材料科学综合

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代波，邵晓萍，马拥军，等

新型碳材料——石墨烯的研究进展

代波，邵晓萍，马拥军，等

石墨烯是目前凝聚态物理和材料科学研究的热点，与目前半导体工业的重要原材料硅相比，石墨烯具有很好的导电性、很高的化学稳定性和热力学稳定性，因此有望取代硅，在电子产品生产中得到广泛应用。文章简要介绍了石墨烯的概念，重点评述了其制备方法以及电子结构、力学特征等基本物理特性。石墨烯是一种半金属或者零带隙二维材料，被认为是理想的自旋电子学材料，因为其自旋-轨道耦合很弱，并且碳原子的核磁矩几乎为零，因此，电子的自旋注入核探测可以在室温下进行。石墨烯的电子自旋扩散长度在室温下甚至超过1 μm。石墨烯是现在世界上已知的最为坚固的材料，它的强度是世界上最好的钢的100倍。文章还讨论了石墨烯器件的研发现状，并展望了其未来发展前景以及其他潜在应用。我国的研究人员也在石墨烯领域开展积极的探索。通过LiB膜组装技术，将悬浮在溶剂里的石墨烯一层一层地转移到固体表面，可制成大面积的透明导电膜。高质量石墨烯及其LB膜的制备对未来石墨烯的大规模应用具有重要意义。研究人员还探索了一种制备图案化石墨烯的方法，以图案化的金属层作为催化剂制备了图案化的石墨烯，并成功地将其应用于有机场效应晶体管电极。研究表明，石墨烯是一种性能优异的有机场效应晶体管电极材料。低的载流子注入势垒和良好的电极半导体接触是器件具有高性能的主要原因。这为有机场效应晶体管和石墨烯的发展奠定了良好的基础。对石墨烯的研究将会使我们不断获得关于材料纳米尺度上的许多新的物理认识，石墨烯中很弱的自旋-轨道耦合以及比较长的自旋平均自由程可能会产生许多量子干涉器件或自旋电子器件。目前石墨烯研究的关键问题在于单片的石墨烯很难制备，更难把它转移到合适的衬底上，但石墨烯的前景是乐观的，这是因为对石墨烯片的边缘尺寸基本没有限制。

来源出版物：材料导报, 2010, 24(3): 17-21

入选年份：2015

航空用钛及钛合金的发展及应用

黄张洪，曲恒磊，邓超，等

摘要：衡量一个国家航空工业发展水平的一个重要标志就是看航空用钛量在钛总用量中所占的百分比。世界范围内航空钛加工材需求占钛材总需求量的50%左右，其中美国1990年至1997年期间航空航天工业的钛材需求量约占美国钛材总需求量的70%，在航空航天工业中民用量又为军用量的2倍多，而我国钛加工材应用于航空工业的份额不足20%，尚有极大的发展空间。越是先进的新型飞机，越是宽体飞机，用钛量越大。不仅是机身，主流的高涵道比涡扇发动机也大量用钛。军机与民用飞机有同样的用钛趋势，而且用钛的比例更高。国外先进军用战斗机和轰炸机中钛合金用量已稳定在20%以上，如美国B-2轰炸机、法国幻影2000及俄罗斯苏-27CK战斗机钛用量分别达26%、23%、18%。美国的第四代战斗机F22的用钛量高达39%～41%。在民用客机方面，一架波音737、747、777、787用钛量分别为18 t、45 t、59 t和136 t；一架空客A320、A330、A340、A380的用钛量分别为12 t、18 t、25 t和146 t。国外先进发动机上的钛用量通常保持在20%～35%的水平。我国早期生产的涡喷发动机均不用钛，自主知识产权的昆仑涡喷发动机钛用量达到15%，涡扇发动机钛用量提升到25%。根据航空用钛合金的强度及服役环境特点，可将其分为高温钛合金、高强钛合金、损伤容限型钛合金和阻燃钛合金等。国际先进的高温钛合金主要有美国的Ti-6242S，Ti-1100，英国的IMI834，俄罗斯的BT36以及中国的Ti-60/Ti600。已在航空发动机上应用的传统高温钛合金的最高使用温度仍为600℃，在600℃以上，蠕变抗力和高温抗氧化性的急剧下降是限制钛合金向更高温度发展的两大主要障碍。高强钛合金一般指抗拉强度在1000 MPa以上的合金。目前，代表国际先进水平并在飞机上获得实际应用的高强度钛合金主要有β型钛合金Ti-10-2-3，Ti-15-3，β-21S，α-β型两相钛合金BT22以及中国的TB10等。具有很高断裂韧性和很慢裂纹扩展速率的中强或高强钛合金，即损伤容限型钛合金主要有Ti-6A1-4V（β-ELI）、Ti-62222S合金和新型两相高强高韧TC21合金。阻燃钛合金主要有两个合金系：即Ti-V-Cr系，如美国的Alloy C；Ti-Al-Cu系，如俄罗斯的BTT-1，我国的Ti-40等。我国航空领域钛材需求量在总需求量所占比例偏低的主要原因有三：（1）我国的民用干线飞机都是购买国外的；（2）一些新型军用飞机尚未批量生产；（3）已批量生产的军用飞机的钛用量（所占结构的百分比）也不高（一般情况下，机体≤5%，发动机≤20%）。中国大飞机、航天空间站、嫦娥计划都会大量使用钛材。近年来军用飞机及其发动机降低成本的呼声却越来越高，从“斤斤计较”转为“克克计较”的气氛越来越浓。

来源出版物：材料导报, 2011, 25(1): 102-107

入选年份：2015