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(jì)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(chǎng)、規(guī)劃航線自主飛行等科目測(cè)試，完成了預(yù)期的飛行計(jì)劃。

據(jù)介紹，飛行試驗(yàn)由西工大牽頭的國(guó)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(guó)內(nèi)翼身融合民機(jī)研究團(tuán)隊(duì)匯集了國(guó)內(nèi)航空院所、相關(guān)高校的優(yōu)勢(shì)力量，是國(guó)內(nèi)最早、國(guó)際上深入該領(lǐng)域研究的團(tuán)隊(duì)之一，經(jīng)過(guò)多年的技術(shù)攻關(guān)，團(tuán)隊(duì)取得了一系列國(guó)際領(lǐng)先的研究成果。

經(jīng)過(guò)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(dòng)、飛機(jī)-發(fā)動(dòng)機(jī)匹配、飛行控制等一批系列關(guān)鍵設(shè)計(jì)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(guó)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(kāi)研究，已完成了氫能翼身融合民機(jī)概念方案初步設(shè)計(jì)。

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(jì)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(dòng)機(jī)布局設(shè)計(jì)技術(shù)，為電能/氫能動(dòng)力翼身融合民機(jī)發(fā)展提供技術(shù)儲(chǔ)備。

（本刊記者 逸飛）

中國(guó)科大提出熱固性材料的新型3D打印方法

近日，中國(guó)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(duì)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(guò)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(guò)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(guò)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(guó)家自然科學(xué)基金、科技部國(guó)家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)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(guó)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(bào)道了自動(dòng)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(shì)。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(kāi)發(fā)方式。

基于透射電鏡開(kāi)發(fā)的SerialRED方法可以自動(dòng)、快速識(shí)別多晶樣品中成百上千個(gè)亞微米或納米晶體并采集每個(gè)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(duì)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(lái)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(kāi)發(fā)等方面的優(yōu)勢(shì)。

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(kāi)發(fā)的早期階段檢測(cè)有價(jià)值的晶相并確定其結(jié)構(gòu)，這為新型多晶材料的設(shè)計(jì)合成和快速開(kāi)發(fā)提供了新的機(jī)會(huì)。同時(shí)，當(dāng)檢測(cè)晶體數(shù)量足夠多時(shí)，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(jí)高通量合成篩選技術(shù)結(jié)合加速材料開(kāi)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、氣體鎢絲電弧（GTA）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(jì)了一種特殊的熔滴發(fā)生系統(tǒng)（DGS）來(lái)取代傳統(tǒng)的送絲系統(tǒng)，使材料添加過(guò)程和弧熱輸入過(guò)程成為兩個(gè)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(guò)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(guó)家自然科學(xué)基金、國(guó)家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)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(guó)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(guò)對(duì)其內(nèi)部幾何結(jié)構(gòu)進(jìn)行精心設(shè)計(jì)來(lái)獲得增強(qiáng)的或自然材料無(wú)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(dòng)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(dòng)材料并沒(méi)有充分利用超材料的設(shè)計(jì)機(jī)制，同時(shí)具有磁編程角度單一，制造完成后整體形狀無(wú)法改變等問(wèn)題。

清華大學(xué)深圳國(guó)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(dòng)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?jiān)O(shè)計(jì)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(dòng)和變形設(shè)計(jì)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(dòng)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(dòng)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(dòng)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(guò)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(chǔ)及顯現(xiàn)、機(jī)械邏輯計(jì)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(guò)程和設(shè)計(jì)機(jī)制。

（本刊記者 逸飛）

寧波材料所在樹(shù)脂基三維碳材料制備方向取得新進(jìn)展

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

最近，基于在這兩個(gè)交叉領(lǐng)域豐富的研究基礎(chǔ)，該團(tuán)隊(duì)通過(guò)對(duì)碳前體的分子結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，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(shì)。

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(wú)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(guò)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(guó)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(guó)科學(xué)院大連化物所研發(fā)出自愈合可見(jiàn)光/紅外隱身相變材料膜

近日，中國(guó)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(guò)簡(jiǎn)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(jiàn)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(dòng)、形狀及顏色可設(shè)計(jì)差等問(wèn)題，限制了其在多波段與多場(chǎng)景隱身中的應(yīng)用。

針對(duì)上述問(wèn)題，史全團(tuán)隊(duì)設(shè)計(jì)并構(gòu)建了一種可用于同步可見(jiàn)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(jì)成不同的形狀和顏色，在多場(chǎng)景下表現(xiàn)出顯著的視覺(jué)與紅外隱身功能，為開(kāi)發(fā)多波段及多場(chǎng)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(jí)配設(shè)計(jì)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(jí)配設(shè)計(jì)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(jí)配設(shè)計(jì)，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(dòng)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(lái)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）