Abstract ：

为实现多孔单胞构型对多孔结构功能特性的调控，提出隐式曲面梯度多孔结构拓扑优化设计方法。在极小曲面隐式水平集函数中引入罚函数，保证小体积分数下曲面的连续性。对惩罚的隐式函数线性加权构造混合水平集函数，实现多孔结构混合参数化建模。采用数值均匀化法评估多孔结构的宏观等效弹性属性，并通过径向基插值函数构建等效弹性张量关于混合权重因子的显式表达式。以混合权重因子为设计变量，建立柔度最小化拓扑优化模型并采用优化准则法求解。引入Heaviside函数建立高阶连续插值模型，保证梯度多孔结构的高阶连续性。数值案例和实验结果表明，相比于均布多孔结构，所设计的梯度多孔结构的鲁棒性和承载特性更优，且不同单胞构型的梯度...

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混合水平集函数 极小曲面 数值均匀化法 拓扑优化 梯度多孔结构

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为了减轻传统股骨柄与股骨之间弹性模量相差较大而造成的应力遮挡效应,采用激光选区熔化(SLM)技术制备了基于三周期极小曲面(TPMS)的多孔结构,研究了孔隙率为55%～75%的P、G、D三种TPMS结构的力学性能,并通过有限元分析评估了不同孔隙率的P结构股骨柄在植入股骨后的应力遮挡程度。压缩试验结果表明:在适合骨细胞生长的孔隙率范围内,TPMS结构的屈服强度均大于股骨的屈服强度,满足股骨柄设计的强度要求,并且TPMS结构的力学性能随孔隙率的升高而降低,其中P结构降低的幅度最大。有限元分析结果表明,在股骨柄中引入P结构后能够有效缓解应力遮挡效应,有利于提高股骨柄的稳定性和使用寿命。

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多孔股骨柄 激光技术 激光选区熔化 力学性能 三周期极小曲面 设计

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涂覆于高温合金热端部件表面的热障涂层，具有隔热防护作用，属新一代燃气轮机的关键核心技术。等离子喷涂制备的热障涂层隔热性能好，但长时间高温服役后存在开裂剥落问题，引发基体烧蚀、造成巨大经济损失。因此，发展长寿命热障涂层是该技术领域的重大难题。本文从等离子喷涂热障涂层的独特层状结构特征入手，阐述涂层在高温服役中结构和性能的演变规律，揭示涂层剥落失效机理，总结长寿命热障涂层设计方法。研究表明，等离子喷涂热障涂层呈现以连通2D孔隙为主的层状多孔结构，具有优异的隔热功能和协调应变能力。然而，涂层在高温服役中发生烧结，2D孔隙大量消失，涂层显著刚化，使热障涂层开裂驱动力急剧增加，引发微观裂纹扩展并贯通形成...

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长寿命服役 等离子喷涂 抗开裂设计 热障涂层 失效机理

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为实现多孔单胞构型对多孔结构功能特性的调控,提出隐式曲面梯度多孔结构拓扑优化设计方法。在三周期极小曲面隐式水平集函数中引入罚函数,保证小体积分数下曲面的连续性。对惩罚的隐式函数线性加权构造混合水平集函数,实现多孔结构混合参数化建模。采用数值均匀化法评估多孔结构的宏观等效弹性属性,并通过径向基插值函数构建等效弹性张量关于混合权重因子的显式表达式。以混合权重因子为设计变量,建立柔度最小化拓扑优化模型并采用优化准则法求解。引入Heaviside函数建立高阶连续插值模型,保证梯度多孔结构的高阶连续性。数值案例和实验结果表明,相比于均布多孔结构,所设计的梯度多孔结构的鲁棒性和承载特性更优,且不同单胞构型...

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混合水平集函数 三周期极小曲面 数值均匀化法 拓扑优化 梯度多孔结构

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二维片状NiCo_2O_4具有特殊的各向异性结构和较高的理论比容量，在电储能领域有特殊的应用前景，但常见的二维NiCo_2O_4容易发生团聚，导致其储能性能下降。通过简单的协同腐蚀沉淀策略(CEP)及退火工艺成功制备出NiCo_2O_4纳米笼，该空心结构由片状NiCo_2O_4相互交错形成，有效的三维支撑腔体减少了团聚，同时多孔结构提供了应力释放空间，改善了电化学储能性能。结果表明，电极在3.5A/g电流密度下，比电容高达1688F/g,在10A/g条件下循环1000次依旧能够保持原比电容的87.7%。表明将二维片状材料组装形成笼状结构可以有效提升电化学储能性能。

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NiCo_2O_4 电容器 过渡金属氧化物 纳米笼 协同腐蚀沉淀

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乳房组织工程被认为是乳房重建的终极方案。乳房是特殊的软组织，支架材料作为组织工程的三大要素之一，在乳房组织工程当中显得尤为重要。理想的支架材料应具备与目标组织相似的物理和生化特性，适宜的生物化学和物理环境，能够调节种子细胞对特定组织工程要求的响应。生物材料的特性（例如机械和化学功能性）影响细胞黏附、增殖和分化等行为，所以理想的支架应具有良好的生物相容性，从而防止长期免疫反应的发生。此外，良好的生物支架应具备适宜的多孔结构，以利于血管生成并为细胞的增殖分化提供营养物质。以上与支架的材料选择及制备工艺都有直接的关系，本文列举了可用于乳房组织工程研究的支架材料，并根据乳房组织特性选择相关制备工艺进行...

