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香港城市大学研制出超纳镁合金材料 应用前景广泛

香港城市大学机械工程讲座教授、2018光华工程科技奖得主吕坚。 中新社记者
谢光磊 摄

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据介绍,这种新材料可制成涂层加在人体膝盖、臀部的人工关节上,提高关节的抗磨损和抗腐蚀能力,降低患者对人工关节金属敏感的风险。同时也可应用在微机电系统,延长系统寿命。

“以前大部分材料是晶体材料或非晶材料,而超纳材料让我们在超小纳米晶金属材料和金属非晶材料中得到无数种组合,从而带来更多奇特的物理、化学性能,也为制备性能各异的超纳材料打开新的大门。”吕坚说。

报告一题目:Anodic and Cathodic Deposition of Nanostructured Materials
for Energy Application报 告
人:黄海涛博士,副教授,香港理工大学报告二题目:超纳双相结构铸就近理想强度超强镁合金报
告 人:吴戈博士,香港城市大学邀 请
人:金属材料科学与工程系报告时间:2018年11月12日上午10:00报告地点:逸夫人文馆报告厅欢迎广大师生参加!材料科学与工程学院2018年11月09日报告一摘要:Electrochemical
anodic and cathodic deposition are facile, versatile and controllable
methods to fabricate nanostructured materials for various kinds of
applications in sensing, catalysis, and energy conversion and storage.
In this talk, I will focus on the recent work of our group on
electrochemical anodization of metal oxide nanotube arrays and cathodic
deposition of transition metal oxides/hydroxides for energy
applications. In the first part, I will give a brief review on the use
of TiO2 nanotubes and/or photonic crystal nanotubes to direct the
propagation of light (photon management) for enhanced light harvesting
in dye-sensitized solar cells. The technique is also extended to the
anodization of valve metal iron and non-valve metal nickel for energy
storage applications. In the second part of my talk, I will give a few
examples on the electrochemical cathodic deposition of transition metal
oxide/hydroxide nanostructures for applications in supercapacitors and
oxygen evolution reaction.
报告二摘要:在材料研究领域,制备接近理论强度的材料是极为困难的。大多数制备较强材料的方法是基于控制材料中的缺陷以阻碍位错的运动,然而这种方法具有很大的局限性。例如,工业上使用的传统单相纳米晶合金和单相金属玻璃可以具备高强度,然而这些材料往往在较低的应变下便出现软化。此外,如果晶粒尺寸减小至超纳范围(超纳被我们定义为尺寸小于10
nm),由于反Hall-Petch效应的作用,材料会发生进一步的软化。在此报告中,将介绍使用结合超纳晶与非晶协同强化效应的机制来制备出一种超纳双相材料,使得这种材料在室温下具备近理想强度并解决了尺寸效应问题。这种超纳双相镁合金系统是通过磁控溅射方法将超纳晶粒均匀地嵌入富镁的无定形壳中,所得超纳双相材料的强度是近乎理想的3.3
GPa,这也是迄今为止强度最大的镁合金。同时,我们提出了一种强度增强机制,并由本构建模进行了分析。在材料制备过程中形成了一个由直径约6
nm且几乎无位错的超纳晶相,当应变发生时该超纳晶相阻止了主剪切带的传播,在任何已出现的主剪切带内,嵌入的超纳晶分裂和旋转,也有利于材料的强化和抵抗剪切带的软化效果。在报告的最后,将介绍超纳双相材料的一些潜在应用价值。我们相信,这种超纳双相构筑将提供一种制备全新材料的方法,使其具备非凡的机械、磁性、电子或催化性能。报告人简介:黄海涛,新加坡南洋理工大学材料科学博士,现任香港理工大学应用物理系副教授,系研究生课程主任。主要研究方向为电介质材料和具有新型纳米结构的新能源材料的制备,性能表征及物理机制研究。研究工作曾发表在国际著名学术期刊Nature
Photonics, Nature Communications,Chem,Energy & Environmental
Science,Advanced Materials,Advanced Functional Materials,Angew. Chem.
Int. Ed. 和Journal of the American Chemical
Society等上,共计发表SCI论文逾200篇。多次在国际学术会议上作邀请/大会报告并曾作为国际学术期刊Composites
Part A和Key Engineering
Materials的客座编辑。2014年荣获亚太材料研究学会的杰出成就奖,2017年荣获国土资源部科学技术奖二等奖。现任国际学术期刊Scientific
Reports,Composites Communications和Science of Advanced
Materials的国际编委,并曾担任英国皇家化学会刊物Journal of Materials
Chemistry
C的顾问委员。吴戈,1987年12月出生,2015年6月获华中科技大学微电子学及固体电子学博士学位,2015年11月获香港城市大学机械及生物医学工程专业博士学位。2015年11月至今在香港城市大学机械及生物医学工程系吕坚教授研究组任研究员。主要从事超纳双相材料,金属玻璃膜,高强高韧材料,镁基生物可降解材料研究。发表学术论文多篇,包括Nature一篇(cover
page),授权和申请专利3项。获香港2017青年科学家奖以及和中国新锐科技人物
“2017中国新锐科技知社特别奖”。

新华社香港4月6日电香港城市大学近日宣布,该校研究团队成功研制全球首创的超纳镁合金材料,其强度比现有超强镁合金晶体材料高出10倍,变形能力比镁基金属玻璃高出2倍,并可发展成生物降解植入材料。

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吕坚表示,镁合金密度低,是一种理想的轻型结构材料,在消费电子工业、航空及汽车领域都有广泛的应用前景。

作为国家恢复高考制度后于1978年考入北京大学的“新三届”学生,吕坚回忆起年少读书时光,仍感慨特定的历史时期,造就了当时特殊的学习环境。

领导该研究计划的香港城市大学副校长兼机械工程学讲座教授吕坚表示:“这种材料具有很大的应用潜力,可用于生物降解植入,具有超高耐磨性能,病人可因此避免进行第二次手术以取出零件。同时,镁是对身体有益的元素,有助于康复。”

今时今日的成果源于多年积累,为打开这扇“新大门”,吕坚其实已在材料科学领域内深耕逾30年。他在表面纳米化科学工程等领域的应用及前景贡献,令他获得2018年中国工程科技领域的最高奖“光华工程科技奖”。

据介绍,该研究团队经过5年多努力,研制出两相结构单元都小于10纳米的合金膜结构,并将其名为“超纳双相——玻璃纳米晶”。这是全球首创的合金结构系列,具有超高强度,每平方毫米可承受超过300千克压力,并具超高耐磨性及变形能力。

图片 2图为吕坚展示新型材料样本。
中新社记者 谢光磊 摄

去年5月,吕坚的研究成果——全球首创、强度最高的“双相超纳镁合金”材料相关论文在《自然》期刊以封面文章形式发表。这也是中国结构材料领域在《自然》杂志上发表的首篇封面文章。

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