哈工大科研團(tuán)隊(duì)為高溫輻射熱防護(hù)陶瓷涂層設(shè)計(jì)提供新思路

近日，哈工大材料學(xué)院周玉院士團(tuán)隊(duì)王亞明教授課題組、能源學(xué)院帥永教授團(tuán)隊(duì)裘俊副教授課題組合作在輻射熱防護(hù)領(lǐng)域取得突破性進(jìn)展。研究團(tuán)隊(duì)設(shè)計(jì)并構(gòu)建出Ca-Cr離子摻雜Y3NbO7層狀多孔結(jié)構(gòu)陶瓷涂層，涂層1～13μm波段的平均發(fā)射率提高至0.9，熱導(dǎo)率低至0.5 W/(m·K)，達(dá)到報(bào)道以來(lái)最高的發(fā)射率和熱導(dǎo)率比值（1.3），為高溫輻射熱防護(hù)陶瓷涂層的設(shè)計(jì)提供了新思路。

高溫輻射熱防護(hù)在高速飛行器、航天器熱控等眾多領(lǐng)域中具有重要意義。傳統(tǒng)的熱障陶瓷（包括稀土鈮酸鹽、鋯酸鹽和鉿酸鹽等）雖然具有較低的熱導(dǎo)率，但其紅外發(fā)射率也較低。近年來(lái)，通過(guò)稀土和過(guò)渡族陽(yáng)離子摻雜改性提高陶瓷的發(fā)射率備受關(guān)注。然而，摻雜改性提高發(fā)射率的同時(shí)，也可能導(dǎo)致熱導(dǎo)率的提升。關(guān)于離子摻雜實(shí)現(xiàn)高發(fā)射率和低熱導(dǎo)陶瓷涂層設(shè)計(jì)，仍沒(méi)有取得關(guān)鍵性的理論和試驗(yàn)進(jìn)展。

為解決上述問(wèn)題，研究團(tuán)隊(duì)設(shè)計(jì)并制備了Ca-Cr摻雜改性Y3NbO7層狀多孔陶瓷涂層，從電子、聲子、涂層微結(jié)構(gòu)等多尺度分析，揭示了涂層組織結(jié)構(gòu)與發(fā)射率、熱導(dǎo)率之間的構(gòu)效關(guān)系；通過(guò)調(diào)控聲子無(wú)序和涂層內(nèi)部微孔的取向，成功減小熱流通道。此外，Ca-Cr共摻雜誘導(dǎo)雜質(zhì)能級(jí)產(chǎn)生，協(xié)同表面微結(jié)構(gòu)強(qiáng)化光吸收改善界面阻抗匹配性。

這種陶瓷涂層兼具高發(fā)射率、低熱導(dǎo)率、高結(jié)合強(qiáng)度和熱穩(wěn)定性等優(yōu)異的綜合性能，在金屬輻射熱防護(hù)系統(tǒng)上具有很大的應(yīng)用潛力。

該研究成果以A promisingradiationthermalprotectioncoatingbased onlamellarporousCa-Cr co-dopedY3NbO7ceramic為題發(fā)表于Advanced FunctionalMaterials，由哈工大材料學(xué)院、能源學(xué)院以及同濟(jì)大學(xué)環(huán)境學(xué)院合作完成，王亞明教授、裘俊副教授和帥永教授為論文通訊作者，能源學(xué)院陳國(guó)梁助理教授、同濟(jì)大學(xué)傅浩洋博士為論文第一作者。

左下圖為Ca-Cr摻雜Y3NbO7的晶體結(jié)構(gòu)。

（本刊記者 良辰）

金屬所鋁合金調(diào)幅分解研究獲進(jìn)展

通過(guò)各種各樣的熱力學(xué)非平衡過(guò)程（快速淬火、物理或者化學(xué)氣相沉積、電沉積以及球磨等手段），可以形成過(guò)飽和固溶體，從而調(diào)控金屬材料的性能，但過(guò)飽和固溶體在熱力學(xué)上處于不穩(wěn)定狀態(tài)。在加熱或者塑性變形時(shí)，它將分解成熱力學(xué)穩(wěn)定相以降低體系的自由能。長(zhǎng)久以來(lái)，穩(wěn)定過(guò)飽和固溶體以防止其分解頗有挑戰(zhàn)性，尤其是在具有互溶間隙的合金體系中，相分解將通過(guò)上坡擴(kuò)散主導(dǎo)的調(diào)幅分解機(jī)制自發(fā)進(jìn)行。

