High-throughput screening of the thermoelastic properties of ultra-high temperature ceramics
超高温陶瓷（UHTCs）是一组具有高技术兴趣的材料，因为它们在极端环境中使用。然而，它们在高温下的特性是其快速发展的主要障碍。从实验的角度来看，世界上只有少数实验室有资源在极端条件下测试这些材料，从理论的角度来看，实际方法非常昂贵。在这里，一个新的理论高通量框架的材料的热弹性性能的预测。这种方法可以系统地应用于任何种类的晶体材料，大大降低了以前方法的计算成本。在很宽的温度范围内计算了超高温超导体的弹性常数，与实验报道的值吻合得很好。此外，还探索了其他机械性质，例如体积模量、剪切模量或泊松比。具有类似计算成本的其他框架仅用于预测各向同性或平均性质，然而这种新方法以非常低的计算成本为各向异性性质的计算打开了大门。
2020-11-10 cond-mat.mtrl-sci
Pyroelectric thermo-wave probing of BaZr0.2Ti0.8O3 ceramics
Institute of Physics, National Academy of Sciences of Ukraine（乌克兰国家科学院物理研究所）；Frantsevich Institute for Problems in Materials Science, National Academy of Sciences of Ukraine（乌克兰国家科学院弗兰采维奇材料科学问题研究所）；V. Lashkaryov Institute of Semiconductor Physics, National Academy of Sciences of Ukraine（乌克兰国家科学院瓦·拉沙卡罗夫半导体物理研究所）；Institute of Physics, Czech Academy of Sciences（捷克科学院物理研究所）
本研究通过热波热释电探测固相合成的BaZr0.2Ti0.8O3陶瓷，发现其极性态存在不对称热释电响应，并揭示非遍历弛豫态及铁电-弛豫共存特性。
2026-09-30 cond-mat.mtrl-sci
High-entropy ceramics: propelling applications through disorder
无序增强了所需的特性，并为合成材料创造了新的途径。例如，硬度和屈服应力通过固溶强化而提高，这是变形和原子尺寸失配的结果。热化学稳定性增加的优先级的化学无序的混合物的高对称性的超晶格。振动热导率降低力常数无序，而不牺牲机械强度和刚度。因此，高熵陶瓷推动了广泛的应用：从耐磨涂层和热和环境屏障到催化剂，电池，热电和核能管理。在这里，我们讨论了该领域的最新进展，特别强调无序增强的性质和应用。
2021-11-22 cond-mat.mtrl-sci
Electrical conductivity of cellular Si/SiC ceramic composites prepared from plant precursors
在25-1073 K温度范围内测量了Si/SiC多孔陶瓷复合材料的电导率（sigma_dc），在25-300 K温度范围内测量了热电势（S）。值得注意的是，通过仿生途径开发的这些细胞化合物-其中陶瓷系统在保留天然模板的结构复杂性的植物生物模板内生长-被发现表现出与通过常规陶瓷途径制备的系统相当或甚至更好的优异的机械、热和电性能。平行测量的电导率（sigma||）和垂直于原生植物的生长轴（σ +），描绘了几乎与温度无关的各向异性（σ +/σ||），而热电势几乎是各向同性的。在整个温度范围内的电荷传导被发现密切遵循可变范围跳跃（VRH）机制。电导率各向异性似乎主要由生物模板的独特微细胞形态驱动，其可以在许多电应用中被利用。
2006-08-30 cond-mat.mtrl-sci
Observing and modeling the sequential pairwise reactions that drive solid-state ceramic synthesis
由粉末前驱体的固态合成是先进多组分陶瓷材料的主要加工路线。设计陶瓷合成路线通常是一个费力的试错过程，因为粉末前体的非均匀混合物通常通过一系列复杂的反应中间体演变。在这里，我们表明，从多个前体的相演化可以建模为一个序列的成对界面反应，热力学驱动力，可以有效地使用从头计算方法计算。使用经典的高温超导体YBa $_2$ Cu $_3$ O $_{6+x}$（YBCO）的合成作为一个代表性的系统，我们合理化如何取代常见的BaCO $_3$前体与BaO $_2$重定向相演变通过一个动力学容易的途径。我们的模型是验证从原位X射线衍射和原位显微镜观察，这表明从BaO $_2$在短短30分钟内快速YBCO的形成。通过结合热力学建模与原位表征，我们引入了一个新的计算框架来解释并最终设计复杂陶瓷材料的合成途径。
2021-01-13 cond-mat.mtrl-sci
Dual-Phase High-Entropy Ultra-High Temperature Ceramics
以N二元硼化物和（5-N）二元碳化物为原料，制备了一系列双相高熵超高温陶瓷（DPHE-UHTCs）。>~99%的相对密度已经实现，几乎没有自然氧化物。这些DPHE-UHTCs由六方高熵硼化物（HEB）相和立方高熵碳化物（HEC）相组成。的热力学关系，支配的HEB和HEC相平衡的组成被发现，并提出了一个热力学模型。这些DPHE-UHTCs表现出可调的晶粒尺寸，维氏显微硬度，杨氏模量和剪切模量，和热导率。DPHE-UHTC具有比两种单相HEB和HEC的加权线性平均更高的硬度，这两种单相HEB和HEC已经比单个二元硼化物和碳化物的混合规则平均更硬。本研究通过引入双相高熵陶瓷（DPHECs）扩展了现有技术，该双相高熵陶瓷提供了一个新的平台，通过改变相分数和微观结构来定制各种性能。
2020-05-22 cond-mat.mtrl-sci
A High-Temperature Thermocouple Development by Additive Manufacturing: Tungsten-Nickel (W-Ni) and Molybdenum (Mo) Integration with Ceramic Structures
