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極端環境特種功能材料研究中心

   在航空發動機、燃氣輪機、儲能與分布式能源、高端海洋工程裝備、精密制造等應用領域,材料的服役環境變得極端苛刻,高溫、高速、高壓、腐蝕等惡劣工況環境對材料性能的要求越來越高。另外,在機械裝備運行過程中,也會出現大量的腐蝕、磨損、疲勞和老化失效現象,造成巨大損失。這一問題逐漸成為制約材料應用和工業技術發展的瓶頸。先進功能材料及功能涂層和技術能夠極大地提高材料抵御環境的能力,賦予材料新的或更高的機械功能、物理功能、化學功能和特殊功能,從而滿足各種惡劣工況的應用需求。然而,我國對先進功能材料領域的基礎研究仍然相對薄弱,缺乏功能材料的基礎數據,嚴重制約了先進功能材料和技術的發展。為了更好地服務于國家重大項目和重點行業,將開展先進功能材料的應用基礎研究,推動我國現代材料科學技術的發展和應用。主要開展以下研究:

(1)新能源功能材料。非平衡凝固條件下的多尺度結構表面與界面的形成機制;微納結構調控機制及微納尺度下氧化還原反應機理;表面功能化技術的改進和優化;電致變色涂層結構、界面作用對器件性能的影響機理;高性能、長壽命電致變色材料的設計、器件組裝及評價;建立電致變色器件性能測試平臺,系統評判電致變色器件適應性,研究電致變色不同功能層之間的界面、結構的匹配性,考察電致變色器件失效行為。

(2)耐磨減摩材料。研究耐磨減摩材料在復雜服役環境下的摩擦學行為以及磨削或沖刷條件下的導熱、磨損、氧化等行為規律,闡明其失效機制;研究材料的微結構、成分等因素的演變與退化規律,研究基體與涂層之間界面的適應性及匹配性原理及金屬間的互擴散行為,確定界面傳質與結構演化規律,闡明互擴散機制;建立耐磨減摩材料性能評價的試驗平臺,研究其性能表征方法,對耐磨減摩材料結構與性能實施原位/實時研究,揭示與之相關的新現象,發展新材料和新應用。

(3)海洋防腐材料與涂層。組建可模擬海洋及深海環境復雜因素的鹽霧試樣裝置,實現環境氣氛的溫度、濕度、鹽濃度、氧含量以及光輻照的可調控,提出服役環境的模擬理論與方法;研究典型發動機防護材料的電化學腐蝕行為和機制;結構設計和制備工藝對典型海洋關鍵部件材料體系腐蝕行為的影響機制;材料腐蝕失效和功能退化的主要結構控制參數與主要服役影響因素;創建典型在役海洋材料的多因素耦合腐蝕失效壽命預測模型;激光誘導超疏水表面微結構構筑機理,發展超疏水表面粗糙結構構筑物理模型,建立超疏水微結構的疏水性、耐久性的測試和綜合評價方法。

(4)高溫防護材料及涂層。發展新型高效高溫功能材料和涂層制備技術,獲得高溫功能材料組織結構調控的基礎理論,突破制約高溫功能材料及涂層性能提高的瓶頸,建立激光熔覆、熱噴涂、磁控濺射等完整的涂層制備平臺;獲得高溫功能材料結構、工藝和性能之間的基礎數據,建立高溫功能材料界面演變與損傷失效模型,建立高溫材料及涂層損傷失效評價方法與平臺。

   通過上述研究,探索現代材料科學領域在高溫防護、新能源、耐磨減摩、海洋防護四個方向的應用,為國家相關重大工程、重點行業戰略需求提供理論基礎,最終實現關鍵技術的突破與革新;搭建用于基礎研究的環境模擬與檢測平臺,揭示功能材料及涂層微結構與界面結構演變規律和功能涂層損傷失效機制,發展功能材料及涂層的損傷失效評價方法;形成基礎研究、關鍵技術攻關、產業化一體化協調的國際一流的研發基地。


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