关键词： 骨植入材料   钛种植体   材料微结构   机械敏感通道蛋白   成骨分化   PIEZO1  

摘要： 背景:骨植入材料表面微纳结构仿生设计可模拟人体天然骨组织中细胞外环境的结构,从而获得较为理想的骨整合功能,但骨植入材料表面微纳结构调控细胞功能及促进成骨的机制还有待进一研究。目的:分析钛片材料微结构表面对MC3T3-E1成骨细胞成骨分化的影响。方法:(1)在5 V或20 V恒定电压下,采用酸蚀和阳极氧化技术在钛片表面制备不同管径的纳米管阵列,分别记为R5组、R20组。检测纯钛片(未经酸蚀和阳极氧化处理)、R5组、R20组的表面形貌、粗糙度与亲水性。(2)将对数生长期的MC3T3-E1成骨细胞分别接种于纯钛片、R5组、R20组钛片表面,成骨诱导培养24 h后,采用RT-PCR检测与免疫荧光染色分析细胞机械敏感通道蛋白1的表达;加入含或不含机械敏感通道蛋白1激活剂Yada1的成骨诱导基,培养7 d后进行碱性磷酸酶染色,培养14 d后进行茜素红染色。结果与结论:(1)扫描电镜下可见纯钛片表面光滑,R5组、R20组钛片表面可见分布相对均匀且有序的纳米管阵列,平均直径分别约30 nm和100 nm,原子力显微镜进一步验证了扫描电镜观察结果。R5组钛片表面粗糙度大于纯钛片(P <0.05),水接触角小于纯钛片(P <0.05);R20组钛片表面粗糙度大于R5组(P<0.05),水接触角小于R5组(P<0.05)。(2)RT-PCR检测与免疫荧光染色显示,R5组细胞机械敏感通道蛋白1的表达高于纯钛片组(P <0.05),R20组细胞机械敏感通道蛋白1的表达高于R5组(P <0.05)。在成骨诱导条件下,与未加入Yada1情况相比,纯钛片组加入Yada1后的细胞碱性磷酸酶活性、钙化结节沉积均无明显变化,R5组、R20组加入Yada1后的细胞碱性磷酸酶活性、钙化结节沉积均显著增加(P <0.05);在加入或未加入Yada1情况下,R5组细胞碱性磷酸酶活性与钙化结节沉积均多于纯钛片组(P <0.05),R20组细胞碱性磷酸酶活性与钙化结节沉积均多于R5组(P <0.05)。(3)结果表明,钛片表面微结构可通过激活机械敏感通道蛋白1促进成骨细胞MC3T3-E1的成骨分化。

关键词： 摩擦纳米发电机(TENG)   树叶微观结构   明胶   MXene   能量收集  

摘要： 摩擦纳米发电机(TENG)的输出性能与其摩擦层的电介质材料接触起电的特性密切相关。采用聚二甲基硅氧烷(PDMS)-MXene/明胶薄膜作为摩擦层,成功构建了一种新型的基于树叶表面微结构的PDMS-MXene-明胶摩擦纳米发电机(LMMG-TEMG)。PDMS-MXene层的大表面积与高导电性能相结合,以及明胶的生物相容性和易于成型的特点,使该装置输出性能得到显著提升,输出电流增长高达36.93%。实验结果表明,LMMG-TENG在低频振动下,最大开路电压可达到328.94 V,最大短路电流为9.64μA。进一步的优化与测试显示,LMMGTENG尺寸为2 cm×2 cm时,最大功率密度可达312μW/cm^(2),同时该TENG在循环工作10000次后输出仍能保持稳定,并且可以轻松点亮100个LED。明胶具有优秀的降解性能,在100℃的恒温水中,完全降解仅需30 s。该结构具有成本低、制作简单、环境友好等优点。该研究为生物基材料和纳米材料在自供电系统中的应用提供了新的思路,同时为可持续能源技术的发展开辟了新的路径。

