西工大翼身融合民機(jī)技術(shù)研究取得重大突破

近日，西北工業(yè)大學(xué)研制的翼身融合大型客機(jī)的縮比試驗(yàn)機(jī)試飛成功。作為系列關(guān)鍵設(shè)計技術(shù)飛行驗(yàn)證的摸底試飛試驗(yàn)，此次試驗(yàn)進(jìn)行了試驗(yàn)機(jī)的起降、通場、規(guī)劃航線自主飛行等科目測試，完成了預(yù)期的飛行計劃。

據(jù)介紹，飛行試驗(yàn)由西工大牽頭的國內(nèi)翼身融合民機(jī)技術(shù)研究團(tuán)隊(duì)組織實(shí)施，是翼身融合民機(jī)技術(shù)研究從概念研究到技術(shù)驗(yàn)證的關(guān)鍵一步。

西北工業(yè)大學(xué)牽頭的國內(nèi)翼身融合民機(jī)研究團(tuán)隊(duì)匯集了國內(nèi)航空院所、相關(guān)高校的優(yōu)勢力量，是國內(nèi)最早、國際上深入該領(lǐng)域研究的團(tuán)隊(duì)之一，經(jīng)過多年的技術(shù)攻關(guān)，團(tuán)隊(duì)取得了一系列國際領(lǐng)先的研究成果。

經(jīng)過系列大型風(fēng)洞試驗(yàn)、數(shù)值仿真與縮比飛行等關(guān)鍵技術(shù)驗(yàn)證，該團(tuán)隊(duì)攻克并掌握了總體、氣動、飛機(jī)-發(fā)動機(jī)匹配、飛行控制等一批系列關(guān)鍵設(shè)計技術(shù)，并在飛機(jī)系列化發(fā)展、中央機(jī)體特殊結(jié)構(gòu)、噪聲抑制等技術(shù)方面取得了重要進(jìn)展。

在雙碳目標(biāo)背景下，節(jié)能減排成為中國航空運(yùn)輸業(yè)發(fā)展的重中之重。目前，該團(tuán)隊(duì)已經(jīng)在新能源翼身融合民機(jī)技術(shù)方面展開研究，已完成了氫能翼身融合民機(jī)概念方案初步設(shè)計。

下一步，該團(tuán)隊(duì)將進(jìn)一步驗(yàn)證完善翼身融合民機(jī)總體綜合設(shè)計技術(shù)，攻克結(jié)構(gòu)、降噪等關(guān)鍵技術(shù)，并聚焦新能源飛機(jī)技術(shù)發(fā)展方向，攻克背撐式/背負(fù)式/分布式發(fā)動機(jī)布局設(shè)計技術(shù)，為電能/氫能動力翼身融合民機(jī)發(fā)展提供技術(shù)儲備。

（本刊記者 逸飛）

中國科大提出熱固性材料的新型3D打印方法

近日，中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)工程科學(xué)學(xué)院機(jī)器人與智能裝備所張世武教授研究團(tuán)隊(duì)李木軍副教授，近代力學(xué)系王柳特任教授與南加州大學(xué)Yong Chen教授合作，提出了一種原位雙重加熱（In situ dual heating, ISDH）策略，成功實(shí)現(xiàn)了對具有多種流變性質(zhì)和功能特性的熱固性材料的墨水直寫（Direct ink writing, DIW）打印。研究成果以3D printing of thermosets with perse rheological and functional applicabilities為題發(fā)表在Nature Communications上。

該研究提出通過鄰接層快速加熱和焦耳加熱器加熱的雙重加熱方式，使得代表性的熱固性材料Sylgard 184最快可以在2 s內(nèi)固化，從而成功實(shí)現(xiàn)了未經(jīng)改性的低黏度Sylgard 184的直接3D打印，打印結(jié)構(gòu)與模具鑄造結(jié)構(gòu)的力學(xué)性能類似。通過采用不同直徑的噴頭（0.025～1 mm），該方法的尺寸可擴(kuò)展性得到了驗(yàn)證，實(shí)現(xiàn)了120 mm的最大打印高度和50 μm的分辨率。

