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哈工大科研团队为高温辐射热防护陶瓷涂层设计提供新思路

近日，哈工大材料学院周玉院士团队王亚明教授课题组、能源学院帅永教授团队裘俊副教授课题组合作在辐射热防护领域取得突破性进展。研究团队设计并构建出Ca-Cr离子掺杂Y3NbO7层状多孔结构陶瓷涂层，涂层1～13μm波段的平均发射率提高至0.9，热导率低至0.5 W/(m·K)，达到报道以来最高的发射率和热导率比值（1.3），为高温辐射热防护陶瓷涂层的设计提供了新思路。

高温辐射热防护在高速飞行器、航天器热控等众多领域中具有重要意义。传统的热障陶瓷（包括稀土铌酸盐、锆酸盐和铪酸盐等）虽然具有较低的热导率，但其红外发射率也较低。近年来，通过稀土和过渡族阳离子掺杂改性提高陶瓷的发射率备受关注。然而，掺杂改性提高发射率的同时，也可能导致热导率的提升。关于离子掺杂实现高发射率和低热导陶瓷涂层设计，仍没有取得关键性的理论和试验进展。

为解决上述问题，研究团队设计并制备了Ca-Cr掺杂改性Y3NbO7层状多孔陶瓷涂层，从电子、声子、涂层微结构等多尺度分析，揭示了涂层组织结构与发射率、热导率之间的构效关系；通过调控声子无序和涂层内部微孔的取向，成功减小热流通道。此外，Ca-Cr共掺杂诱导杂质能级产生，协同表面微结构强化光吸收改善界面阻抗匹配性。

这种陶瓷涂层兼具高发射率、低热导率、高结合强度和热稳定性等优异的综合性能，在金属辐射热防护系统上具有很大的应用潜力。

该研究成果以A promisingradiationthermalprotectioncoatingbased onlamellarporousCa-Cr co-dopedY3NbO7ceramic为题发表于Advanced FunctionalMaterials，由哈工大材料学院、能源学院以及同济大学环境学院合作完成，王亚明教授、裘俊副教授和帅永教授为论文通讯作者，能源学院陈国梁助理教授、同济大学傅浩洋博士为论文第一作者。

左下图为Ca-Cr掺杂Y3NbO7的晶体结构。

（本刊记者 良辰）

金属所铝合金调幅分解研究获进展

通过各种各样的热力学非平衡过程（快速淬火、物理或者化学气相沉积、电沉积以及球磨等手段），可以形成过饱和固溶体，从而调控金属材料的性能，但过饱和固溶体在热力学上处于不稳定状态。在加热或者塑性变形时，它将分解成热力学稳定相以降低体系的自由能。长久以来，稳定过饱和固溶体以防止其分解颇有挑战性，尤其是在具有互溶间隙的合金体系中，相分解将通过上坡扩散主导的调幅分解机制自发进行。

有研究表明，塑性变形诱导的晶粒细化在材料内部引入高密度的晶界、空位和位错等缺陷，作为扩散的通道，会加剧原子扩散。在晶粒被充分细化的金属和合金中，包括晶粒长大、第二相析出以及调幅分解在内的各种扩散过程被显著促进。这些现象在晶粒尺寸处于亚微米尺度的金属和合金中尤为显著。

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在这一科学难题研究上取得新突破。该团队利用自主研发的低温塑性变形技术，将成分位于互溶间隙内的过饱和Al-21.7%Zn (原子分数)合金的晶粒尺寸细化至10 nm以下并获得受限晶体结构。研究发现，单相过饱和固溶体结构受限晶体Al-21.7Zn合金具有颇高的结构稳定性，在互溶间隙温度范围内的调幅分解行为被完全抑制。这一现象源于平均曲率为0的三维极小面界面结构，以及极小尺寸晶粒内空位缺失同时抑制了置换式固溶体原子的晶间扩散和晶格扩散。该研究表明，受限晶体结构可有效抑制合金中各种由扩散控制的相变过程，进一步证明了这种新型亚稳结构在金属材料中的普适性，对提高过饱和固溶体稳定性及发展高性能金属材料具有重要意义。

相关研究成果以Stabilizingsupersaturation withextremegrain refinementinspinodal aluminumalloys为题，在线发表于Advanced Materials（DOI：10.1002/adma.202303650）。研究工作得到国家重点研发计划、国家自然科学基金和中国科协青年人才托举工程等的支持。