有研究表明，塑性變形誘導(dǎo)的晶粒細(xì)化在材料內(nèi)部引入高密度的晶界、空位和位錯(cuò)等缺陷，作為擴(kuò)散的通道，會(huì)加劇原子擴(kuò)散。在晶粒被充分細(xì)化的金屬和合金中，包括晶粒長(zhǎng)大、第二相析出以及調(diào)幅分解在內(nèi)的各種擴(kuò)散過(guò)程被顯著促進(jìn)。這些現(xiàn)象在晶粒尺寸處于亞微米尺度的金屬和合金中尤為顯著。

近期，中國(guó)科學(xué)院金屬研究所沈陽(yáng)材料科學(xué)國(guó)家研究中心納米金屬科學(xué)家工作室在這一科學(xué)難題研究上取得新突破。該團(tuán)隊(duì)利用自主研發(fā)的低溫塑性變形技術(shù)，將成分位于互溶間隙內(nèi)的過(guò)飽和Al-21.7%Zn (原子分?jǐn)?shù))合金的晶粒尺寸細(xì)化至10 nm以下并獲得受限晶體結(jié)構(gòu)。研究發(fā)現(xiàn)，單相過(guò)飽和固溶體結(jié)構(gòu)受限晶體Al-21.7Zn合金具有頗高的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性，在互溶間隙溫度范圍內(nèi)的調(diào)幅分解行為被完全抑制。這一現(xiàn)象源于平均曲率為0的三維極小面界面結(jié)構(gòu)，以及極小尺寸晶粒內(nèi)空位缺失同時(shí)抑制了置換式固溶體原子的晶間擴(kuò)散和晶格擴(kuò)散。該研究表明，受限晶體結(jié)構(gòu)可有效抑制合金中各種由擴(kuò)散控制的相變過(guò)程，進(jìn)一步證明了這種新型亞穩(wěn)結(jié)構(gòu)在金屬材料中的普適性，對(duì)提高過(guò)飽和固溶體穩(wěn)定性及發(fā)展高性能金屬材料具有重要意義。

相關(guān)研究成果以Stabilizingsupersaturation withextremegrain refinementinspinodal aluminumalloys為題，在線發(fā)表于Advanced Materials（DOI：10.1002/adma.202303650）。研究工作得到國(guó)家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃、國(guó)家自然科學(xué)基金和中國(guó)科協(xié)青年人才托舉工程等的支持。

（本刊記者 良辰）

清華航院課題組在類腦機(jī)械計(jì)算領(lǐng)域取得重要進(jìn)展

人們一直希望能夠創(chuàng)造出本身具有信息自主處理能力的材料，即類生命體的“智慧型”材料。要實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo)，關(guān)鍵在于能夠與材料有機(jī)融合的機(jī)械計(jì)算。力學(xué)超材料的發(fā)展為解決這一難題提供了新的思路。

常見(jiàn)計(jì)算機(jī)采用馮·諾依曼提出的獨(dú)立計(jì)算和存儲(chǔ)模塊來(lái)集中處理信息，保證了現(xiàn)代計(jì)算機(jī)的通用性，但模塊內(nèi)和模塊間的大量數(shù)據(jù)讀寫(xiě)和交換已成為計(jì)算的一大瓶頸。人腦由海量的神經(jīng)元組成，對(duì)信息的處理是分布式的，能根據(jù)環(huán)境感知信息，結(jié)合自身記憶進(jìn)行分析、計(jì)算和判斷，從而高效調(diào)控生理狀態(tài)和行為。類腦神經(jīng)形態(tài)計(jì)算的這種分布式特點(diǎn)對(duì)數(shù)據(jù)密集型任務(wù)及數(shù)據(jù)讀寫(xiě)、傳輸困難的任務(wù)具有明顯優(yōu)勢(shì)。

最近，清華大學(xué)航天航空學(xué)院陳常青教授團(tuán)隊(duì)提出了神經(jīng)形態(tài)的存內(nèi)機(jī)械計(jì)算框架，在類腦機(jī)械計(jì)算領(lǐng)域取得了重要進(jìn)展。該架構(gòu)借助力學(xué)超材料，由分布式的機(jī)械內(nèi)存單元組成。當(dāng)接收到時(shí)間信號(hào)時(shí)，系統(tǒng)會(huì)基于當(dāng)前狀態(tài)向下一個(gè)狀態(tài)演化，而計(jì)算則直接在內(nèi)存中進(jìn)行，最大限度地減少了“計(jì)算”和“數(shù)據(jù)”之間的距離，簡(jiǎn)化了數(shù)據(jù)傳輸和交換，便利了任務(wù)的執(zhí)行。內(nèi)存單元通過(guò)移位寄存器、同或門(mén)和感知器3種基本力學(xué)相互作用進(jìn)行連接，為機(jī)械體系的學(xué)習(xí)、自適應(yīng)和功能完備地執(zhí)行類神經(jīng)功能提供了基礎(chǔ)。