本研究通过增材制造将含钨、钼、锑的导电金属浆料精准嵌入陶瓷基体T形沟槽并烧结，开发出可在极端高温下工作的热电偶，其与传统传感器对比的R²达0.9885，可靠性与准确性良好。
2024-09-18 cond-mat.mtrl-sci physics.chem-ph
First-principles study, fabrication and characterization of (Zr0.25Nb0.25Ti0.25V0.25)C high-entropy ceramic
通过第一性原理计算和热力学分析，分析了（Zr0.25Nb0.25Ti0.25V0.25）C高熵陶瓷（ZHC-1）形成的可能性，并采用热压烧结技术成功制备了ZHC-1。第一性原理计算结果表明，ZHC-1的混合焓为5.526 kJ/mol，混合熵为0.693 R ~ 1.040 R。热力学分析结果表明，ZHC-1在959 K以上是热力学稳定的，其混合吉布斯自由能为负。实验结果表明，ZHC-1（相对密度95.1%）具有单一的岩盐晶体结构，一些有趣的纳米片状结构和从纳米尺度到微米尺度的高组成均匀性。通过利用这些独特的特征，与初始金属碳化物（ZrC、NbC、TiC和VC）相比，其在室温下显示出15.3 ± 0.3W/（m.K）的相对低的热导率，这是由于固溶体效应、纳米片和孔隙的存在。同时，该合金具有较高的纳米硬度（30.3 ± 0.7GPa）和弹性模量（460.4 ± 19.2GPa），以及较高的断裂韧性（4.7 ± 0.5MPa.m1/2），这主要归因于固溶强化机制和纳米片拔出和微裂纹偏转增韧机制。
2019-02-28 cond-mat.mtrl-sci
Severe Plastic Deformation of Ceramics by High-Pressure Torsion: Review of Principles and Applications
本文综述了高压扭转法在陶瓷剧烈塑性变形中的原理与应用，涵盖微观结构演化、性能改善及高熵陶瓷等新材料合成。
2025-07-07 cond-mat.mtrl-sci
Bipolar electrocaloric effect in Pb1-xGdx(Mg1+x/3Nb2-x/3)O3 ceramic: relaxor with super-dipolar glass state
电热（EC）效应计算Gd取代PMN（x = 0至0.1）弛豫温度依赖的热容和极化测量，使用热力学麦克斯韦方程。极化随温度的变化揭示了玻璃化转变温度附近的异常行为，这是在附近的交叉从积极到消极的EC效应，这是解释唤起的临界减速的极性纳米域的动力学超偶极玻璃态冷却后。最大负EC系数随x从164 K时的0.4 K-mm/kV下降到0.1 K-mm/kV。
2018-09-07 cond-mat.mtrl-sci
Mechanistic Phase-Field Modelling of Woven-Domain Formation in Ferroelectric Material
National Institute of Technology Tiruchirappalli（国立特鲁奇拉帕利理工学院）
本研究通过无量纲相场框架，结合多物理相互作用与三维扩展模型，揭示缓慢冷却为铁电材料编织畴拓扑选择提供动力学窗口，且模型结果对数值参数变化具鲁棒性。
2026-08-25 cond-mat.mtrl-sci physics.comp-ph
Engineering Phonons in Compositionally Complex Carbide Ceramics
本研究通过从头计算和实验测量，揭示了成分复杂碳化物中质量与力常数变化对声子带结构和散射的调控作用，并发现五组分陶瓷热导率高于二元和三元合金，为极端环境应用提供新机遇。
2025-08-06 cond-mat.mtrl-sci
Single-Phase High-Entropy Intermetallic Compounds (HEICs): Bridging High-Entropy Alloys and Ceramics
为了填补传统高熵合金与新兴高熵陶瓷之间的知识空白，采用机械合金化和放电等离子烧结技术制备了高熵金属间化合物（HEICs）。值得注意的是，几种四或五组分等摩尔铝化物，如B2相（Fe 1/5Co 1/5 Ni 1/5 Mn 1/5Cu 1/5）Al，首次被制成单相HEIC。热力学建模和可逆的，温度依赖性，相稳定性实验表明，这样的B2相HEIC是熵稳定相。这些HEIC的结构类似于HEC的结构，在一个且仅一个子晶格中具有几乎相等分数的四个或五个元素的高熵混合，但具有显著（~10%）的反位缺陷（不同于典型的HEC）。提出了一种新的形成单一B2相HEIC的相稳定性规则。还制备了主要为D 022相的另外五种HEIC。这项研究拓宽了已成功制造的等摩尔，单相，高熵材料的家庭。
2019-02-27 cond-mat.mtrl-sci
Enhanced electrocaloric and energy-storage properties of environment-friendly ferroelectric Ba0.9Sr0.1Ti1-xSnxO3 ceramics
研究了采用传统固相反应法制备的环境友好型Ba 0. 9 Sr 0. 1 Ti 1-xSnxO 3（BSTS-x）铁电陶瓷的电热效应和储能性能。在我们的样品中发现了超过80%的显著能源效率。特别地，BSTS-5和BSTS-10样品在室温（RT）附近的宽温度范围内分别表现出92%和88%的效率。直接EC测量和间接方法的基础上的热力学方法被用来表征EC效应，两者都得到了一致的结果。BSTS-0在368 K下获得了最大的电热响应率0.73 K mm/kV，在仅为7.4 kV/cm的低外加电场下绝热温度变化DT（EC）为0.55 K。随着Sn含量的增加，BSTS-x陶瓷的EC响应降低，而它们的扩散性在以RT为中心的广泛的温度范围内增加。研究结果表明，设计具有更高EC效应和能量效率的环境友好型材料用于潜在的固态制冷和储能装置是可能的。
2022-09-28 cond-mat.mtrl-sci