关键词： 弹簧操动机构   机械运动特性   刚体运动学   故障机械特性规律  

摘要： 弹簧操动机构中的传动系统是其传递力与运动的关键零件,运动轨迹偏离设计位置会大大影响机构的运动特性。文中针对某夹板式弹簧操动机构机械寿命测试中发现的飞轮盘偏移故障,通过RecurDyn建立刚体运动学模型,对其合分闸过程机械特性进行了分析;搭建机械特性实验平台,得到的实验结果与仿真结果作比较,验证了仿真准确性;改变飞轮盘角度,分析了不同偏移程度的机械特性变化规律;结果表明,飞轮盘偏移会导致合闸速度变快,合闸时间变短,甚至会导致合闸锁扣系统失效,从而出现储能后直接合闸的故障。为后续结构改进与多种参数方案进行对比提供了理论依据,从而缩短研发周期与指导设计。

关键词： 智能飞行器   智能材料   可变形超材料   微结构设计  

摘要： 未来智能飞行器将向跨速域、跨介质、多种应用场景自由切换的需求方向发展,对其外形结构设计提出了严苛的挑战.飞行器的可变形能力可以大幅提高其环境适应性,是该领域未来的重要发展方向.可变形超材料具有独特的多功能特性和不依赖机械机构的可变形能力,展现出巨大的应用潜力.本文对可变形超材料的发展现状及其在载运工具领域的应用进行综述,为进一步研究提供参考和指导,有望推动包括先进飞行器在内的载运工具的创新设计.

关键词： 耐热钛基复合材料   变形温度   应变速率   加工窗口   显微组织  

摘要： 研究了高温单道次等温压缩过程中耐热钛基复合材料MTi650A的动态流变行为,获得了高温应力–应变曲线,建立了材料的动态本构方程和热加工图,分析了热变形过程中材料的变形特性以及微结构演化规律。结果表明,随着变形温度的升高和应变速率的降低,MTi650A复合材料的稳态流变阶段延长,峰值流变应力呈明显下降趋势。在低温高应变速率下,材料稳态特征不明显,流变应力达到峰值后随应变增加持续减小,呈现出连续动态软化特征。MTi650A复合材料的有效加工窗口为(950~1150)℃/(0.01~1) s^(-1)。微观组织分析表明,MTi650A复合材料晶须增强相破碎程度主要受变形温度和应变速率影响,低温高应变速率更容易导致晶须破碎。β相区变形时,β相存在动态回复和再结晶,晶粒尺寸及α片层厚度变化与应变速率有关。

关键词： nano-powder   Yb:Sc_(2)O_(3)   transparent ceramic   hot isostatic pressing   optical property  

摘要： Sc_(2)O_(3),as a host for solid-state laser gain materials,has advantage of high thermal conductivity and easy matching with activating ions,which is promising in high-power laser ***,Yb-doped Sc_(2)O_(3) ceramics have been fabricated at very high sintering temperatures,but their optical quality and sintering process still need further *** this work,5%Yb:Sc_(2)O_(3)(in mass)nano-powders were obtained by co-precipitation,and then transparent ceramics were fabricated by vacuum pre-sintering and hot isostatic pressing(HIP)*** cubic Yb:Sc_(2)O_(3) nano-powders with good dispersity and an average crystallite of 29 nm were *** of pre-sintering temperatures(1500-1700℃)on densification process,microstructure changes,and optical transmittance of Yb:Sc_(2)O_(3) ceramics was *** data revealed that all samples have a uniform microstructure,while the average grain sizes increase with the increase of the sintering ***,the optimum in-line transmittance of Yb:Sc_(2)O_(3) ceramics,pre-sintered at 1550℃after HIP post-treatment,reaches 78.1%(theoretical value of 80%)at 1100 *** properties of the Yb:Sc_(2)O_(3) ceramics reveal that the minimum population inversion parameterβ2 and the luminescence decay time of 5%Yb:Sc_(2)O_(3) ceramics are 0.041 and 0.49 ms,respectively,which demonstrate that the optical quality of the Yb:Sc_(2)O_(3) has been ***,their best vacuum sintering temperature can be controlled down to a lower temperature(1550℃).In conclusion,Yb:Sc_(2)O_(3) nano-powders are successfully synthesized by co-precipitation method,and good optical quality transparent ceramics are fabricated by vacuum pre-sintering at 1550℃and HIP post-treatment.

