强度和韧性的“倒置关系”是材料研究领域长期存在的难题。大量的实验表明，随着金属材料内部晶粒尺寸的降低，在强度获得提升的同时，韧性将大打折扣。目前，广泛采用的高强材料韧化策略有：（1）改变组分，通过引入和调整材料的多种主要元素，同时激活多种塑性变形机制，高熵合金材料就是采用这种思路；（2）改变微结构，在材料内部引入一种或多种梯度分布的微结构，避免由于特征长度突变带来的性能突变，有效克服金属材料强度和韧性的失配问题，这种材料被称为梯度纳米结构材料。 图1 梯度结构金属材料的类型（摘自：李毅，梯度结构金属材料研究进展，中国材料进展，2016, 35: 658-665）人工制备的梯度纳米金属结构主要包括以下几种：梯度晶粒，梯度位错，梯度孪晶，梯度固溶物，梯度相，以及包含两种以上的梯度混合结构。在已经发展成熟的金属材料内部引入梯度纳米结构，可以进一步提高其强韧性匹配能力。例如，通过表面研磨处理（SMAT）在孪晶诱发塑性（TWIP）钢表面引入大量的塑性变形，使其表面晶粒细化，随着深度的增加，晶粒细化的程度逐渐降低，同时塑性变形也会导致位错演化和孪晶的产生，因此在TWIP钢内部形成了包含梯度晶粒，梯度位错和梯度孪晶的梯度混合结构。这种梯度纳米结构TWIP钢的强度可以提升50%，断裂应变仅从60%下降到52%，具有更高的强韧性匹配能力。目前，关于梯度纳米结构TWIP钢的研究集中于实验，反映物理机制的本构模型研究还鲜见报道。西南交通大学力学与工程学院张旭教授与德国马普钢铁所、中国钢铁研究总院等机构开展合作，指导博士生陆晓翀发展出考虑位错滑移和变形孪晶等物理机制的微结构尺寸相关晶体塑性本构模型。依托DAMASK平台将该模型移植有限元，并对梯度纳米结构TWIP钢的单轴拉伸变形行为展开模拟，揭示了其微结构演化与宏观性能之间的关系，量化了不同梯度结构对材料强韧性的贡献。相关研究工作已在金属材料与固体力学交叉领域顶级期刊《International Journal of Plasticity》上在线发表，论文题目为Crystal plasticity finite element analysis of gradient nanostructured TWIP steel。 论文链接： https://doi.org/10.1016/j.ijplas.2020.102703作者首先使用不同晶粒尺寸Fe-15Mn-2Al-2Si-0.7C (wt.%) TWIP钢的单拉实验数据验证该模型的合理性，结果表明该模型对不同尺寸下的应力应变响应和应变强化行为都可以较好地描述，特别是细晶TWIP钢硬化率曲线中的up-turn效应。通过对内变量演化的分析及对比性模拟，作者发现这种up-turn效应源自于细晶中显著的背应力。 图2 对比不同晶粒尺寸TWIP钢的单拉实验和模拟结果由于梯度纳米结构TWIP钢的微结构十分复杂，晶粒数目众多，通过采用三维均匀化方法，建立了宏观试样尺寸的有限元模型。通过对每层单元赋予不同的晶粒尺寸，初始位错密度和孪晶体积分数，离散地描述材料内部微结构的梯度分布，并通过梯度网格划分方法进一步减少单元数目。对于材料表层微结构变化剧烈的区域，采用密度较高的网格，以保证更加精确地描述微结构的梯度变化。 图3三维均匀化方法示意图作者利用发展的晶体塑性模型，对均匀和梯度纳米结构的Fe-10Mn-0.5C-3Ni (wt.%) TWIP钢的单拉变形行为进行模拟。结果表明，在合理描述均匀结构TWIP钢应力-应变响应的基础上，通过引入微结构的梯度分布，无需修改任何参数就可以较好地描述梯度纳米结构TWIP钢的单拉力学行为。通过对比变形云图，作者发现均匀和梯度纳米结构TWIP钢的表面都会变的粗糙不平，但梯度纳米结构的表面粗糙度更加明显，产生的应变局域化形成了两个凹陷区，且凹陷区在垂直于平面方向也会发生收缩。随着深度的增加，收缩程度逐渐降低。通过对比性模拟，作者发现表面凹陷区的出现就是梯度纳米结构TWIP钢韧性略微下降的原因。而应变局域化的产生与表面纳米层晶粒的应变强化能力有关，提高表面纳米晶的硬化能力，就可以抑制表面凹陷区的出现和韧性的下降。此外，作者通过分析不同层位错密度的演化，进一步证实了上述观点。作者还通过对比性模拟量化了不同梯度结构对材料强韧性的贡献。结果表明：强度的提升源于梯度位错结构，梯度晶粒和梯度孪晶结构有助于保持材料的应变强化能力。 图4 均匀结构和梯度纳米结构TWIP钢的模拟结果对比分析。

