Materials：2023 年 3 月文章精选 | MDPI 编辑荐读

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本期编辑荐读为您精选了 Materials 期刊 2023 年 3 月的优质文章，内容涵盖碳纳米管复合材料的制备、碳化硅石墨烯复合材料用作硅基电极材料、合金增材制造、气体辅助离子束质谱技术、薄膜沉积建模、氢化物成核生长等热门话题。希望能为相关领域的学者提供参考和新的思路，欢迎阅读。

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01

One-Pot Fabrication of Nanocomposites Composed of Carbon Nanotubes and Alumina Powder Using a Rotatable Chemical Vapor Deposition System

利用可旋转化学气相沉积系统一锅法制备碳纳米管和氧化铝粉末纳米复合材料

Jong-Hwan Lee et al.

https://www.mdpi.com/2221470

(a) 实验程序和 (b) RCVD 设备的示意图。(c) 用热电偶在不同温度下测量 RCVD 室中的温度分布。

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本文研究了通过一锅法制备的碳纳米管 (Carbon Nanotube, CNT) 和 Al₂O₃ 粉末纳米复合材料，过程涉及可旋转化学气相沉积系统 (Rotatable Chemical Vapor Deposition System, RCVD)，乙烯和铁蛋白诱导的纳米颗粒分别用作碳源和湿催化剂。作者将溶解在去离子水中的铁蛋白在 Al₂O₃ 表面上均匀分散并进行焙烧以获取铁基纳米颗粒。合成温度、时间和反应室的旋转速度是调查碳纳米管生长行为的主要参数。研究发现，碳纳米管的生长至少在 600 ℃ 时才可以进行，且管数随着生长时间同步增长，加快反应室旋转可通过尖端生长机制实现碳纳米管的均匀生长。

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原文出自 Materials 期刊

Lee, J.-H.; Han, H.-H.; Seo, J.-M.; Jeong, G.-H. One-Pot Fabrication of Nanocomposites Composed of Carbon Nanotubes and Alumina Powder Using a Rotatable Chemical Vapor Deposition System. Materials 2023, 16, 2735.

02

Toward the Improvement of Silicon-Based Composite Electrodes via an In-Situ Si@C-Graphene Composite Synthesis for Li-Ion Battery Applications

用于锂离子电池应用的原位 Si@C-石墨烯复合材料合成硅基复合电极的改进

Adrien Mery et al.

https://www.mdpi.com/2203184

(a) Si-GHG (顶部) 和 Si@C-GHG (底部) 的合成方案；(b) Si-GHG 复合材料合成 18 h 后的 SEM 图像，内嵌相应的宏观整体图，其中白色圆圈表示没有 Si NP 的区域；(c) 合成 18 h 后 Si@C-GHG 复合材料的 SEM 图像，插图为研究中使用的原始 Si@C NPs 的透射电镜图像。

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本研究旨在开发一种由碳包覆硅纳米颗粒 (Si@C NPs) 与三维石墨烯水凝胶 (Graphene Hydrogel, GHG) 构成的复合材料，以稳定 LiB 电极内的硅。与简单混合两个组件不同，新的合成过程依赖于原位水热法。在不含额外导电添加剂的电极上，半电池的电化学表征揭示了保护性碳壳对于实现高比容量 (高达 2200 mAh·g⁻¹) 以及良好的稳定性 (200 次循环，平均 Ceff > 99%) 的重要性，这些性能远远优于使用未包覆碳的硅纳米颗粒制备的电极或混合两个组分制备的电极。这些结果突出了碳壳对硅纳米颗粒的协同效应，以及单步原位制备能够获得具有物化、结构和形态特性，促进样品导电性和锂离子扩散途径的 Si@C-GHG 杂化复合材料。

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原文出自 Materials 期刊

Mery, A.; Chenavier, Y.; Marcucci, C.; Benayad, A.; Alper, J.P.; Dubois, L.; Haon, C.; Boime, N.H.; Sadki, S.; Duclairoir, F. Toward the Improvement of Silicon-Based Composite Electrodes via an In-Situ Si@C-Graphene Composite Synthesis for Li-Ion Battery Applications. Materials 2023, 16, 2451.

03

Solid-State Cold Spray Additive Manufacturing of Ni-Based Superalloys: Processing–Microstructure–Property Relationships

镍基高温合金的固态冷喷涂增材制造：加工–微观结构–性能

Alessandro M. Ralls et al.

https://www.mdpi.com/2222980

CS 涂层和基底之间界面附近钢基底的微观结构演变示意图。

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镍 (Ni) 基高温合金因高温下优异的稳定性被广泛用于航空航天领域，但其制造过程存在诸多缺陷和挑战。目前，冷喷涂 (Cold Spray, CS) 技术是一种有效方法。然而，其在镍基高温合金制造中的有效性及其结构性能尚未确定。本文简要讨论了 CS 技术在镍基高温合金上的优势对比；以及从微观结构等角度阐明了沉积物的加工–结构–性能关系；此外，还介绍了 CS 制造的镍基高温合金的全面后处理技术综述。基于这些知识，本文阐明了 CS Ni 高温合金的关键结构–属性机制。

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原文出自 Materials 期刊

Ralls, A.M.; Daroonparvar, M.; John, M.; Sikdar, S.; Menezes, P.L. Solid-State Cold Spray Additive Manufacturing of Ni-Based Superalloys: Processing–Microstructure–Property Relationships. Materials 2023, 16, 2765.

