连续三篇高水平论文！
材料科学与工程学院张英波研究团队在《Nature》子刊上发表铝合金相关系列研究成果
Al-Zn-Mg-Cu (7xxx系列)合金已广泛应用于航空航天工业，并由于其优越的物理力学性能和可制造性在铁路运输中显示出越来越可观的潜力。近几十年来，一些新兴的工程材料(如镁合金、钛合金和复合材料)取得了迅速的发展，在许多领域对7xxx合金构成了挑战。因此，7xxx合金要想在其主导领域保持竞争力，并在新的领域获得更多机会，就需要进一步的性能提升。
机械强度是结构材料的基本考虑因素。商用7xxx合金的极限抗拉强度(UTS)通常低于700MPa。人们对改进7xxx合金的UTS的兴趣从未停止过。一些复杂的技术：严重的塑性变形(SPD)、快速凝固和粉末冶金(RS/PM)、喷淋成形和多级热处理使7xxx合金的抗拉强度达到极高的水平，超过750 MPa，超细晶7475合金和纳米晶7075合金经过高压扭转(HPT，一种SPD处理)的UTSs超过900 MPa。然而，这些技术目前由于无法生产大尺寸产品、操作复杂、成本高或对设备要求高而受到限制，限制了其广泛的工业应用。以工业化为目标开发高强度7xxx合金，优化合金成分是可行的策略。
基于此，我校材料科学与工程学院张英波团队提出了一种改进的基于克里格模型的高效全局优化(EGO)算法，并将其应用于7xxx合金的成分优化。研制了锌含量小于7wt .%的950MPa级7xxx合金，与此同时发现在变形的7xxx - T6合金中出现了异常的Al8Cu4Y纳米网络结构，这可能对未来高强度铝合金的合金设计有帮助。本研究证明了利用机器学习寻找具有良好力学性能的7xxx合金的可行性。基于优化合金的改良合金将成为高速列车关键部件批量生产的候选材料。相关研究成果以题“Accelerated discovery of high-strength aluminum alloys by machine learning”发表在communications materials上。
（论文链接：https://www.nature.com/articles/s43246-020-00074-2？utm_source=other&utm_medium=other&utm_content=null&utm_campaign=JRCN_1_LW01_CN_natureOA_article_paid_XMOL）
首先，团队准备一个训练数据集，用于后续的模型评估和构建。它包含一些具有已知UTS的精选Al–Zn–Mg–Cu–（Ti）–（Y）–（Ce）合金。然后，通过“留一法交叉验证”评估或验证机器学习模型-将原始数据集中的一个观察值视为一个测试点，并根据剩余的观察值进行预测-确定其可行性。如果机器学习模型有效，则将引入迭代过程（所谓的“自适应设计循环”）。最后通过一系列传统加工技术制备了优化合金的挤压棒，并对挤压进行了系统地表征。经过近一个世纪的发展，对7xxx合金的机械性能提出了更高的要求。传统上，这些合金是通过反复试验筛选各种成分和热处理来开发的。如今，它们被设计为具有更高的含量和更多种类的合金元素，以改善机械性能。本文发现基于传统加工技术的稀土7xxx合金可以实现非常高的拉伸强度。此外证明了使用机器学习来加速7xxx合金的发现的可行性以及Y元素的潜在强化作用。特别是，张英波团队展示了不寻常的Al8Cu4Y纳米网络结构，对高强度铝合金的合金设计具有重要的价值。
材料科学与工程学院研究团队在燃烧领域国际顶级期刊Proceedings of the Combustion Institute和Combustion and Flame上发表系列研究成果