Exploration of Hexagonal, Layered Carbides and Nitrides as Ultra-High Temperature Ceramics
针对六方层状碳化物/氮化物的结构等问题，本研究通过高通量DFT识别出67种热稳定性优异的新材料，结合机器学习预测熔点发现5种超2500K的候选，扩展了高温陶瓷的化学与结构范围。
2025-08-25 cond-mat.mtrl-sci
Polymer-derived SiOC Replica of Material Extrusion-based 3-D Printed Plastics
用增材制造（AM）获得陶瓷部件的一种有前途的方法是使用两步工艺，首先在聚合物中印刷人工制品，然后使用热解将其转化为陶瓷以形成聚合物衍生的陶瓷（PDC）。使用PDC的陶瓷部件的AM已经用许多高成本技术证明，但是缺乏基于熔丝制造（FFF）的3D打印的数据。这项研究调查了使用更低成本，更广泛和更容易获得的基于FFF的PDCs 3D打印的潜力。低成本的FFF机器具有由喷嘴宽度设定的分辨率限制，其劣于使用昂贵的SLA或SLS AM系统获得的分辨率。为了匹配性能，这里使用部分PDC转换，其中仅印刷聚合物框架的外表面转换为陶瓷。在这里，基于FFF的3D打印样品涂有预陶瓷聚合物，然后通过高温热解过程将其转化为相应的PDC样品。对商业长丝进行筛选实验，以通过表面涂覆硬热塑性塑料（聚乳酸（PLA）、聚碳酸酯（PC）、尼龙合金、聚丙烯（PP）、聚对苯二甲酸乙二醇酯（PETG）、聚对苯二甲酸乙二醇酯（PET）和共聚酯）和柔性材料（包括柔性PLA、热塑性弹性体和热塑性聚氨酯长丝）来获得陶瓷3D打印物。量化浸泡和热解步骤的质量和体积变化以形成中空陶瓷表皮。所有在250微米挤压的3D打印材料都成功地生产出了小于100微米的陶瓷皮肤。详细讨论了不同的3-D打印聚合物前体的优点和缺点，这种处理制度。对研究结果进行了分析和讨论，以期为PDCs增材制造的更广泛应用提供指导。
2019-09-05 cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph
Effective reduction in thermal conductivity by high-density dislocations in SrTiO3
本研究采用机械压印法在单晶SrTiO3中实现高密度位错，通过TDTR测量证实其在80至400 K范围内使热导率降低约50%，为热电材料热导率最小化提供了新途径。
2025-06-30 cond-mat.mtrl-sci
Ultra-low lattice thermal conductivity in tungsten-based scheelite ceramics
本研究通过固相反应法合成了钨基白钨矿陶瓷，发现引入阳离子空位可使其在673 K时表现出超低热导率，在结晶氧化物中处于最低水平，极具热障涂层和热电应用潜力。
2023-05-16 cond-mat.mtrl-sci
High-Entropy Grain Boundaries
高熵合金和陶瓷是否有对应的晶界（GB）？由于高熵晶界（HEGB）的概念于2016年首次提出，本文首次对底层界面热力学进行了完整而严格的讨论。一个简化的偏析模型可以说明GB和大容量的高熵效应，降低GB的能量随着温度的升高饱和的多组分（常规和高熵）合金。HEGB可用于通过热力学和动力学效应在高温下稳定纳米晶合金。GB结构无序和过渡提供了进一步的机会，以获得更高的有效GB熵。展望了未来。
2022-09-01 cond-mat.mtrl-sci
Analysis of residual stresses in thermoelastic multilayer cylinders
这里所面临的主题是一个轴对称多层结构的建模。在平面应变问题的框架内，提出了一个精确的解析公式。各向同性的线性热弹性材料构成了物体。层之间的完美和不完美接触可用于分析。推导出的精确解相比，有限元模拟。数值应用示出，以研究在冷却过程中的残余应力分布的组成材料的性能的依赖性。残余应力的脆性材料，特别是陶瓷，的作用进行了讨论。
2015-11-20 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.other
Monitoring Thermal Transformations in Hybrid Composites
混杂复合材料，有机和无机材料的混合物通常在热处理后达到其最终性能，包括部分或完全分解和化学反应。三个例子来证明监测这些复杂的转换，通过各种分析技术的可能性。第一种是含有有机和无机添加剂的聚脲基预浸料系统，在固化后进行热处理后实现极高的热稳定性。下一个例子取自氧化铝基陶瓷注射成型系统。研究了基体聚合物、添加剂柠檬酸、超高分子量聚乙烯（UHMWPE）以及氧化铝/氧化铝配比对陶瓷注射成型料的加工性能和孔隙率的影响。最后一个实施例提出了一种通过在金属注射成型原料中使用金属有机化合物作为添加剂来制备ODS（氧化物分散钢）体的新方法。应用的表征方法包括热重分析（TGA）、差热分析（DTA）、X射线衍射（WAXS）、X射线光电子能谱学（XPS）、结合能量色散X射线分析（EDX）的扫描电子显微镜（SEM）、振动光谱（Raman和FTIR）和密度测量。
2018-06-25 cond-mat.mtrl-sci
Fractional Modeling of Thermoelastic Fracture Behavior in a Cracked PZT-4 Strip under Transient Thermal Loading
National Institute of Technology Hamirpur（印度喜马偕尔邦哈米勒普尔国家技术学院）
本文研究了在瞬态热冲击载荷和预存应力场作用下，含垂直绝缘裂纹的横各向同性压电条的热弹性断裂响应，采用广义分数热传导模型分析，探讨分数阶次、热松弛时间等因素对温度分布及应力强度因子的影响。
2026-03-30 cond-mat.mtrl-sci
Damage Prediction of Sintered α-SiC Using Thermo-mechanical Coupled Fracture Model