該研究還展示了ISDH打印豐富的功能性，包括打印多材料異質(zhì)結(jié)構(gòu)，以及不同NdFeB含量的磁響應(yīng)柔性結(jié)構(gòu)等。通過與“Pick-and-Place”工藝結(jié)合，ISDH打印還可以制造柔性電子設(shè)備。

以上工作得到了國家自然科學(xué)基金、科技部國家重點(diǎn)研發(fā)計劃、安徽省自然科學(xué)基金支持。

下圖為ISDH打印低黏度Sylgard 184。

（本刊記者 逸飛）

SerialRED新方法實(shí)現(xiàn)多晶材料快速、高通量物相分析

近日，瑞典斯德哥爾摩大學(xué)鄒曉冬院士（瑞典皇家科學(xué)院、工程院雙院院士）與中國石化上海石油化工研究院楊為民院士團(tuán)隊(duì)合作在Nature Chemistry上發(fā)表了題為High-throughput phase elucidation of polycrystalline materials using serial rotation electron diffraction的研究成果。

該成果報道了自動化、高通量SerialRED新方法在復(fù)雜微晶/納米晶材料快速、高通量物相分析和結(jié)構(gòu)解析方面的巨大優(yōu)勢。SerialRED的使用將有可能改變礦物、金屬/金屬氧化物、陶瓷、半導(dǎo)體、骨架類型材料、有機(jī)小分子以及藥物等重要多晶材料的研究和開發(fā)方式。

基于透射電鏡開發(fā)的SerialRED方法可以自動、快速識別多晶樣品中成百上千個亞微米或納米晶體并采集每個晶體的三維電子衍射（3D ED）數(shù)據(jù)。這使得SerialRED能夠?qū)崿F(xiàn)對復(fù)雜多相納米/亞微米晶樣品的快速、高通量物相分析和結(jié)構(gòu)解析。在這項(xiàng)工作中，鄒曉冬院士/楊為民院士合作團(tuán)隊(duì)以典型的多晶材料分子篩的合成為實(shí)例，來展現(xiàn)SerialRED方法在輔助探索復(fù)雜體系合成新型材料、快速獲取物相組成和結(jié)構(gòu)信息及加速材料開發(fā)等方面的優(yōu)勢。

因不需要純相樣品即可進(jìn)行物相分析和結(jié)構(gòu)解析，SerialRED能夠在合成開發(fā)的早期階段檢測有價值的晶相并確定其結(jié)構(gòu)，這為新型多晶材料的設(shè)計合成和快速開發(fā)提供了新的機(jī)會。同時，當(dāng)檢測晶體數(shù)量足夠多時，SerialRED可以定量分析物相組成。此外，SerialRED試驗(yàn)只需微量樣品，就可與納摩爾級高通量合成篩選技術(shù)結(jié)合加速材料開發(fā)。

（本刊記者 逸飛）

西安交大在新型熔滴+電弧增材制造鋁合金研究方面取得新進(jìn)展

近日，西安交大魏正英教授金屬增材制造科研團(tuán)隊(duì)研究比較了電弧增 材GMA-AM（氣 體金屬電弧增材制造）、激光-GMA混合制造、旁路耦合WAAM、氣體鎢絲電?。℅TA）增材等技術(shù)，提出了一種新型熔滴+電弧增材制造方法（DAAM），實(shí)現(xiàn)了鋁合金部件的高質(zhì)量和高效率制造。在DAAM系統(tǒng)中，該團(tuán)隊(duì)設(shè)計了一種特殊的熔滴發(fā)生系統(tǒng)（DGS）來取代傳統(tǒng)的送絲系統(tǒng)，使材料添加過程和弧熱輸入過程成為兩個獨(dú)立的部分。采用變極性氣體鎢?。╒P-GTA）作為熱源，選用2219鋁合金作為沉積材料，分析了熔滴生成過程和熔滴+電弧沉積特性，提出一種熱輸入策略，實(shí)現(xiàn)具有良好形貌的薄壁構(gòu)件的制備。在此基礎(chǔ)上，研究了微觀結(jié)構(gòu)分布和晶粒形貌，以及不同工藝條件下的拉伸性能和斷裂特性。

相關(guān)研究成果以A novel droplet + arc additive manufacturing for aluminum alloy:Method, microstructure and mechanical properties為題發(fā)表在Additive Manufacturing上。該工作得到了國家自然科學(xué)基金、國家重點(diǎn)研發(fā)計劃等項(xiàng)目資助。下圖為電弧增材制造2219鋁合金薄壁件。