基于所提出的存內(nèi)機(jī)械計(jì)算架構(gòu)，研究團(tuán)隊(duì)分別構(gòu)筑了可重編程機(jī)械二值化神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)和自學(xué)習(xí)感知器兩個(gè)試驗(yàn)示例，展示了其應(yīng)用前景；而且示例顯示，在機(jī)械內(nèi)存中可進(jìn)行計(jì)算的分布式信息處理，從而能最大程度上發(fā)揮結(jié)構(gòu)本身的智能，為構(gòu)建新一代的類生命體的“智慧型”材料提供基礎(chǔ)。

該成果以In-memory mechanicalcomputing為題，在線發(fā)表于Nature Communications。

下圖為機(jī)器自學(xué)習(xí)感知器。

（本刊記者 良辰）

航空發(fā)動(dòng)機(jī)和燃?xì)廨啓C(jī)領(lǐng)域卓越工程師培養(yǎng)首屆院長(zhǎng)論壇召開(kāi)

2023年8月19日，由北航航空發(fā)動(dòng)機(jī)研究院（簡(jiǎn)稱“航發(fā)院”）發(fā)起并主辦的“兩機(jī)”領(lǐng)域卓越工程師培養(yǎng)首屆院長(zhǎng)論壇在北京召開(kāi)。中國(guó)航空發(fā)動(dòng)機(jī)集團(tuán)有限公司（簡(jiǎn)稱“中國(guó)航發(fā)”）、中國(guó)航發(fā)北京航空材料研究院、中國(guó)船舶集團(tuán)有限公司（簡(jiǎn)稱“中國(guó)船舶”）703所、中國(guó)船舶第七研究院等聯(lián)合培養(yǎng)企業(yè)代表，清華大學(xué)、西北工業(yè)大學(xué)、南京航空航天大學(xué)、廈門(mén)大學(xué)、上海交通大學(xué)、哈爾濱工業(yè)大學(xué)、哈爾濱工程大學(xué)等高校代表，北航研究生院、國(guó)家卓越工程師學(xué)院、能源與動(dòng)力工程學(xué)院以及航發(fā)院等北航校內(nèi)代表共20余人出席了會(huì)議，會(huì)議由航發(fā)院常務(wù)副院長(zhǎng)胡殿印主持。

論壇開(kāi)幕式上，北航研究生院副院長(zhǎng)蔡軍表示，本次論壇正值首屆卓越工程師學(xué)生入企實(shí)踐的關(guān)鍵時(shí)期，期待通過(guò)此次交流，全力保障好學(xué)生入企實(shí)踐，企業(yè)與高校合力打造“兩機(jī)”領(lǐng)域卓越工程師培養(yǎng)改革的“樣板間”。

在主題報(bào)告環(huán)節(jié)，北航航發(fā)院副院長(zhǎng)劉火星、中國(guó)航發(fā)人力資源部專業(yè)人才處副處長(zhǎng)劉錦虎、西北工業(yè)大學(xué)國(guó)家卓越工程師學(xué)院常務(wù)副院長(zhǎng)緱林峰、哈爾濱工業(yè)大學(xué)航空研究院執(zhí)行院長(zhǎng)王松濤、北航國(guó)家卓越工程師學(xué)院常務(wù)副院長(zhǎng)曹慶華圍繞培養(yǎng)方案、專業(yè)實(shí)踐、綜合評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)、校企導(dǎo)師隊(duì)伍建設(shè)等內(nèi)容進(jìn)行了經(jīng)驗(yàn)分享。隨后，與會(huì)人員圍繞“兩機(jī)”領(lǐng)域卓越工程師培養(yǎng)的問(wèn)題和舉措進(jìn)行了深入討論和交流。

