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说明: 来源:材料科学与工程  作为机械设备中不可或缺的核心零部件,轴承支撑机械旋转体,降低其摩擦系数,并保证其回转精度。无论飞机、汽车、高铁,还是高精密机床、仪器仪表,凡是旋转的部分,都需要轴承。  毫不夸张地说,发动机中的轴承一直在“炼狱”中工作——它不仅要以每分钟上万转的速度长时间高速运转,还要承受着各种形式的应力挤压、摩擦与超高温。这对轴承的精度、性能、寿命和可靠性提出了高要求,而决定这四点的关键因素,在于其材质。  遗憾的是,虽然我国的制轴工艺已经接近世界顶尖水平,但材质——也就是高端轴承用钢几乎全部依赖进口。  我国高端轴承材质卡在哪个环节  据科技日报报道:作为“中国企业100强”,华东某大型国有钢铁集团拥有自己的精品钢基地,但却做不出轴承用高端钢,只能依赖进口,前不久,花了近1亿元进口轴承用钢。  一般而言,在钢铁行业,8个PPM的钢属于好钢;5个PPM的钢属于顶级钢,正是高端轴承所需要的。高端轴承用钢的研发、制造与销售基本上被世界轴承巨头美国铁姆肯、瑞典SKF所垄断。前几年,他们分别在山东烟台、济南建立基地,采购中国的低端材质,运用他们的核心技术做成高端轴承,以十倍的价格卖给中国市场。炼钢过程中加入稀土,就能使原本优质的钢变得更加“坚强”。但怎么加,这是世界轴承巨头们的核心秘密。  稀土被称为“工业维生素”,稀土钢是指含有一定量稀土的钢。上世纪80年代,我国曾掀起稀土钢的研发和应用高潮,科学家们普遍认为,炼钢过程中加入稀土是解决高端轴承用钢的技术方向,但是在钢中加入稀土后,钢的性能变得时好时坏,在大规模生产过程中也极易堵塞浇口,虽经多年攻关仍未能突破技术瓶颈,这也导致稀土在钢铁行业应用中由热变冷。  如同一盆水中滴入一滴墨水,1吨钢加入多少微量稀土比较合适?怎么加?  西王特钢传来捷报  随着西王特钢与中科院金属所合力打造的首批高端稀土轴承钢顺利下线,这一问题将迎...
说明: 来源:大连理工大学  光应答分子材料可以在不同波长的光照射下在两个或多个状态之间可逆切换,导致材料颜色、形状、磁性、导电性等物理化学性质变化,从而在分子开关、传感及高密度存储器件等领域具有广阔的应用前景,近年来受到能源、催化、多功能材料等领域研究者们的广泛关注。然而,目前光响应材料特别是有机分子材料往往涉及分子结构层次上的化学键改变或基团转动,受限于空间位阻,通常只能在溶液中进行高效的转换,如何在固态实现各种功能的快速可逆控制是发展固态光响应分子器件中面临的重要挑战。光致金属离子的电子迁移或者重排可以在电子结构层次调控材料性能,并在固态进行高效可逆的转变,为实现固态分子开关材料多功能调控提供了途径。  精细化工国家重点实验室刘涛教授课题组深入思考光诱导电子迁移重排与材料多功能耦合之间的关系,提出利用电子迁移与重排引起的自旋、电荷、键长以及吸收光谱的变化控制磁性(Jiang Wen-Jing and Liu Tao, et al. Chem. Sci. 2018, 9, 617;Jiao Cheng-Qi and Liu Tao, et al. National Science Review 2018, DOI: 10.1093/nsr/nwy033)、电性(Hu Ji-Xiang and Liu Tao, et al. Angew. Chem. Int. Ed. 2017, 56, 7663)、热膨胀(Hu Ji-Xiang and Liu Tao, et al. Angew. Chem. Int. Ed. 2017, 56, 13052)和光学性质(Wang Jun-Li and Liu Tao, et al. Chem. Sci. 2018, 9, 2892)等。目前已成功利用激光实现了对磁偶极矢量、电偶极矢量、膨胀行为、和荧光发射行为的可逆操纵,为进一步实现光调控分子...