The State University of New York at Buffalo（纽约州立大学布法罗分校）
本文提出热力学耦合断裂模型，用于预测α-SiC在宽温度范围内的损伤，通过验证测试展示了其在断裂韧性模拟中的准确性及并行计算能力。
2026-03-05 cond-mat.mtrl-sci
An efficient ab-initio quasiharmonic approach for the thermodynamics of solids
提出了一种计算有限温度下固体热膨胀、热力学和热力学函数的第一性原理方法--{ \it{self-consistent quasiharmonic approximation} }（SC-QHA）方法。与传统的QHA方法相比，SC-QHA方法需要更少的声子计算，并且还便于对宏观热现象的微观起源进行方便的分析。通过将其与传统的QHA方法和对硅、金刚石和氧化铝的实验测量进行比较，系统地检查了SC-QHA方法的优越性能。然后用它来研究压力对金刚石和氧化铝的非谐晶格性质的影响。计算了Ca $_3$ Ti $_2$ O $_7$的热膨胀系数和热力学性质，这是一种新发现的具有复杂晶体结构的铁电陶瓷. SC-QHA方法可以显着减少各种准谐热性质的计算费用，特别是当有大量的结构考虑或当固体结构复杂。预计该算法将是有用的各种领域，包括氧化，腐蚀，高压物理，铁电体，和高通量结构筛选时，温度效应需要准确地描述现实的属性。
2016-03-26 cond-mat.mtrl-sci
Predictions and Measurements of Thermal Conductivity of Ceramic Materials at High Temperature
该研究结合第一性原理与声子玻尔兹曼输运方程，整合声子重整化等效应计算两种陶瓷的高温热导率，经实验验证吻合良好，并揭示了高温对声子特性的影响及两种材料的差异。
2023-05-18 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph
Thermophysical and Mechanical Properties Prediction of Rear-earth High-entropy Pyrochlore Based on Deep-learning Potential
针对高熵焦绿石热障涂层材料性能预测难题，本文用有限AIMD数据训练DPMD深度势，实现兼具精度与泛化性的大规模MD模拟。
2025-07-22 cond-mat.mtrl-sci physics.comp-ph
Part I: Theoretical Predictions of Preferential Oxidation in Refractory High Entropy Materials
高熵材料，包括高熵合金、碳化物和硼化物，由于大量新材料组合物的可能性而成为实质性研究兴趣的主题，所述组合物可以填补应用需求的空白。目前需要表现出高温稳定性，特别是抗氧化性的材料。因此，需要对高熵材料的氧化行为有系统的了解。先前的工作注意到在高熵材料氧化时形成的氧化物之间的热力学相容性的巨大差异。这项工作使用分析和计算热力学方法来调查和量化这种大的变化和由此产生的潜在的优先成分氧化的耐火高熵材料，包括IV族，V族和VI族元素的合金和陶瓷的影响。热力学计算表明，一个大的倾向，对优先氧化预计在这些材料中，即使是元素的氧化物表现出一个小的差异，在热力学可结晶性。与其合金对应物相比，碳化物中的效果降低。此外，高熵耐火材料中的优先氧化可能导致固溶体的可能不稳定或形成其他竞争相，从而导致本体材料性质的相应变化。
2020-07-14 cond-mat.mtrl-sci
Synthesis and Characterization of Compositionally Complex (Gd/Ho/Er/Dy)2Zr2O7 Thin Film Combinatorial Library
The University of Tennessee, Knoxville（田纳西大学诺克斯维尔分校）；Laser Thermal（激光热技术公司）；The University of Virginia（弗吉尼亚大学）；Center for Nanophase Materials, Oak Ridge National Laboratory（橡树岭国家实验室纳米材料中心）；National Synchrotron Light Source II, Brookhaven National Laboratory（布鲁克海文国家实验室第二代同步辐射光源）；National Institute of Standards and Technology（美国国家标准与技术研究院）
本研究建立高通量组合薄膜合成与多模态表征工作流程，制备(GdDyHoEr)₂Zr₂O₇薄膜组合库，发现富Dy/Gd象限热导率最小值对应最大晶格参数，明确适配成分复杂性是热输运的关键描述符。
2026-09-04 cond-mat.mtrl-sci
Modulation of Charge Transport at Grain Boundaries in SrTiO3: Toward a High Thermoelectric Power Factor at Room Temperature
为了在低温下实现高性能，具有热激活电导率的热电材料中的晶界性质的调制是至关重要的。在这项工作中，我们直接表明，在钙钛矿SrTiO 3中的晶界处的势垒的调制改变了块体材料的电导率的低温依赖性。通过在增加强度的还原环境中烧结样品，我们生产了La0.08Sr0.9TiO3（LSTO）陶瓷，逐渐改变其导电行为从热激活单晶样，只有微小的变化塞贝克系数。Kelvin探针力显微镜的表面电位成像发现，在更还原的环境中处理过的LSTO样品中，晶界处的势垒较低。一个理论模型，使用带偏移在晶界上表示的势垒同意与测量的电导率的晶界电位依赖性。目前的工作表明，在330 K的电导率（从85到1287 S cm-1）和功率因数（从143到1745 μW m-1 K-2）的数量级的提高，通过这种调制的电荷传输在晶界。这种显着减少晶界上的电荷传输SrTiO 3的影响提供了一个机会，以实现最终的“声子玻璃电子晶体”通过适当的实验设计和加工。