“兩機(jī)”領(lǐng)域卓越工程師培養(yǎng)首屆院長(zhǎng)論壇旨在建立“兩機(jī)”領(lǐng)域卓越工程師培養(yǎng)長(zhǎng)效溝通機(jī)制，持續(xù)探索產(chǎn)教協(xié)同機(jī)制創(chuàng)新，打造卓越工程師人才培養(yǎng)范式。參加論壇的高校和企業(yè)代表達(dá)成共識(shí)，共同發(fā)起定期舉辦“兩機(jī)”領(lǐng)域卓越工程師培養(yǎng)院長(zhǎng)論壇的倡議。

（本刊記者 良辰）

西工大在大模型異構(gòu)智能體方面取得新進(jìn)展

近日，西北工業(yè)大學(xué)光電與智能研究院李學(xué)龍教授團(tuán)隊(duì)在大模型異構(gòu)智能體方面取得重大進(jìn)展，實(shí)現(xiàn)了大模型對(duì)無(wú)人機(jī)集群、機(jī)器狗、機(jī)械臂3種智能體的真機(jī)協(xié)同控制。該成果展示了大模型在智能體控制方面的能力，也為智能無(wú)人系統(tǒng)的研究提供了無(wú)限可能。

在人工智能領(lǐng)域，大模型控制智能體是大勢(shì)所趨。研究團(tuán)隊(duì)提出了一種大模型驅(qū)動(dòng)的異構(gòu)智能體協(xié)同控制算法框架，使異構(gòu)智能體系統(tǒng)具備高層語(yǔ)義理解能力、自身技能認(rèn)知能力和復(fù)雜任務(wù)執(zhí)行能力。

如何充分發(fā)揮大模型的語(yǔ)義理解能力，讓無(wú)人機(jī)、機(jī)器狗、機(jī)械臂等人造智能體能夠根據(jù)輸入的自然語(yǔ)言分工合作，是智能體在現(xiàn)實(shí)場(chǎng)景中執(zhí)行復(fù)雜任務(wù)的前提條件。針對(duì)該問(wèn)題，研究團(tuán)隊(duì)利用國(guó)產(chǎn)大模型作為語(yǔ)義理解底座，以無(wú)人機(jī)集群、機(jī)器狗、機(jī)械臂3種異構(gòu)智能體作為協(xié)同控制平臺(tái)，設(shè)計(jì)了融合環(huán)境信息與自身狀態(tài)的語(yǔ)義交互框架，實(shí)現(xiàn)了對(duì)異構(gòu)智能體任務(wù)理解、硬件控制、協(xié)調(diào)合作等復(fù)雜需求的高層語(yǔ)義交互。

智能體的行為能力易受周圍環(huán)境、自身機(jī)械結(jié)構(gòu)等限制因素的影響。如何在多變的外界環(huán)境下讓智能體準(zhǔn)確地認(rèn)知當(dāng)前自身的行為能力，是異構(gòu)智能體協(xié)同的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。為了實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo)，團(tuán)隊(duì)提出了異構(gòu)智能體通用中層技能認(rèn)知算法，實(shí)現(xiàn)了異構(gòu)智能體間精細(xì)的硬件協(xié)同控制。在此基礎(chǔ)上，智能體通過(guò)自主環(huán)境感知、自身狀態(tài)建模、協(xié)同運(yùn)動(dòng)規(guī)劃，自適應(yīng)地調(diào)整技能執(zhí)行。

為了完成復(fù)雜任務(wù)目標(biāo)，異構(gòu)智能體協(xié)作需要依據(jù)子任務(wù)間的依賴關(guān)系和環(huán)境約束，設(shè)計(jì)安全合理的子任務(wù)執(zhí)行次序和方式。針對(duì)該問(wèn)題，團(tuán)隊(duì)設(shè)計(jì)了多智能體閉環(huán)反饋的任務(wù)執(zhí)行機(jī)制，實(shí)現(xiàn)了異構(gòu)智能體在任務(wù)執(zhí)行層面的自主協(xié)同。在任務(wù)執(zhí)行的過(guò)程中，智能體向任務(wù)分解模塊報(bào)告子任務(wù)執(zhí)行狀態(tài)，形成任務(wù)分配與執(zhí)行動(dòng)態(tài)閉環(huán)，實(shí)現(xiàn)任務(wù)目標(biāo)導(dǎo)向的異構(gòu)智能體高效協(xié)同。