（本刊記者 逸飛）

清華大學(xué)深圳國際研究生院彌勝利課題組在力學(xué)超材料領(lǐng)域取得新進(jìn)展

力學(xué)超材料通過對其內(nèi)部幾何結(jié)構(gòu)進(jìn)行精心設(shè)計來獲得增強(qiáng)的或自然材料無法擁有的功能，這使其受到科學(xué)及工程領(lǐng)域的廣泛研究。磁驅(qū)動材料因能夠?qū)崿F(xiàn)遠(yuǎn)程、快速和可逆的形狀變形而常被用作賦予超材料可編程性和可重構(gòu)性的策略。傳統(tǒng)的磁驅(qū)動材料并沒有充分利用超材料的設(shè)計機(jī)制，同時具有磁編程角度單一，制造完成后整體形狀無法改變等問題。

清華大學(xué)深圳國際研究生院彌勝利課題組創(chuàng)新性地提出一種基于磁驅(qū)動的可編程、可重構(gòu)的模塊化力學(xué)超材料，融入超材料的折紙與剪紙設(shè)計機(jī)制，使其具有多種預(yù)定義變形形狀，從而能更好地適應(yīng)外界環(huán)境的變化與要求。研究將運(yùn)動和變形設(shè)計到預(yù)定義的可互相轉(zhuǎn)化的折痕和剪痕中，允許更多的離散運(yùn)動和力傳遞，可融合折紙的折疊、剪紙的旋轉(zhuǎn)及以剪痕為導(dǎo)向的折疊等變形方式，為形成復(fù)雜三維結(jié)構(gòu)奠定了基礎(chǔ)。該研究從新角度建立基本運(yùn)動變形模型，進(jìn)行相關(guān)試驗(yàn)和有限元分析，以定量了解所提出的模塊化力學(xué)超材料運(yùn)動變形特性。與磁純彈性體材料相比，所提出的模塊化力學(xué)超材料在變形過程中的能量損失大大減少。該研究也展示了所提出模塊化超材料在信息存儲及顯現(xiàn)、機(jī)械邏輯計算、可重構(gòu)機(jī)器人、可部署機(jī)構(gòu)等領(lǐng)域的應(yīng)用。結(jié)果表明，高度可編程性和可重構(gòu)性擴(kuò)大了其應(yīng)用潛力，進(jìn)而能滿足更多的需求。

近日，上述研究成果以Magnetic-driven modular mechanical metamaterials with high programmability,reconfigurability, and multiple applications為題發(fā)表在ACS Applied Materials & Interfaces上。左圖為模塊化超材料的制造過程和設(shè)計機(jī)制。

（本刊記者 逸飛）

寧波材料所在樹脂基三維碳材料制備方向取得新進(jìn)展

中國科學(xué)院寧波材料技術(shù)與工程研究所新型熱固性樹脂團(tuán)隊(duì)劉小青研究員基于多年的生物基熱固性樹脂研究經(jīng)驗(yàn)，提出開發(fā)生物基材料的本質(zhì)是為了實(shí)現(xiàn)對生物碳的高效利用?；诖?，該團(tuán)隊(duì)利用激光燒蝕的方法，將生物基熱固性樹脂轉(zhuǎn)化為功能性碳材料，擬完成從“生物碳”到“生物基樹脂”再到“功能碳”的閉環(huán)轉(zhuǎn)化。

最近，基于在這兩個交叉領(lǐng)域豐富的研究基礎(chǔ)，該團(tuán)隊(duì)通過對碳前體的分子結(jié)構(gòu)設(shè)計，并且利用激光刻蝕成功實(shí)現(xiàn)了從液態(tài)前驅(qū)體直接轉(zhuǎn)化為三維石墨烯材料。這條全新制備路線集成了激光制造與液態(tài)前驅(qū)體兩者的優(yōu)勢。