说明: 来源:中国科学报   现代通信系统通常利用光导纤维在设备内部或者设备之间传递信号。这些设备中的集成光路将多种功能结合进单个电路中。不过,信号传递需要长的光导纤维,从而使设备很难小型化。为解决这一问题,科学家开始测试平面型波导,而非长的光导纤维。  在美国物理学会(AIP)出版集团所属《应用物理学杂志》上,英国利兹大学科研人员报告了针对一种玻璃的激光辅助研究。该研究展示了其作为一种宽带平面波导放大器材料的前景。这种材料通过将一类由锌、钠、碲制成的玻璃和稀土元素铒掺杂在一起获得。掺杂了铒的波导放大器本身已经受到关注,因为铒的电子跃迁发生在通信技术的标准波长1.5微米上。  平面型波导引导光线沿着单一几何平面传播。研究人员采用了一种被称为超快激光等离子体掺杂的技术。该技术利用超快激光器将铒离子作为薄膜融入二氧化硅衬底。研究人员将高强度激光器瞄准掺杂了铒的玻璃表面。这会炸出一个微小的坑,并且产生由喷射材料羽流形成的薄膜。  薄膜形成过程产生的测量结果聚焦这种玻璃的消融阈值。这个量描述了利用强激光辐照将原子或分子分离所需的最小能量。研究人员确定了这个系统的消融阈值如何受到激光束半径、激光脉冲数量以及铒离子掺杂剂浓度的影响。  他们发现,消融阈值并不取决于制造设备所需的铒离子的低掺杂浓度。论文作者Thomas Mann表示,尽管该研究完全关注的是将铒离子作为掺杂剂,但“相关结果可适用于经过超快激光器处理的其他介质材料”。  研究人员还分析了在玻璃中爆炸形成的小坑形状和特征。理解制造过程中产生的小坑的形态学,对于控制诸如有孔性、表面积以及材料散射或者吸收光线的能力等属性非常重要。
说明: 来源:中科院物理所  单分子磁体(single-molecule magnet)是由分立的、无磁性相互作用的纳米尺寸分子单元构成的一类特殊磁体,每个分子都是一个独立的磁性功能单元,其在高温下表现为超顺磁性,在低温下出现磁滞和磁化量子隧穿行为。单分子磁体有望作为信息存储单元,用于实现超高密度信息存储。同时,对单分子磁体的磁化量子隧穿效应的研究也有利于揭示量子力学行为是如何在宏观尺度上起作用,并可能应用于量子计算。自1993年发现第一个单分子磁体Mn12以来,人们已经合成出大量基于过渡金属磁性离子和稀土磁性离子的单分子磁体,并对其磁性开展了深入的研究。然而,对于单分子磁体的电学性质的研究还鲜有报道。近期,中国科学院物理研究所/北京凝聚态物理国家研究中心磁学国家重点实验室研究员孙阳指导博士生马怡妮娜与南开大学化学系博士王玉霞、教授师唯、程鹏等合作,研究了单分子磁体的介电性质,首次在一种含稀土离子Dy的单分子磁体中,观察到显著的磁介电效应。  王玉霞等利用溶液缓慢蒸发法合成出一种[Dy(L)2(C2H5OH)Cl3]·C2H5OH单分子磁体单晶样品,尺寸可以达到毫米量级,为电学测量打下了基础。在该晶体中,强自旋-轨道耦合的Dy离子处于轻微畸变的八面体配位场中,具有单轴各向异性,有利于形成单分子磁体。通过交流磁化率和直流磁化强度的测量,确定了该单分子磁体的低温磁性弛豫行为和磁各向异性。在此基础上,马怡妮娜利用孙阳研究组自主研制的多功能磁电耦合测量系统,仔细测量了该单分子磁体不同晶向的介电常数随温度和磁场的变化。在低温下(2—40 K),其介电常数随磁场增加而上升,到8T磁场时依然没有饱和,表现出显著的磁介电效应。该效应被认为是来源于高自旋态的三价Dy离子,具有较强的自旋-晶格耦合,外加磁场导致局域晶格的收缩,进而产生电容的变化。这是首次在单分子磁体中观察到磁介电/磁电容效应...
说明: 来源:中科院福建物构所   由于稀土上转换纳米晶具有将近红外光转换成短波长可见-紫外光的上转换发光特性,同时中空核壳结构纳米晶具有高比表面积及丰富可调的孔道结构等优点,中空核壳结构稀土上转换纳米晶在生物传感及成像、药物缓释和医学诊疗等方面具有广泛的应用前景。迄今,合成中空核壳结构上转换纳米晶主要是利用硬模板法。然而,硬模板法需要先对上转换纳米晶进行二氧化硅或聚合物包覆,随后通过选择性腐蚀或者高温煅烧去除模板,其合成工艺较复杂且无法实现在衬底上原位构筑中空核壳结构纳米晶,从而大大限制了其应用范围。  通过在稀土上转换纳米晶表面外延生长均匀包覆同质壳层通常被认为是减少原有纳米晶表面缺陷密度,从而提高上转换发光效率的一种有效策略。然而,对于同质包覆核壳结构上转换纳米晶核壳界面结构尤其是界面缺陷是否被显著抑制等基础问题尚缺乏深入的实验研究。在国家自然科学基金杰出青年科学基金、科技部“973”计划、中国科学院战略性先导科技专项和创新国际团队等的支持下,中科院福建物质结构研究所功能纳米结构设计与组装重点实验室陈学元研究小组和王元生研究小组合作,徐金等通过电子束辐照核壳结构稀土上转换纳米晶(NaLuF4:Gd/Yb/Er@NaLuF4:Nd/Yb@NaLuF4)发现同质包覆核壳结构纳米晶其内核与壳层界面处依然存在大量晶体缺陷,并且该界面缺陷浓度甚至高于内核中体相缺陷的浓度。在此基础上,研究者们巧妙地利用这种界面缺陷调控,借助电子束刻蚀首次实现了在碳膜衬底上原位构筑中空核壳结构稀土上转换纳米晶。在一定功率密度的电子束辐照下,预先沉积于碳膜衬底上的核壳结构稀土上转换纳米晶由实心球体快速转变为中空核壳结构,整个过程在30秒内即可完成,并且中空核壳结构纳米晶依然保持原有的晶体结构。通过对纳米晶由实心向中空核壳结构转变过程的原位透射电镜观察,并结合理论模型分析,研究人员进一步揭示了该中空...
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