該成果是大模型算法和智能體硬件交叉的創(chuàng)新性研究，實(shí)現(xiàn)了用更自然、更直觀的方式進(jìn)行多種智能體的控制，降低了人機(jī)交互的門(mén)檻。同時(shí)，該研究也將促進(jìn)異構(gòu)智能體之間協(xié)作的自主性和流暢度，對(duì)人工智能在災(zāi)難救援、工業(yè)生產(chǎn)等復(fù)雜場(chǎng)景下的靈活應(yīng)用具有重要意義。（本刊記者 良辰）

理化所關(guān)于強(qiáng)負(fù)面壓縮性材料研究取得進(jìn)展

在等靜壓力下沿著特定方向尺寸發(fā)生膨脹的現(xiàn)象稱為負(fù)壓縮。負(fù)壓縮這一反常的應(yīng)力-應(yīng)變響應(yīng)特性是壓力調(diào)控結(jié)構(gòu)獲得新奇物性（如超導(dǎo)、壓致熒光等）以及突破常規(guī)材料性能極限（如泊松比、壓電系數(shù)）的重要手段。從維度上分類，負(fù)壓縮可分為線（一維）、面（二維）和體（三維）。面負(fù)壓縮是負(fù)壓縮性的極限，具有最高的結(jié)構(gòu)-性能調(diào)控維度。幅度和壓力區(qū)間決定了壓力調(diào)控的精度和壓力范圍，是面負(fù)壓縮性的兩大關(guān)鍵指標(biāo)。在Lifshitz機(jī)制主導(dǎo)的面負(fù)壓縮材料中，負(fù)壓縮性源自由剛性結(jié)構(gòu)基元構(gòu)成的二維褶皺結(jié)構(gòu)中褶皺的展開(kāi)，具有很寬的壓力范圍，在這一材料體系中不斷地提升面負(fù)壓縮幅度是研究焦點(diǎn)。

近日，中國(guó)科學(xué)院理化所研究員林哲帥、姜興興等，提出在二維范德華層狀晶體中通過(guò)壓力誘導(dǎo)電荷轉(zhuǎn)移達(dá)到增強(qiáng)晶格結(jié)構(gòu)變化，進(jìn)而提升面負(fù)壓縮幅度的策略，發(fā)現(xiàn)了迄今面負(fù)壓縮效應(yīng)最強(qiáng)的材料PdSe2晶體。該研究建立了壓力下電子-晶格結(jié)構(gòu)演變之間的關(guān)聯(lián)，提出了全新的從電子結(jié)構(gòu)角度調(diào)控設(shè)計(jì)面負(fù)壓縮材料的新方法。

研究表明，在二維范德華晶體中，由于相鄰層之間只存在范德華相互作用，壓力下層間隙的劇烈收縮會(huì)使層間發(fā)生強(qiáng)烈的相互作用。當(dāng)二維層以貴金屬Pd2+、Au+、Ag+、Cu2+等為中心離子的線狀或平面狀多面體為基本結(jié)構(gòu)單元構(gòu)成時(shí)，層間的陰陽(yáng)離子之間會(huì)發(fā)生電荷轉(zhuǎn)移，使層內(nèi)鍵長(zhǎng)鍵角發(fā)生劇烈變化，從而大幅度增強(qiáng)面負(fù)壓縮性。在此“電荷轉(zhuǎn)移”策略的基礎(chǔ)上，該團(tuán)隊(duì)在二維范德華晶體數(shù)據(jù)庫(kù)中進(jìn)行了大規(guī)模的結(jié)構(gòu)探索，結(jié)合同步輻射高壓衍射試驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)了迄今為止具有高壓負(fù)面壓縮幅度最大（-13.14 GPa）、壓力范圍最寬（3.94～11.37 GPa）的PdSe2晶體。高壓拉曼測(cè)試結(jié)合第一性原理計(jì)算表明，在PdSe2晶體中，除了常規(guī)Lifshitz理論框架中的壓力誘導(dǎo)褶皺展開(kāi)外，壓力下層內(nèi)Pd—Se鍵反常的伸長(zhǎng)對(duì)增強(qiáng)負(fù)面壓縮具有關(guān)鍵作用，而層內(nèi)-層間電荷轉(zhuǎn)移導(dǎo)致的層內(nèi)Pd—Se鍵電荷的減少是壓力下化學(xué)鍵伸長(zhǎng)這一反常結(jié)構(gòu)變化的內(nèi)在驅(qū)動(dòng)力。

相關(guān)成果以Unexpectedgiantnegative areacompressibilityin palladiumdiselenide為題，發(fā)表于NationalScience Review。

下圖為與迄今所有面負(fù)壓縮材料的比較。

（本刊記者 良辰）