此外，制備得到的三維石墨烯材料的功能組分也具有高度的可控性。得益于液體良好的兼容性，功能性的有機(jī)或無機(jī)填料可以直接混入液態(tài)前驅(qū)體中，并在激光的輻照下原位形成石墨烯基復(fù)合材料，實(shí)現(xiàn)包括雜原子摻雜、金屬納米粒子摻雜、金屬氧化物納米粒子摻雜以及其他功能性組分的摻雜等。比如，將多種金屬有機(jī)化合物與液體共混之后進(jìn)行激光輻照可以得到高熵合金摻雜石墨烯材料。其中，高熵合金以納米粒子的形式均勻分布在三維石墨烯的多孔骨架表面，其粒徑和含量則可以通過前驅(qū)體的摻雜比例靈活調(diào)節(jié)。

相關(guān)研究成果以Direct conversion of liquid organic precursor into 3D laser-induced graphene materials為題發(fā)表在Advanced Materials上。

本工作得到了國家自然科學(xué)基金、浙江省杰出青年基金和浙江省領(lǐng)軍型創(chuàng)新團(tuán)隊(duì)項(xiàng)目的支持。

（本刊記者 逸飛）

中國科學(xué)院大連化物所研發(fā)出自愈合可見光/紅外隱身相變材料膜

近日，中國科學(xué)院大連化學(xué)物理研究所熱化學(xué)研究組（DNL1903組）史全研究員團(tuán)隊(duì)通過簡單易行的合成策略，研發(fā)出一種柔性自愈合相變材料膜，并實(shí)現(xiàn)了其在可見光/紅外波段同步隱身方面的應(yīng)用。

相變材料因其優(yōu)異的熱量管理和溫度控制功能在紅外隱身研究方面?zhèn)涫荜P(guān)注。然而，傳統(tǒng)相變材料存在固相剛性大、液相易流動、形狀及顏色可設(shè)計差等問題，限制了其在多波段與多場景隱身中的應(yīng)用。

針對上述問題，史全團(tuán)隊(duì)設(shè)計并構(gòu)建了一種可用于同步可見光/紅外隱身的柔性自愈合相變材料膜。

該相變材料膜不僅具有穩(wěn)定可調(diào)的相變溫度和相變焓，還展現(xiàn)出優(yōu)異的柔性、自愈合特性、粘附性、熱塑性和形狀記憶性，能夠根據(jù)需求設(shè)計成不同的形狀和顏色，在多場景下表現(xiàn)出顯著的視覺與紅外隱身功能，為開發(fā)多波段及多場景隱身技術(shù)提供了新思路。

相關(guān)研究成果以Synchronous visual/infrared stealth using an intrinsically flexible self-healing phase change film為題，發(fā)表在Advanced Functional Materials上。

（本刊記者 逸飛）

西工大以粉料級配設(shè)計提升光固化3D打印陶瓷型芯綜合性能

近日，西北工業(yè)大學(xué)蘇海軍團(tuán)隊(duì)提出一種基于粉料級配設(shè)計方法的光固化3D打印陶瓷型芯新方法，結(jié)合合理的燒結(jié)溫度選擇，制備了具有高孔隙率、適當(dāng)抗彎強(qiáng)度以及優(yōu)異抗高溫蠕變性能的氧化鋁陶瓷型芯。研究了粉料級配設(shè)計，特別是粗粉料在光固化3D打印陶瓷型芯顯微結(jié)構(gòu)和性能調(diào)控中的作用。

基于不同顆粒尺寸的燒結(jié)動力學(xué)，確定了陶瓷型芯合適的燒結(jié)溫度，建立了光固化3D打印氧化鋁陶瓷型芯的“非骨架”微觀結(jié)構(gòu)模型。在孔隙率、抗彎強(qiáng)度和抗高溫蠕變性達(dá)到平衡的情況下，大幅提高了復(fù)合材料的綜合性能，獲得了高孔隙率、適當(dāng)強(qiáng)度和低高溫?fù)隙鹊难趸X基陶瓷型芯，為提高光固化3D打印陶瓷型芯的綜合性能提供了重要參考。

相關(guān)研究成果以Enhanced comprehensiveproperties of stereolithography 3D printed alumina ceramic cores with high porosities by a powder gradation design為題發(fā)表在Journal of Materials Science & Technology上。

下圖為光固化3D打印氧化鋁陶瓷型芯孔隙率的3種來源，分別為： （a）層間隙； （b）不均勻的粉料分布； （c）細(xì)粉料之間的“橋接”。

（本刊記者 逸飛）