（本刊记者 良辰）

清华航院课题组在类脑机械计算领域取得重要进展

人们一直希望能够创造出本身具有信息自主处理能力的材料，即类生命体的“智慧型”材料。要实现这一目标，关键在于能够与材料有机融合的机械计算。力学超材料的发展为解决这一难题提供了新的思路。

常见计算机采用冯·诺依曼提出的独立计算和存储模块来集中处理信息，保证了现代计算机的通用性，但模块内和模块间的大量数据读写和交换已成为计算的一大瓶颈。人脑由海量的神经元组成，对信息的处理是分布式的，能根据环境感知信息，结合自身记忆进行分析、计算和判断，从而高效调控生理状态和行为。类脑神经形态计算的这种分布式特点对数据密集型任务及数据读写、传输困难的任务具有明显优势。

最近，清华大学航天航空学院陈常青教授团队提出了神经形态的存内机械计算框架，在类脑机械计算领域取得了重要进展。该架构借助力学超材料，由分布式的机械内存单元组成。当接收到时间信号时，系统会基于当前状态向下一个状态演化，而计算则直接在内存中进行，最大限度地减少了“计算”和“数据”之间的距离，简化了数据传输和交换，便利了任务的执行。内存单元通过移位寄存器、同或门和感知器3种基本力学相互作用进行连接，为机械体系的学习、自适应和功能完备地执行类神经功能提供了基础。

基于所提出的存内机械计算架构，研究团队分别构筑了可重编程机械二值化神经网络和自学习感知器两个试验示例，展示了其应用前景；而且示例显示，在机械内存中可进行计算的分布式信息处理，从而能最大程度上发挥结构本身的智能，为构建新一代的类生命体的“智慧型”材料提供基础。

该成果以In-memory mechanicalcomputing为题，在线发表于Nature Communications。

下图为机器自学习感知器。

（本刊记者 良辰）

航空发动机和燃气轮机领域卓越工程师培养首届院长论坛召开

2023年8月19日，由北航航空发动机研究院（简称“航发院”）发起并主办的“两机”领域卓越工程师培养首届院长论坛在北京召开。中国航空发动机集团有限公司（简称“中国航发”）、中国航发北京航空材料研究院、中国船舶集团有限公司（简称“中国船舶”）703所、中国船舶第七研究院等联合培养企业代表，清华大学、西北工业大学、南京航空航天大学、厦门大学、上海交通大学、哈尔滨工业大学、哈尔滨工程大学等高校代表，北航研究生院、国家卓越工程师学院、能源与动力工程学院以及航发院等北航校内代表共20余人出席了会议，会议由航发院常务副院长胡殿印主持。

论坛开幕式上，北航研究生院副院长蔡军表示，本次论坛正值首届卓越工程师学生入企实践的关键时期，期待通过此次交流，全力保障好学生入企实践，企业与高校合力打造“两机”领域卓越工程师培养改革的“样板间”。

在主题报告环节，北航航发院副院长刘火星、中国航发人力资源部专业人才处副处长刘锦虎、西北工业大学国家卓越工程师学院常务副院长缑林峰、哈尔滨工业大学航空研究院执行院长王松涛、北航国家卓越工程师学院常务副院长曹庆华围绕培养方案、专业实践、综合评价标准、校企导师队伍建设等内容进行了经验分享。随后，与会人员围绕“两机”领域卓越工程师培养的问题和举措进行了深入讨论和交流。

“两机”领域卓越工程师培养首届院长论坛旨在建立“两机”领域卓越工程师培养长效沟通机制，持续探索产教协同机制创新，打造卓越工程师人才培养范式。参加论坛的高校和企业代表达成共识，共同发起定期举办“两机”领域卓越工程师培养院长论坛的倡议。

（本刊记者 良辰）

西工大在大模型异构智能体方面取得新进展

近日，西北工业大学光电与智能研究院李学龙教授团队在大模型异构智能体方面取得重大进展，实现了大模型对无人机集群、机器狗、机械臂3种智能体的真机协同控制。该成果展示了大模型在智能体控制方面的能力，也为智能无人系统的研究提供了无限可能。

在人工智能领域，大模型控制智能体是大势所趋。研究团队提出了一种大模型驱动的异构智能体协同控制算法框架，使异构智能体系统具备高层语义理解能力、自身技能认知能力和复杂任务执行能力。

