来，虽然它具有良好的声光特性，长期以来都被作为换能器材料，但是一直未能实现块状晶体的激光声光调Q开关。本研究实现了声光介质和换能器同质和一体化，即能简化制作工艺，降低辅
2022 12.07

中科院合肥研究院科学岛团队在激光吸收光谱气体测量谱线解析方面取得新进展

近日，中科院合肥研究院安光所张志荣研究员团队在激光吸收光谱技术（TDLAS）气体检测谱线混叠干扰与分离研究方面取得新进展，相关研究成果分别以《CO and CH4混叠吸收光谱解调方法研究》和《基于激光吸收光谱技术的多组分气体测量混叠光谱解调方法研究》为题发表在国际知名期刊Sensors and Actuators B: Chemical和Optics Express上。博士生赵晓虎、王前进分别为文章的第一作者。可调谐半导体激光吸收光谱技术（TDLAS）是最常用的气体检测方法，具有结构简单、响应速度快、操作容易等优点，已经被广泛应用于环境监测、医学诊断、工业过程监测等领域。但是，工业、煤矿、油气等特殊场景中，不仅包含非常复杂的气体组分，而且气体组分含量差别巨大，以至于激光吸收光谱技术检测时会遭遇气体谱线之间的混叠，产生交叉干扰的“共性”技术瓶颈，为TDLAS技术的应用增加了难度，限制了该技术在某些行业的应用发展。张志荣团队孙鹏帅副研究员、赵晓虎、王前进两位博士研究生，对煤矿中甲烷（CH4）和微量一氧化碳（CO）气体进行分析，分别利用偏最小二乘和非负最小二乘方法，解决了含量为百分量级的CH
2022 12.07

中科院金属所研究人员在Science期刊发表金属材料低温韧性优化原则评论文章

低温环境下，金属材料通常易于变脆并导致灾难性事故。110年前泰坦尼克号灾难性断裂事故正是由于钢在低温下抗断裂能力不足造成的，尽管这是现代工业文明中的悲剧，但也促进了断裂力学和材料科学技术的发展和进步。此后，为防止此类悲剧再次发生，选择具有优异低温韧性的材料已成为低温承载应用的重要先决条件。然而，大多数金属材料随温度降低呈现出韧性下降的趋势，在低温下寻找高韧性合金仍然是一个重大的挑战。最近，中国科学院金属研究所张鹏研究员和张哲峰研究员应Science期刊邀请，发表了题为“Getting tougher in the ultra-cold”的评论文章，对超低温环境下金属材料韧化探索的研究现状进行了评论，并提出了金属材料强韧化三个原则。该评论文章于2022年12月1日在线发表(Vol. 378, Issue 6623, pp. 947)。金属材料的断裂韧性代表了裂纹在材料中扩展至断裂所消耗的能量。在韧性材料中，该能量由表面能与塑性功组成，且塑性功是决定断裂韧性大小的关键。对于具有优异拉伸强度、塑性的金属而言，其塑性功通常较高，可以展现出优异的断裂韧性。张哲峰研究团队前期基于Cu合金拉伸断裂性
2022 11.21

中科院广州能源所在燃气热泵(GHP)冷热联供技术方面获进展

近日，中国科学院广州能源研究所储能技术研究室冯自平研究员团队在燃气热泵（GHP）冷热联供技术方面取得研究进展。相关成果以研究论文形式发表于制冷领域国际学术期刊International Journal of Refrigeration。燃气热泵（Gas Engine-driven Heat Pump，GHP）是一种使用清洁能源天然气的先进热泵技术，单一系统可实现制冷、供暖及生活热水等多种功能，在制冷或供暖模式下均可通过构建分布式能源系统实现能源的梯级利用，系统的综合一次能源利用率（PER）相比电热泵得到显著提高。研究团队建立了国内首套使用燃气发动机驱动R410A开式涡旋压缩机的超高能效空气源燃气热泵系统，开展了夏季制冷运行期间附带制备免费生活热水的性能研究，考察了多因素对制冷运行期间热泵制冷及余热回收获取免费生活热水特性的影响。研究发现：（1）GHP系统的PER由热泵能效比（Coefficient of Performance, COP）和发动机热效率ηeng共同决定，在高温制冷模式下由于ηeng的提高，PER的衰减程度明显小于COP，体现了GHP系统优良的高温制冷特性。（2）在低发动
2022 11.21

中科院苏州纳米所在钙钛矿太阳能电池离子迁移行为与器件稳定性关系研究方面取得进展

钙钛矿太阳能电池（PSCs）作为新兴的薄膜光伏器件，通过最近10年的发展，光电转换效率从3.8%提升到了25.7%，展现出巨大的商业化应用前景。然而高效的n-i-p结构电池批次重复性和稳定性较差，成为钙钛矿电池产业化应用的关键限制。而目前研究人员对导致器件重复性和稳定性较差的原因理解还不够充分。中科院苏州纳米所马昌期团队系统地研究了n-i-p结构PSCs在空气氧化过程中的离子迁移行为。结果表明，Spiro-OMeTAD薄膜的氧化是通过非接触电化学方式进行的，其中，空气中的氧气和水分子作为氧化剂将Spiro-OMeTAD氧化，进而提高了Spiro-OMeTAD薄膜的导电性能。更为重要的是，这一氧化过程促使Spiro-OMeTAD层内的Li+向电池内部迁移并在SnO2/Perovskite界面富集。Li+离子的迁移与富集促进了Spiro-OMeTAD氧化并降低SnO2的LUMO能级，提高了器件内部的内建电场，并同时改善了钙钛矿/Spiro-OMeTAD以及钙钛矿/SnO2界面处的空穴和电子提取效率，进而提升了器件的效率（图1）。该工作为n-i-p型钙钛矿太阳能电池中Spiro-OMeTAD
2022 11.21

中科院金属研究所发现晶界弛豫可大幅提升纳米晶高温合金的抗蠕变性能

金属材料在高温下长期承受低于屈服强度的应力作用时会发生永久形变，通常称为蠕变。蠕变会导致高温金属构件的变形失效，是高温合金的一项重要性能指标。通过合金化和减少晶界（制备单晶）可提升高温合金抗蠕变性能，但这带来合金制备工艺复杂、成本居高不下等一系列问题。进一步提升高温合金的抗蠕变性能面临巨大挑战。在常温下，增加晶界是强化金属材料的一个重要手段，但在高温下，晶界迁移、晶界滑动、晶界扩散等失稳机制会导致晶界软化，晶界强化效应消失。此外，增加晶界密度会加剧晶界扩散（Coble）蠕变，合金晶粒尺寸越小，抗蠕变性能越差。如何有效提升热-力-时间耦合作用下晶界的结构稳定性，进而抑制晶界高温软化和扩散蠕变成为长期以来材料领域的一个重大科学难题，也是发展高性能高温合金的主要瓶颈之一。近期，中国科学院金属研究所沈阳材料科学国家研究中心纳米金属科学家工作室张宝兵副研究员、唐赢广博士生、李秀艳研究员、卢柯研究员与武汉大学梅青松教授合作，在这一科学难题研究上取得重要突破。研究团队利用自主研发的特种塑性变形技术，在一种商用单相高温合金Ni-Co-Cr-Mo（MP35N）中将晶粒细化至9 nm，晶界结构发生明显弛豫

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