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纳米多孔金属材料由于具有独特的三维、连续多孔结构，在超级电容器、催化和传感领域有潜在的应用价值。以纳米多孔金、纳米多孔钛为基体材料，利用磁控溅射沉积、去合金法、电化学沉积等方法。

本发明公开了一种基于支持向量机的纳米结构形貌识别方法。首先生成训练光谱，确定支持向量机的核函数与训练方式；生成测试光谱及多种不同的支持向量机；利用测试光谱对支持向量机进行特征形貌识别准确率测试，找出识别准确率、训练光谱数目和核函数之间的关系，作为支持向量机训练的指导原则；对测试光谱添加不同量级的噪声影响，将含有不同量级噪声的测试光谱用于支持向量机中进行测试，找到在能保证正确识别率较高情形下所能添加的最大噪声量级，作为另一指导原则；利用两个指导原则，训练得到最优的支持向量机；对真实待识别结构对应的测量光谱进行映射，识别其形貌。本发明可以对半导体纳米结构的形貌特征进行快速、精确地识别。

本发明公开了一种用于提取半导体纳米结构特征尺寸的方法，包括待提取参数取值范围的划分，子光谱数据库的建立，支持向量机分类器训练光谱的生成，支持向量机分类器的生成、测量光谱的映射和在子光谱数据库中进行的最相似光谱搜索。与现有方法相比，本发明方法通过额外增加一个可以离线进行的支持向量机分类器训练环节，实现了将测量光谱映射到一个小范围的子数据库中。与在整个大数据库中进行最相似光谱检索相比，在子数据库中展开的检索所消耗的时间大大减少。并且，通过增加每个分类器中包含的类数，可以得到更小的子数据库，从而进一步加速参数的提取。该方法实现了参数的提取速度可预期与可控。

本发明公开了一种用于微纳米颗粒表面修饰的装置，包括：反 应腔，其内部形成的空腔用于作为前驱体与微纳米颗粒的反应空间； 多个前驱体供应装置，其分别通过管道与所述反应腔相通以提供不同的前驱体；载气输送系统，前驱体通过该载气输送系统输出的载气输 送到反应腔中；以及粉体颗粒装载装置，用于承载待修饰的微纳米颗 粒；通过多个前驱体供应装置分别向反应腔交替地输送前驱体，并进 入旋转的粉体颗粒装载装置中以与微纳米颗粒表面接触进行原子层沉 积反应，从而在微纳米颗粒的表面形成包覆薄膜，实现表面修饰。本 发明还公开了利用

金属纳米结构中的自由电子振荡与外部光场发生耦合，形成局域表面等离激元共振，可以将光场压缩到纳米尺度。利用高品质因子光学微腔来调控金属颗粒的电磁场环境。相比于真空环境，光学微腔调制的电磁环境与等离激元共振模式有更强的耦合，增强了等离激元的辐射输出。高效的输出渠道使得能量不再集中于吸收区域，从而减小其热损耗。相比于真空中的金属颗粒，微腔调制的金属颗粒可以将单原子的辐射效率提升40倍，输出功率提升50倍。

本发明公开了一种纳米纤维素晶体粘弹性的改性方法，属于纳米纤维素晶体的改性方法领域，具体公开了甘油或甘油联合氯化钠在改善纳米纤维素晶体粘弹性中的应用，具体的改性方法为，将质量体积(g/ml)分数为2％、4％、6％或8％的氯化钠和质量体积(g/ml)分数为6％的NCC分散于质量体积(g/ml)分数为0.4％的甘油的水溶液中，40KHZ室温超声10min分散即可。该方法简单，不破坏纳米纤维素晶体的结构，改善粘弹性，不影响纳米纤维素晶体在后期的使用，避免纳米纤维素晶体在使用时由于粘弹性的降低而无法达到最终目的的问题。