如何充分发挥大模型的语义理解能力，让无人机、机器狗、机械臂等人造智能体能够根据输入的自然语言分工合作，是智能体在现实场景中执行复杂任务的前提条件。针对该问题，研究团队利用国产大模型作为语义理解底座，以无人机集群、机器狗、机械臂3种异构智能体作为协同控制平台，设计了融合环境信息与自身状态的语义交互框架，实现了对异构智能体任务理解、硬件控制、协调合作等复杂需求的高层语义交互。

智能体的行为能力易受周围环境、自身机械结构等限制因素的影响。如何在多变的外界环境下让智能体准确地认知当前自身的行为能力，是异构智能体协同的关键环节。为了实现这一目标，团队提出了异构智能体通用中层技能认知算法，实现了异构智能体间精细的硬件协同控制。在此基础上，智能体通过自主环境感知、自身状态建模、协同运动规划，自适应地调整技能执行。

为了完成复杂任务目标，异构智能体协作需要依据子任务间的依赖关系和环境约束，设计安全合理的子任务执行次序和方式。针对该问题，团队设计了多智能体闭环反馈的任务执行机制，实现了异构智能体在任务执行层面的自主协同。在任务执行的过程中，智能体向任务分解模块报告子任务执行状态，形成任务分配与执行动态闭环，实现任务目标导向的异构智能体高效协同。

该成果是大模型算法和智能体硬件交叉的创新性研究，实现了用更自然、更直观的方式进行多种智能体的控制，降低了人机交互的门槛。同时，该研究也将促进异构智能体之间协作的自主性和流畅度，对人工智能在灾难救援、工业生产等复杂场景下的灵活应用具有重要意义。（本刊记者 良辰）

理化所关于强负面压缩性材料研究取得进展

在等静压力下沿着特定方向尺寸发生膨胀的现象称为负压缩。负压缩这一反常的应力-应变响应特性是压力调控结构获得新奇物性（如超导、压致荧光等）以及突破常规材料性能极限（如泊松比、压电系数）的重要手段。从维度上分类，负压缩可分为线（一维）、面（二维）和体（三维）。面负压缩是负压缩性的极限，具有最高的结构-性能调控维度。幅度和压力区间决定了压力调控的精度和压力范围，是面负压缩性的两大关键指标。在Lifshitz机制主导的面负压缩材料中，负压缩性源自由刚性结构基元构成的二维褶皱结构中褶皱的展开，具有很宽的压力范围，在这一材料体系中不断地提升面负压缩幅度是研究焦点。

近日，中国科学院理化所研究员林哲帅、姜兴兴等，提出在二维范德华层状晶体中通过压力诱导电荷转移达到增强晶格结构变化，进而提升面负压缩幅度的策略，发现了迄今面负压缩效应最强的材料PdSe2晶体。该研究建立了压力下电子-晶格结构演变之间的关联，提出了全新的从电子结构角度调控设计面负压缩材料的新方法。

研究表明，在二维范德华晶体中，由于相邻层之间只存在范德华相互作用，压力下层间隙的剧烈收缩会使层间发生强烈的相互作用。当二维层以贵金属Pd2+、Au+、Ag+、Cu2+等为中心离子的线状或平面状多面体为基本结构单元构成时，层间的阴阳离子之间会发生电荷转移，使层内键长键角发生剧烈变化，从而大幅度增强面负压缩性。在此“电荷转移”策略的基础上，该团队在二维范德华晶体数据库中进行了大规模的结构探索，结合同步辐射高压衍射试验，发现了迄今为止具有高压负面压缩幅度最大（-13.14 GPa）、压力范围最宽（3.94～11.37 GPa）的PdSe2晶体。高压拉曼测试结合第一性原理计算表明，在PdSe2晶体中，除了常规Lifshitz理论框架中的压力诱导褶皱展开外，压力下层内Pd—Se键反常的伸长对增强负面压缩具有关键作用，而层内-层间电荷转移导致的层内Pd—Se键电荷的减少是压力下化学键伸长这一反常结构变化的内在驱动力。

相关成果以Unexpectedgiantnegative areacompressibilityin palladiumdiselenide为题，发表于NationalScience Review。

下图为与迄今所有面负压缩材料的比较。

（本刊记者 良辰）