近日，我校材料科学与工程学院研究团队甯红波课题组在燃烧领域国际顶级期刊Proceedings of the Combustion Institute上同期发表了2篇学术论文，在Combustion and Flame上发表1篇学术简讯论文。这是Proceedings of the Combustion Institute首次刊发以我校为第一完成单位的论文，同时也是Combustion and Flame首次刊发以我校为第一完成单位的学术简讯论文。
通过对火箭推进剂燃料二甲胺的低温燃烧反应机理的理论研究，我们建立了明显不同于传统的碳氢燃料低温燃烧反应网络（图1），可为系统确立含氮燃料的低温燃烧反应网络提供指导和借鉴。相关成果以“Insight into the low-temperature oxidation of dimethylamine radicals”为题发表在Proceedings of the Combustion Institute上。博士研究生尚艳磊为论文的第一作者，甯红波助理研究员、史进春副研究员为共同通讯作者。
团队与香港中文大学任伟教授合作，建立了用于激波管含氮燃料研究的中红外激光吸收光谱在线测量系统（图2）。从而实现了从理论计算、机理构建与激波管实验验证的相互支持的自主研究模式。相关成果以“Shock tube measurement of NO time-histories in nitromethane pyrolysis using a quantum cascade laser at 5.26 μm”为题同期发表在Proceedings of the Combustion Institute上。博士研究生尚艳磊和王震博士为论文的共同第一作者，甯红波助理研究员、任伟教授为共同通讯作者。
此外，点火延迟时间是燃料燃烧特性评价的重要指标之一，直接反映了燃料燃烧反应链诱发和链传递的动力学特征，对于验证和改进燃烧反应动力学模型具有重大意义。通过二元混合燃料硝基甲烷/乙烷的点火特性研究，研究发现乙烷点火特性并非随着硝基甲烷的掺混比增加而一直加快，反而呈现出一种少有的非线性关系（图3）。相关成果以“Abnormal promotion effect of nitromethane on ethane ignition”为题发表在Combustion and Flame上。博士研究生尚艳磊为论文的第一作者，甯红波助理研究员、史进春副研究员为共同通讯作者。
国际燃烧会议是燃烧科学与技术领域规模最大、影响力最强、水平最高的学术会议，一直被誉为燃烧界的“奥林匹克”，由国际燃烧学会每两年举办一次。该会议参会论文采用严格的二次同行评审制度，被接收的论文由作者在大会作口头报告，随后进行二次评审，录用论文发表于国际燃烧学会会刊Proceedings of the Combustion Institute上。Proceedings of the Combustion Institute 和Combustion and Flame 是国际燃烧领域公认的顶级期刊，最新的影响因子分别为5.627和4.57，在JCR中位列 Q1。
该系列研究得到了国家重大科研仪器研专项（11627901）、国家自然科学基金面上项目（51776179）和青年基金项目（21903064）等的资助。
论文信息：
1.https://www.sciencedirect.com/science/article/abs/pii/S1540748920303783
2.https://www.sciencedirect.com/science/article/abs/pii/S1540748920302388
3. Yanlei Shang, Jinchun Shi*, Hongbo Ning*, Ruitong Zhang, S.-N. Luo, Abnormal promotion effect of nitromethane on ethane ignition, Combustion and Flame, 2020, accepted.