2021-03-31 cond-mat.mtrl-sci
SPS-Sintered NaTaO3-Fe2O3 Composite exhibits Large Seebeck Coefficient and Electric Current
NaTaO_3 - 50wt%Fe_2O_3复合陶瓷在650 K的温度梯度下显示出-300mV的大Seebeck电压，在很宽的温度范围内产生大于-500microV/K的恒定Seebeck系数。我们首次报道了在870 K低温下SPS烧结可以保持-80 microA的短路电流，这使得这种热电材料成为高温应用的可能候选者，高达1623 K。Fe_2O_3与周围NaTaO_3钙钛矿的界面是其良好性能的原因。当使用放电等离子烧结（SPS），本构空位消失，电导率显着增加，产生ZT为0.016。
2013-09-25 cond-mat.mtrl-sci
Strong spin-phonon coupling in infrared and Raman spectra of SrMnO3
立方相SrMnO $_{3}$陶瓷的红外反射率谱表明，在T $_{N}$ = 233 K时，在反铁磁相变以下，最低频率声子的硬度为18%。极性声子频率的如此大的温度变化是非凡的，我们将其归因于这种材料中异常强的自旋-声子耦合。这与我们从第一原理计算的预测是一致的。此外，极性声子变得拉曼活性低于T $_{N}$，虽然他们的激活是禁止的对称性在$Pm\bar{3}m$空间群。这证明了立方$Pm\bar{3}m$对称性在T $_{N}$以下由于强磁电耦合而局部断裂。拉曼光谱中还观察到多声子和多磁振子散射。微波和太赫兹介电常数强烈影响跳跃电子电导，这是由小的非化学计量比的样品所造成的。热电测量显示自由载流子$n_{e}=$ 3.6 10 $^{20}$ cm $^{-3}$和样品组合物Sr $^{2+}$ Mn $_{0.98}^{4+}$ Mn $_{0.02}^{3+}$ O $_{2.99}^{2-}$的室温浓度。电导率表现出非常不寻常的温度行为：冷却时太赫兹电导率增加，而冷却时静态电导率显着降低。我们把这归因于陶瓷晶粒和晶界的不同导电性。
2014-02-10 cond-mat.mtrl-sci
Accounting for the length-scale dependence of thermal diffusivity in 3C-SiC measured with transient thermal gratings
Massachusetts Institute of Technology（麻省理工学院）；McGill University（麦吉尔大学）
本研究通过结合TGS与离子辐照实验，揭示了3C-SiC热导率长度依赖性，并引入无量纲抑制因子以量化辐照损伤对热传输的影响。
2026-02-26 cond-mat.mtrl-sci
Atomistic modeling of uranium monocarbide with a machine learning interatomic potential
Los Alamos National Laboratory（洛斯阿拉莫斯国家实验室）；Oak Ridge National Laboratory（橡树岭国家实验室）
本研究通过机器学习互原子势能函数建模铀单碳化物，实现了对其结构、热物理性质及扩散行为的高效预测，为反应堆燃料认证提供了计算工具。
2026-02-13 cond-mat.mtrl-sci
A complete phase-field fracture model for brittle materials subjected to thermal shocks
Duke University（杜克大学）
提出一个完整的相场断裂模型，用于热力耦合问题，独立指定材料属性、强度和断裂韧性，通过玻璃淬火、陶瓷红外辐射和快速功率脉冲等实验验证，模型能统一处理不同断裂场景，优于经典方法。
2026-06-19 cond-mat.mtrl-sci physics.comp-ph
Thermal conductivity reduction in (Zr$_{0.25}$Ta$_{0.25}$Nb$_{0.25}$Ti$_{0.25}$)C high entropy carbide from extrinsic lattice defects
具有随机分布的多个主阳离子的高熵碳化物陶瓷显示出高的温度稳定性、低的热导率和可能的耐辐射性。虽然化学无序已被证明可以抑制这些材料的热导率，但很少有人研究额外的外部产生的结构缺陷对热传输的影响。在此，（Zr $_{0.25}$ Ta $_{0.25}$ Nb $_{0.25}$ Ti $_{0.25}$）C暴露于Zr离子以产生微米级结构缺陷承载层。使用激光热反射测量晶格热输运的减少。不同注入温度下的电导率变化表明位错环对声子散射的贡献很小，而纳米级缺陷则是有效的散射体，为热工程提供了一条途径。
2022-05-19 cond-mat.mtrl-sci
Influence of cation vacancy concentrations on ultra-low thermal conductivity in $(1-x)$BiVO$_4$-$x$Bi$_{2/3}$MoO$_4$ scheelite solid solutions
通过制备钒酸铋-钼酸铋固溶体陶瓷，发现仅添加极少量的阳离子空位即可使热导率大幅降低15%以上，同时保持高温稳定性，是制备热障和热电器件优质材料的最佳策略。
2023-07-27 cond-mat.mtrl-sci
Solid-state laser refrigeration of nanodiamond quantum sensors