04

Review of Recent Advances in Gas-Assisted Focused Ion Beam Time-of-Flight Secondary Ion Mass Spectrometry (FIB-TOF-SIMS)

气体辅助聚焦离子束飞行时间二次离子质谱的最新进展回顾

Agnieszka Priebe and Johann Michler

https://www.mdpi.com/2174504

TOF-SIMS 数据采集和表示。

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飞行时间二次离子质谱 (Time-of-Flight Secondary Ion Mass Spectrometry, TOF-SIMS) 是一种强大的化学表征技术，可以对所有材料成分的分布进行纳米级分辨率的 3D 分析，深入了解样品成分的局部变化，并提供样品结构的总体概览。特别是，最近提出的使用 XeF₂ 在 Ga⁺ 一次离子束轰击样品时表现出突出的性能，可以显著提高正二次离子的产率，分离质量干扰，并使二次离子的电荷极性从负向正反转。通过将常用的聚焦离子束/扫描电子显微镜 (Focused Ion Beam/Scanning Electron Microscopes, FIB/SEM) 升级为高真空 (High Vacuum, HV) 兼容的 TOF-SIMS 探测器和商用的气体注入系统 (Gas Injection System, GIS)，可以轻松实现所提出实验计划。

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原文出自 Materials 期刊

Priebe, A.; Michler, J. Review of Recent Advances in Gas-Assisted Focused Ion Beam Time-of-Flight Secondary Ion Mass Spectrometry (FIB-TOF-SIMS). Materials 2023, 16, 2090.

05

CALPHAD-Based Modelling of the Temperature–Composition–Structure Relationship during Physical Vapor Deposition of Mg-Ca Thin Films

基于 CALPHAD 的 Mg-Ca 薄膜物理气相沉积过程中温度–成分–结构关系的建模

Philipp Keuter et al.

https://www.mdpi.com/2200870

Mg-Ca 相图表示模型中 Mg/Ca 的输入组成比 (红色虚线) 和所研究的温度范围 (蓝色虚线)。

本研究利用基于 CALPHAD 的方法模拟了 Mg-Ca 薄膜物理气相沉积 (Physical Vapor Deposition, PVD) 过程中随温度变化的成分和相形成。根据热化学平衡计算得到的蒸汽压计算得到的 Mg 和 Ca 升华通量，成功再现了实验观察到的薄膜组成和相形成的合成温度趋势。该模型是理解合成参数如何控制高蒸汽压金属 PVD 中的成分和相形成的重要一步。

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原文出自 Materials 期刊

Keuter, P.; to Baben, M.; Aliramaji, S.; Schneider, J.M. CALPHAD-Based Modelling of the Temperature–Composition–Structure Relationship during Physical Vapor Deposition of Mg-Ca Thin Films. Materials 2023, 16, 2417.

06

Mechanisms of Hydride Nucleation, Growth, Reorientation, and Embrittlement in Zirconium: A Review

锆中氢化物成核、生长、重新取向和脆化机制：综述

Yu-Jie Jia and Wei-Zhong Han

https://www.mdpi.com/2200916

无应力条件下不同尺寸氢化物行为的机理。

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锆 (Zr) 氢化物威胁着燃料组件的可靠性，并多次导致包壳管和压力容器发生故障。氢化物具有高硬度和极低的韧性，并倾向于向较冷或拉伸区域聚集，从而会引发局部氢化物沉淀并导致延迟氢化物开裂，降低乏核燃料长期储存的安全性。因此，提高对锆氢化物的认识有助于有效控制燃料组件中的氢化物脆化。本综述的目的是重组氢化物成核和生长行为、研究外部应力下氢化物重新定向以及氢化物引起的脆化的机制，回顾了领域内重要研究进展并强调了 Zr 氢化物研究的未来关键方面。

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原文出自 Materials期刊

Jia, Y.-J.; Han, W.-Z. Mechanisms of Hydride Nucleation, Growth, Reorientation, and Embrittlement in Zirconium: A Review. Materials 2023, 16, 2419.

   Materials 期刊介绍

主编：Maryam Tabrizian, McGill University, Canada

期刊发表涵盖材料科学与工程研究相关各个领域的最新研究成果，包括但不限于高分子、纳米材料、能源材料、复合材料、碳材料、多孔材料、生物材料、建筑材料、陶瓷、金属等、以及材料物理化学、催化、腐蚀、光电应用、结构分析和表征、建模等研究领域在内的学术文章。

2021 Impact Factor	3.748(Q1*)
2021 CiteScore	4.7
Time to First Decision	15.3 Days
Time to Publication	38 Days

* Q1 (18/79) at category "Metallurgy and Metallurgical Engineering"

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