材料科学与工程学院熊开琴、杨志禄老师在国际期刊《Bioactive Materials》发表科研论文
近日，材料科学与工程学院材料先进技术教育部重点实验室熊开琴工程师、杨志禄研究员及成都市第三人民医院心内科周名纲副主任医师，以我校为第一通讯单位在生物材料领域排名第二的国际期刊Bioactive Materials (IF: 8.724)上发表题为“Nitric oxide-generating compound and bio-clickable peptide mimic for synergistically tailoring surface anti-thrombogenic and anti-microbial dual-functions”的研究论文。
临床上，聚氯乙烯材质的导管在药物输送和体外循环中得到了广泛的运用。然而在长期运用中，其导致的细菌感染与凝血等症状，对患者造成了诸多负担。然而，目前的治疗手段，如使用抗生素与抗凝药物，会导致滋生耐药菌，诱导出血等并发症。因此，对导管进行内表面功能化设计，博得了许多科研人员的青睐。但是，目前常用的功能设计，更多的依然局限于药物包载，或是被动抗黏附等功能，并没有有效解决细菌滋生以及长程的功能实现。相比较聚氯乙烯材料，正常人体内血管内膜微环境中存在着丰富的抗菌多肽，可以有效清除微生物，进而防止细菌黏附形成生物膜和感染；同时，内膜中的内皮细胞会分泌多种信号分子，保持正常的血液流动。因此，人体正常血管具有一定的抗凝血与抗菌的功能，这也为设计导管的功能表面提供了思路。
近日，西南交通大学熊开琴工程师与杨志禄研究员联合成都市第三人民医院心内科周名纲副主任医师，从血管内膜及其微环境仿生设计出发，通过点击化学的方法，构建了一个具有双功能仿生的涂层，用于医用导管内表面的改性，以期解决医用导管在临床运用中导致的凝血与细菌感染等问题 (图1)。在这项设计中，为了充分提供功能分子的接枝位点，预先在导管表面制备富氨基涂层(PADA)，之后，将催化NO生成的Cu2+螯合DOTA和内膜微环境中重要的抗菌分子——抗菌多肽(ABP)通过酰胺缩合与点击化学接枝两种方式分别固定在PPAm涂层上。具体地说，首先富含大量氨基的聚烯丙胺(PAa)分子以席夫碱反应和迈克尔加成方式接枝在聚多巴胺涂层表面，从而制备富氨基涂层(PADA)。利用大环多胺(DOTA)对CuII高度螯合作用，制备出CuII-DOTA 配合物，然后通过酰胺缩合反应将CuII-DOTA配合物和Azide(15-叠氮基-4,7,10,13-四氧十五烷酸，其水解后含有羧基和叠氮基团的分子)接枝到在富氨基涂层上，最后通过点击化学反应接枝抗菌多肽。相比较酰胺缩合反应固定，点击化学策略通过“钥匙-锁”的专一结合方式进行分子间的键合，实现了高选择性、近乎完美的可靠性和高收率的特点，并且有效避免了功能分子在接枝时发生失活和设计失败。▲血管内膜微环境仿生双功能涂层的分子结构及其应用于聚氯乙烯导管的表面改性。
为了可以形象介绍血管内膜微环境仿生双功能涂层表面功能化策略的设计，作者概念性展示了构建方法(图1)。同时，作者对该涂层在抗菌抗凝血中的优势进行表征证明的过程中，验证了其具有稳定的NO释放速率，出色的生物相容性、抗菌性能和抗凝血性能。此外，半体内循环研究进一步显示，该涂层改性后表面较临床常用的PVC导管展示了其优秀的临床应用潜力。这项研究最直接的意义是为临床常用的PVC导管表面进行多功能仿生设计提供了新的设计思路和方向；从应用的价值来看，该项工作不仅分别实现了两个分子的各自功能，而且对于抗炎多肽使用了点击化学的接枝方法，保证了抗炎多肽的功能区域完整。此外，以往双分子进行接枝中，由于存在竞争位点，而位点不足时，接枝比例会无法精确控制；而该设计则通过将DOTA与Azide比例进行调整，间接实现了接枝量可控。本研究的积极成果不仅为多个功能分子表面修饰提供了新的解决方案，而且也为体外循环导管表面仿生设计提供了新的思路，巨大的潜在临床潜力。
相关研究成果以“Nitric oxide-generating compound and bio-clickable peptide mimic for synergistically tailoring surface anti-thrombogenic and anti-microbial dual-functions”为题发表在国际著名期刊《Bioactive Materials》（https://doi.org/10.1016/j.bioactmat.2020.11.011）上，我校2018级硕士研究生于涵为该论文第一作者，我校熊开琴工程师，杨志禄研究员和成都市第三人民医院心内科周名纲副主任医师同为该论文的通讯作者；西南交通大学材料先进技术教育部重点实验室/材料科学与工程学院为论文的第一通讯单位。该研究工作的发表得到了国家重点研发计划及国家自然科学基金等项目的资助。
论文链接：
https://doi.org/10.1016/j.bioactmat.2020.11.011
内容来源：材料科学与工程学院
本期编辑：交大新媒体中心 刘宇坤
头图尾签设计：姜日琪 蒋硕匀
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