金刚石中的带负电荷的氮空位（NV $^-$）中心是一种显著的光量子传感器，其应用范围包括纳米温度测量、磁性测量、单光子产生、量子计算和通信。然而，迄今为止，这些技术的性能使用NV $^-$中心已被限制的NV $^-$中心光致发光的热诱导光谱漂移由于有害的光热加热。在这里，我们证明了固态激光制冷可以用于使氮空位掺杂纳米金刚石（NV $^-$：ND）量子传感器在大气和\textit{in vacuo}条件下的快速（ms）光学温度控制。通过范德华键合将纳米金刚石附着到包括10%镱掺杂的氟化钇锂（Yb：LiYF $_4$）和氟化钇钠（Yb：NaYF $_4$）的陶瓷微晶上。氟化物晶体通过由聚焦的1020 nm激光束激发的上转换红外光子的有效发射来冷却。热传递到陶瓷微晶冷却相邻的NV $^-$：ND在大气压和$\sim$ 10 $^{-3}$托，分别由10和27 K。NV $^-$：ND的温度使用德拜-沃勒因子（Debye-Waller factor，DEF）测温法和光学检测磁共振（Optical Detected Magnetic Resonance，ODMR）测量，其与激光冷却陶瓷微晶的温度一致。通过调制1020 nm激光辐照度，实现了NV $^{-}$零声子线（ZPL）热致光谱漂移的稳定。所展示的NV $^-$的冷却：使用光学冷却的微晶的ND为广泛的纳米级量子材料的快速反馈控制冷却开辟…
2020-07-30 cond-mat.mtrl-sci eess.SP physics.app-ph
A Multi-Level Architecture for Reusable Materials Ontologies -- The OntoCrafter Ceramics Ontology (OCO) as Reference Implementation
Numberland
针对材料科学本体在水平、垂直和机制三个维度上的碎片化问题，提出一种多层次模块化架构，通过抽象层次和消费受众两个独立分类轴，并在材料特定层内采用七层机制解释骨架，以OntoCrafter陶瓷本体(OCO v0.94)作为参考实现。
2026-06-17 cond-mat.mtrl-sci cs.AI physics.app-ph
aflow++: a C++ framework for autonomous materials design
本文介绍aflow++自主材料设计框架，阐述其结构、电子、热力学等性质计算及高熵陶瓷等复杂材料建模功能，并强调其互操作性、结果一致性与实时验证机制对构建可靠材料数据库的贡献。
2022-08-05 cond-mat.mtrl-sci
HVAF Spraying of NiTi Coatings: Microstructure, Phase Transformation and Shape Memory Behavior
Institute of Physics of the Czech Academy of Sciences（捷克科学院物理研究所）；Department of Engineering Science, University West（韦斯特大学工程科学系）；Palacký University in Olomouc, Faculty of Science（奥洛穆茨帕拉茨基大学理学院）；Joint Laboratory of Optics of Palacký University and Institute of Physics AS CR（帕拉茨基大学与捷克科学院物理研究所联合光学实验室）；Oak Ridge National Laboratory（橡树岭国家实验室）
本文首次成功制备了具有功能热机械性能和良好基体附着力的厚NiTi涂层（100-300微米），采用高速空气燃料热喷涂方法，并评估了其微观结构、相变和形状记忆行为。
2026-08-03 cond-mat.mtrl-sci
Toughening elastomers via microstructured thermoplastic fibers with sacrificial bonds and hidden lengths
具有大的非弹性变形能力的软材料在具有刚度、强度和韧性的高性能建筑材料中起着至关重要的作用。在这些结构化材料中由玻璃或陶瓷制成的刚性“构建块”缺乏非弹性变形能力，因此依赖于将这些构建块结合在一起以实现大变形和高韧性的软界面材料。在这里，我们证明了实现大的非弹性变形和高能量耗散的软材料的概念，通过嵌入微结构的热塑性纤维与牺牲债券和隐藏的长度在一个广泛使用的弹性体。微结构纤维是通过利用商业3D打印机上熔融聚碳酸酯（PC）线的流体机械不稳定性制造的。聚二甲基硅氧烷（PDMS）树脂渗透在纤维周围，固化后形成柔软的复合材料。通过断裂试验分析了复合材料的破坏机理和损伤容限。高的能量耗散被发现与牺牲键和弹性体基体的多个断裂事件有关。与纯弹性体相比，在弹性体复合材料中组合微结构化纤维和直纤维导致刚度增加约17倍，总失效能量增加约7倍。将牺牲键和隐藏长度增韧机制应用于软材料的微观研究结果将有助于开发具有高力学性能的新型仿生层合复合材料。
2021-02-15 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.soft
The physical and mechanical properties of hafnium orthosilicate: experiments and first-principles calculations
正硅酸铪（HfSiO 4：已提出将其作为环境阻挡涂层（EBC）材料以在高温下保护硅涂覆的硅基陶瓷材料，并作为微电子器件中的候选介电材料。它可以在二氧化硅（SiO2）和氧化铪（HfO 2）之间的界面处自然形成。当在这些应用中使用时，其热膨胀系数（CTE）应与硅和SiC复合材料的热膨胀系数相匹配，以减少存储的弹性应变能，从而降低这些系统失效的风险。采用密度泛函理论（DFT）计算和实验相结合的方法，研究了六方环的物理、力学、热力学和热输运性质。在300 ~ 1500 K温度范围内，用准谐近似计算的平均线热膨胀系数（CTE）从3.06 × 10 ~（-6）K ~（-1）增加到6.36 × 10 ~（-6）K ~（-1），与X射线衍射点阵参数和X射线衍射仪的测量结果一致。根据玻尔兹曼输运理论预测的热导率在300 K时约为18 W/m.K。热盘和激光闪光测量均给出13.3W/m. K的热导率。该稍低的值指示在理论分析中不存在的实验样品中的残余无序。分别采用第一性原理计算和纳米压痕技术来评估环境温度弹性常数和体积模量。通过这两种方法获得的弹性性能同意在5%以内验证计算方法及其未来用于其他氧化物或硅酸盐的热机械性能的研究。
