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研究方向

      本研究团队隶属于吉林大学郑伟涛教授领导的低维材料课题组,围绕先进结构涂层的微观结构设计及性能调控开展研究。

       随着我国提出加强深地、深海、深空国土资源战略科技新格局,极端工况下机械表面损伤问题愈发突出,解决复杂环境下材料表面防护问题刻不容缓。超硬及硬质薄膜材料作为防护涂层的一类重要体系,可像“铠甲”一样对基底材料进行保护,大力推进高端制造业的发展,为国民经济和国防建设提供强力支撑。

      过渡族金属具有极高的电子密度和抗压缩能力,而轻元素形成的强共价键能够抵抗形变,综合其所长形成的化合物有望成为硬质甚至超硬材料(硬度大于40GPa)。重要的是,这类材料体系具有高熔点及强化学惰性,且合成条件亦不苛刻,可服役于高温和酸碱环境中。然而,追求更高硬度时往往会导致材料韧性降低,进而发生脆性断裂而失效,最终影响机械部件的安全运行。因此,亟待破解硬度韧性此消彼长、难以两全的传统难题,提出硬韧相容新体系的构建思路。此外,由于复杂环境中材料表面演变行为将强烈作用于服役范围及效能,开发表面具有自适应能力的新型超硬/硬质薄膜材料具有重要意义。如何在硬韧平衡的基础上实现智能调控,还需从理论基础上解析材料表面与服役环境的相互作用。另一方面,薄膜材料在服役过程中,将面临复杂的多维度负载,实验表征与理论分析相结合分析与理解先进结构涂层在服役状态下的结构演变及性能,将为本研究领域的进一步发展打下理论基础。

      聚焦以上关键问题及技术瓶颈,课题组开展的研究方向为:

  1. 高性能超硬/高硬薄膜材料的韧化及功能化

  2. 极端环境下硬质薄膜材料的结构演变及力学行为

  3. 先进结构涂层在复杂环境下的应用研究(摩擦磨损、高温、高载荷、生物医用等)

  4. 与服役条件相结合的计算模拟