  巨霍尔效应是纳米铁磁金属颗粒薄膜中反常霍尔效应的巨大增强现象,是纳米材料的新效应,本课题利用巨霍尔效应原理,制备出磁场灵敏度高达125AT、具有实用价值的新型的纳米铁磁金属颗粒薄膜磁敏材料;并将颗粒薄膜应用于霍尔器件,替代现有的掺杂半导体活性层材料,制备出具有实用意义的新型霍尔器件原型。    本课题的研究,率先将纳米体系的新效应巨霍尔效应原理应用于传感器件领域,制备出具有实用价值的新型纳米材料及微型霍尔器件,具有原始创新性。与传统的半导体霍尔器件相比,基于纳米铁磁金属颗粒薄膜巨霍尔效应的霍尔器件具有体积小、制备工艺简单、高度集成、灵敏度高等优点,因此具有更为重要的应用价值。特别是纳米铁磁金属颗粒薄膜霍尔器件具有的工作温度宽、温度稳定性能优异、抗核辐射等优点,在微弱磁场探测、航天器的精确定位、导航以及军事装备等方面都具有十分重要的用途,市场前景广阔。   本课题利用巨霍尔效应原理,首次制备出磁场灵敏度高达125VAT、具有实用价值的新型的纳米铁磁金属颗粒薄膜磁敏材料;并将颗粒薄膜应用于霍尔器件,替代现有的掺杂半导体活性层材料,制备出具有实用意义的新型霍尔器件原型。主要创新点有将稀磁半导体引入纳米铁磁金属颗粒薄膜体系,替代绝缘体母体材料,使体系在厚度较小的情况下,仍能保持高温铁磁性;制备出不同种类的具有高灵敏和实用价值的纳米铁磁金属颗粒薄膜磁敏材料;将具有巨霍尔效应的纳米铁磁金属颗粒薄膜应用于传感器件,替代现有的掺杂半导体活性层材料,制备出具有实用意义的新型霍尔器件。    主要创新点有将稀磁半导体引入纳米铁磁金属颗粒薄膜体系,替代绝缘体母体材料,使体系在厚度较小的情况下,仍能保持高温铁磁性;制备出不同种类的具有高灵敏和实用价值的纳米铁磁金属颗粒薄膜磁敏材料;将具有巨霍尔效应的纳米铁磁金属颗粒薄膜应用于传感器件,替代现有的掺杂半导体活性层材料,制备出具有实用意义的新型霍尔器件。相关成果已获国家发明专利授权九项。    本课题的研究,将巨霍尔效应这一纳米体系的新效应应用于器件领域,以纳米铁磁金属颗粒薄膜替代现有霍尔器件的掺杂半导体活性层材料,是一个全新的技术,取得了多项具有原始创新性的技术成果,进一步推进了纳米材料在新材料技术、电子信息技术等领域]应用    应用状况:    与传统的半导体霍尔传感器件相比,基于纳米铁磁金属颗粒薄膜巨霍尔效应的霍尔传感器件具有体积小、制备工艺简单、高度集成、灵敏度高等优点,因此具有更为重要的应用价值。特别是纳米铁磁金属颗粒薄膜霍尔器件具有的工作温度宽、温度稳定性能优异抗核辐射等优点,在微弱磁场探测、航天器的精确定位、导航以及军事装备等方面都具有十分重要的用途，市场前景广阔。

传统荧光指示剂以有机染料和量子点晶体等下转换发光材料为主，而本项目申报的上转换荧光纳米材料是一 种全新的荧光材料。现有基于荧光的成像、检测技术所使用的都是下转换发光材料，与其相比，上转换荧光材料和技术有显著优势：光学性能独特、背景噪音低、灵敏度高、 光学稳定性好。目前对此新型材料的关注越来越多，可在很多领域取代传统发光材料设计新的产品，具有很大的市场发展空间。