2020-03-17 cond-mat.mtrl-sci
Ultra High Thermal Resolution Scanning Probe Microscopy via Carbon Nanotube Tipped Thermal Probes
我们提出了一种新的概念，扫描热纳米探针，利用极端的热传导的碳纳米管（CNT）之间的探针和样品的通道热量。CNT在扫描热显微镜（SThM）中的集成克服了标准SThM探针的主要缺点，其中顶端SThM探针的低热导率是主要限制因素。CNT（CNT-SThM）的集成将SThM灵敏度扩展到更高热导率材料（例如金属、半导体和陶瓷）中的热输运测量，同时还提高了空间分辨率。使用CNT-SThM探针对超大规模集成（ULSI）互连中的热传输进行的研究显示了陶瓷层中的热传输的精细细节，这对于减轻ULSI金属电流引线中的电迁移至关重要。对于几层石墨烯，CNT-SThM探针的热传输灵敏度和空间分辨率与标准SThM探针相比表现出显著优异的热分辨率，实现了20-30 nm的形貌和~30 nm的热空间分辨率（与标准SThM探针的50-100 nm相比）。CNT出色的轴向导热性、高纵横比和坚固性使CNT-SThM成为测量纳米级热物理性质的完美热探针，也是下一代热显微镜的优秀候选者。
2013-05-27 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Si-Substituted MAX Phases and In-Situ Formation of Si-coated MXene Composites via Chlorosilane Etching
提出一种通过SiCl4蒸气与Al基MAX前驱体反应合成Si取代MAX相的自上而下策略，实现A位缺陷工程并原位一步合成Si包覆MXene复合材料，为储能和催化材料设计提供新途径。
2025-09-14 cond-mat.mtrl-sci
Elastic Microplane Formulation for Transversely Isotropic Materials
这方面的贡献调查扩展的微平面制定横向各向同性材料，如页岩岩石，泡沫，单向复合材料，陶瓷的描述。两种可能的方法被认为是：1）谱分解的刚度张量来定义的微平面本构关系的能量正交的本征应变和本征应力;和2）取向相关的微平面弹性模量的定义。结果表明，第一种方法提供了一个严格的方法来解决各向异性的微平面框架内，而第二种方法表示的近似，然而，使非线性本构方程的制定简单得多。第二种方法在建模的宏观弹性行为的功效相比，各向异性参数的热力学限制，显示了一个显着的范围内的弹性性能可以建模具有良好的精度。此外，它示出，它提供了一个很好的近似的微平面应力所提供的第一种方法，具有更简单的配方的优点。它的结论是，频谱刚度分解是最好的方法，在这种情况下，为建模单向复合材料，其中准确地捕捉的弹性行为是很重要的。取向相关的微平面弹性模量的引入为具有显著非弹性行为的横观各向同性材料的建模提供了一个更简单的框架，例如页岩。
2016-08-16 cond-mat.mtrl-sci
The influence of thermo-electromechanical coupling on the performance of lead-free BNT-type piezoelectric materials
本研究提出二维热-电-机械模型，分析热-电-机械耦合对无铅BNT压电材料性能的影响，发现在低于去极化温度时，热电效应增强可显著改善压电响应。
2023-12-25 cond-mat.mtrl-sci math-ph math.MP
Phase-Field Modeling of Coupled Brittle-Ductile Fracture in Aluminum Alloys
含析出相铝合金的断裂至少涉及两种机制，即富铝基体的韧性断裂和析出相的脆性断裂。在这项工作中，耦合晶体塑性相场模型的混合韧脆破坏模式的制定和使用的影响，在铝合金中的损伤演化的沉淀形态和尺寸分布的调查。在断裂过程区的弹性和塑性功耗散的一致性框架被用来制定脆性和韧性损伤的耦合本构行为，分别。产生具有不同颗粒形态和取向的代表性体积元（RVE），并模拟其单轴载荷以评估不同模型微结构的抗损伤性。对于铝基体的临界能量释放率$G_c$值范围为4至8 Jm $^{-2}$的单晶和10至16 Jm $^{-2}$的多晶体，该模型预测的变化，从颗粒脱粘到开裂，然后韧性基体失效。观察到颗粒失效机制的变化，作为增加$G_c$的结果，单，多晶模型微观结构。对于颗粒脱粘的情况下，与其他研究的情况相比，具有圆形或椭圆形颗粒（主轴垂直于加载方向）的微观结构显示出更高的延展性和断裂功。在颗粒开裂的情况下，与平行于加载轴排列的椭球形颗粒的显微组织显示出较高的延展性和断裂功之间的调查的情况下。模拟定性再现实验观察到的颗粒失效机制（开裂和脱粘）的两个不同的基体合金类（商业纯和2xxx合金）与陶瓷颗粒增强。
2022-04-29 cond-mat.mtrl-sci
Three-dimensional Printing of Complex Graphite Structures
具有许多工业应用的石墨是广受追捧的碳的同素异形体之一。碳的sp2杂化和热稳定形式形成具有强面内碳键和弱层间范德华键的层状结构。石墨也是一种高温陶瓷，将它们塑造成复杂的几何形状具有挑战性，因为即使在高温下，其烧结行为也有限。虽然在许多应用中石墨结构的几何设计可以决定其精确性能，但是由于固有的脆性和高温加工的困难，用于配制复杂几何石墨形状的常规合成方法受到限制。在这里，我们报告了从商业石墨粉末中开发胶体石墨墨水，具有可再现的流变行为，允许在室温下通过3D打印制造具有可调几何形状和方向性的任何复杂架构。该方法通过使用少量的粘土（另一种层状材料）作为添加剂来实现，从而允许石墨烯墨水的适当设计和随后在打印期间石墨片晶的结合。剪切的粘土层很容易流动，适应，并与石墨层形成界面，在层之间和颗粒之间形成强大的结合，从而形成更大的结构。石墨的复杂3D架构的直接油墨打印而无需进一步的热处理可以导致各种长度尺度的石墨的容易的形状工程和相关应用，包括复杂的石墨模具或坩埚。3D打印的复杂石墨结构表现出优异的热、电和机械性能，而粘土添加剂似乎不会改变这些性能，这是由于石墨材料中优异的层间分散和混合。