关键词： 柔性传感器   微结构设计   水凝胶   三明治夹层结构   各向异性  

摘要： 受人体皮肤多刺激响应和超灵敏感知能力的启发，具有高度可变形能力及生物相容性的水凝胶已被广泛发展为柔性电子皮肤，广泛应用于人体运动信号和生理指标的监测，在仿生机器人和人机交互领域展现出巨大潜力。值得注意的是，水凝胶基柔性传感器的传感性能高度依赖其微结构设计。不同的微结构显著影响水凝胶基柔性传感器件的灵敏度、响应速度、重复性及适用场景。本文系统阐述了水凝胶基传感器在构筑过程中采用的多种微结构（如三明治夹层结构、三维纤毛结构、锥形结构和各向异性结构等），并详细对比了不同微结构的水凝胶基传感器在传感性能方面的差异及应用现状。未来，通过结合多种微结构并进行复合设计，有望进一步优化水凝胶基柔性传感器件的综合性能，实现多功能集成，并推动其在智能医疗、环境监测及人机交互领域的广泛应用。

关键词： 摩擦纳米发电机   3D打印   表面微结构构筑   输出性能  

摘要： 介电层表面微结构构筑对提升摩擦纳米发电机输出性能尤为关键。针对目前介电层表面微结构构筑工艺复杂、柔性差等问题，提出3D打印构筑摩擦纳米发电机介电层表面微结构，并采用理论与实验相结合的方法研究微结构种类、特征尺寸和数量对摩擦纳米发电机输出性能的影响规律。结果表明：构筑正四棱锥、半球体和正方体表面微结构可有效提升摩擦纳米发电机输出性能，且正方体表面微结构对于摩擦纳米发电机输出性能的影响更为显著，峰值电压最大增长38.7%，短路转移电荷量最大增长36.9%，峰值电流最大增长为42.9%；特征尺寸越大，微结构分布数量越多，摩擦纳米发电机输出性能越强；所述方法具有工艺简单、高柔性等优势，所建的仿真模型与实验结果具有较好的一致性，可为摩擦纳米发电机介电层表面微结构优化设计制造提供理论依据。

关键词： 可逆黏附   可控黏附   表面结构   表面化学   有机硅  

摘要： 壁虎脚趾等生物器官依托于表面生长的柔性纤丝化结构，通过离散共形接触，基于“接触-裂分”及“裂纹受限”等原理，以累积的范德华力等获取优异的可逆黏附能力。壁虎在攀爬过程中会分泌因内聚破坏产生的游离脂类分子，在脚趾微结构表面形成保护膜以防止长时磨损，进一步获取持久的可逆黏附能力。仿生干态可逆黏附材料(简称可逆黏附材料)是受生物可逆黏附原理启发制备的1类表面结构化的功能材料，该类材料展现出了完全不同于传统化学粘接的微观黏附机制，显示出了独特的可逆/可控及无损黏附特性。经过二十年发展，可逆黏附材料以可控夹持-释放、可控转运、辅助攀爬和无损粘接-脱粘等应用形式于空间在轨服务技术、电子工业及生物医疗等领域展现了广阔地应用前景。本文中结合生物可逆黏附机制的认知发展，从简单几何结构、复杂多尺度结构及可控响应可逆黏附材料等不同发展阶段系统阐述了其研究进展，并对其存在的挑战及发展趋势进行了论述。

关键词： 大尺寸显示器   防窥膜   微结构  

摘要： 设计了一种用于大尺寸显示器的防窥膜。基于普通百叶窗型防窥膜的防窥原理,根据人眼观看显示器不同区域的视线角度来设计特定的遮光微结构外形,使观看者在固定位置观看时整个显示区域内的亮度基本一致,解决了普通防窥膜应用于大尺寸显示器时边缘区域亮度过低的问题,同时不影响防窥效果。使用LightTools软件对大尺寸防窥膜进行了视角仿真,结果表明:人眼观察显示器边缘区域的亮度是中心区域亮度的94.9%,与普通防窥膜相比亮度提升了159.2%。