2020-12-02 cond-mat.mtrl-sci
Chemical, Structural, and Transport Properties of Na1-xCoO2
本文报道了单晶或冷压Na_（0.57）CoO_2的室温压缩率、热膨胀、不同压力P < 20 kbar时的热电势a（T）、基面电阻率rab（T）、磁化率和热导率k（T）的测量结果。在100 K附近加热时，随着斜率的变化，大的热电势会增强，但这种增强会逐渐被压力抑制。c轴热膨胀在150 K <T < 250 K的区间内较大，其中c轴电阻率表现出从金属到非金属的温度依赖性的平滑过渡;但对于所有温度T < 300 K，基面热膨胀保持可忽略。另一方面，基面室温压缩率在0 < P < 22 kbar区间内较大，在22 < P < 45 kbar范围内变得可忽略不计，而c轴室温压缩率在22 < P < 35 kbar压力范围内非常大。在低于175 K时，基面电阻率与T^（3/2）成正比，其中存在3D金属导电;当金属导电被限制在2D时，基面电阻率随温度的上升较慢。声子贡献的冷压陶瓷样品的热导率没有抑制，如前所述。这些发现是合理化的维里定理的帮助下，确认钉扎的名义Co（IV）/Co（III）氧化还原对在顶部的O2-：2 p6带，和示意性的位置的a1 T和eT反键带这对相对于费米能量。
2003-04-21 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.str-el
Impact of Distinct Ca$^{2+}$ Sources on the Physical Properties of Alumina-based Macroporous Refractories for Thermal Insulation at High Temperature
在氧化铝基大孔组合物中研究了铝酸钙水泥（CAC）、碳酸钙（CaCO $_3$）、氢氧化钙[Ca（OH）$_2$ ]和氧化钙（CaO）用于$\textit{in situ}$形成硬石膏（也称为CaO. 6Al $_2$ O $_3$或CA $_6$）。由于其体积膨胀，该相可以抵消大孔陶瓷烧制时观察到的线性收缩。为了评价每种Ca $^{2+}$源对物理性质的影响，加工不同的制剂并表征其总孔隙率、压碎强度和线性收缩率。含CaCO $_3$的样品在热处理后呈现高孔隙率和小尺寸变化。因此，用$CaCO_3$配制新的组合物，以在热力学平衡时产生100%CA $_6$。除了通常的性质，它的$\textit{in situ}$的热弹性模量（$E_{\rm in\ situ}$）和热导率（$k_{\rm eff}$）的变化，进行了评价。该组合物呈现出有希望的结果，因为恒定且低的$k_{\rm eff}$、低的线性膨胀和杨氏模量在低温下增加。这些特性使得可以生产更有效的绝缘子，具有更好的服务性能。
2020-01-29 cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph
From Natural Language to Materials Discovery:The Materials Knowledge Navigation Agent
Department of Materials Science and Engineering, Carnegie Mellon University（材料科学与工程系，卡内基梅隆大学）；Department of Mechanical Engineering, Carnegie Mellon University（机械工程系，卡内基梅隆大学）
材料知识导航代理通过自然语言处理技术，实现了材料发现的自动化和智能化，能够从文献和数据库中提取关键信息，提出新的材料候选方案。
2026-02-11 cond-mat.mtrl-sci cs.LG
Discrete Element Simulation of Transverse Cracking During the Pyrolysis of Carbon Fibre Reinforced Plastics to Carbon/Carbon Composites
纤维陶瓷如C/C-SiC的断裂行为强烈依赖于生产过程中产生的初始损伤。本文用离散元法研究了[0/90]S正交铺层层板中90°铺层在碳化过程中由于基体材料的热化学降解而产生的横向开裂。裂纹形态强烈地依赖于纤维-基体界面性质、横向铺层厚度以及碳化过程本身。为了对90°层建模，构造了弹簧的二维三角形网格，其中网格的节点表示纤维。具有随机断裂阈值的弹簧模拟无序基质材料和界面。弹簧网格通过界面弹簧耦合到两个刚性杆上，刚性杆捕获模型中的两个0°层或相邻的子层合板。分子动力学模拟用于跟踪模型系统的时间演化。结果表明，在逐渐升温的条件下，90°铺层在发生一定程度的分布裂纹后，出现分段裂纹，并逐渐发展到饱和状态，使铺层不能承受附加载荷。还研究了损伤的微观结构对铺层厚度和弹簧性能的无序的依赖性。裂纹密度和孔隙率的系统作为温度的函数进行监测，并比较分析方法和实验。
2015-09-03 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.stat-mech
Atomistic Modeling of Chemical Disorder in Materials: Bridging Conventional Methods and AI-Assisted Approaches
Department of Materials Design and Innovation, University at Buffalo（布法罗大学材料设计与创新系）；Department of Materials Science and Engineering, National University of Singapore（新加坡国立大学材料科学与工程系）
本文探讨了如何通过结合经典方法和AI技术来解决材料中化学无序的表示差距问题，重点介绍了如何利用计算方法将平均无序描述转换为具有代表性的构型集合，并平衡成本、偏差和保真度。
2026-09-09 cond-mat.dis-nn cond-mat.mtrl-sci cs.LG