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3D打印 乳房重建 乳房组织工程 生物材料

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文中以十四面体结构建立不同孔密度(10-40PPI)的泡沫金属孔胞模型，运用FLUENT软件数值研究了在较高流速下(0 m/s～100 m/s)泡沫金属的压降变化与通道的综合换热性能.研究结果表明，较高流速时孔密度与流速对泡沫金属通道流动阻力影响较大；流速为30 m/s时40PPI泡沫金属压降数值较10/20/30PPI分别提高了218.72%,123.87%,66.55%.当流速为80 m/s时，10PPI压降便达到MPa/m.此外，高孔密度的泡沫金属具有更大的对流换热系数，但综合换热因子随流速增大而减少，说明增大流速所增强的换热性能无法抵消多孔结构所导致的压降阻力的增长.通过对压降数据进行...

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较高流速 泡沫金属 压降预测公式 综合换热性能

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随医学技术和认知水平的提高,骨组织缺损的治疗理念逐渐从组织移植向组织再生模式转变。三维(3D)多孔支架在骨组织工程研究中起着关键性的作用,是种子细胞在形成组织之前赖以生存的生物学载体,能为组织再生提供空间场所。本文针对基于丝素蛋白(SF)生物材料构建3D多孔支架的研究进展进行了总结和讨论。首先,概述了自然骨组织的多层次多孔结构特征;其次,总结了SF材料的组成和结构特征,及其卓越的生物相容性、力学性能和生物可降解性能等特性;随后,着重讨论了SF基3D骨组织修复多孔支架典型的制备技术,包括冷冻干燥法、粒子沥滤法、生物3D打印法、复合制造技术对3D支架多孔结构的控制能力,以及多孔结构对细胞生长行为和...

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骨组织工程 结构调控 三维多孔支架 丝素蛋白

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盐包合材料(Salt-Inclusion Materials, SIMs)是一类具有独特的主体结构和客体盐组合的新型无机晶体材料，其具有特定的多孔结构、可填充性和灵活多变的拓扑结构而引起了研究者们的兴趣。SIMs的合成具有很大的挑战性，大部分都是偶然生长所得，为将其发展为可应用的材料，理解其合成规律、晶体化学及其相关性能非常重要。本文综述了近年来文献报道的高温熔盐法合成得到的典型SIMs,从晶体框架结构对其分类，针对一些结构独特的SIMs进行了重点讨论并总结其特点。最后，本文介绍了SIMs在环境、光电、热电和荧光领域的潜在应用。对于其未来发展，仍需进一步研究SIMs晶体化学以探索其性能及应用。

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框架结构 熔盐法 盐包合材料 应用

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近年来,由有机污染物和重金属引起的水污染对人类健康、生态系统和社会可持续发展构成了严重威胁.而光催化技术以其高效、低成本、节能、无二次污染等优点成为解决日益严重的环境污染问题的一个极具吸引力的策略.众所周知,宽光谱吸收、高效载流子分离和快速的表面反应动力学是高性能光催化剂所必备的基本条件.而多孔TiO_(2)空心球具有以下结构优势:(1)成本低、无毒、氧化还原电位适中、物理化学性质稳定;(2)中空结构有利于入射光多重散射,而且大表面积可以暴露更多的活性位点;(3)多孔结构有利于传质过程.但是,窄光谱吸收和低的光生载流子分离效率严重阻碍了空心结构TiO_(2)的实际应用.因此,通过耦合窄带隙半导体构建异质结光催化剂可以有效提高光吸收和促进光生电荷的分离.窄带隙(Eg=2.18–2.44 eV)半导体材料SnS_(2)具有无毒、化学性质稳定、低成本和宽谱响应等诸多优点.若将超薄SnS_(2)纳米片锚定生长在多孔TiO_(2)空心球表面,将对异质结的光催化性能产生显著的影响.一方面,分级结构的空心球具有高可见光捕获率;另一方面,超薄SnS_(2)纳米片具有更短的载流子扩散距离,从而有效地抑制光生载流子在催化剂体相内部复合.然而,由于其能带结构的限制,二元TiO_(2)/SnS_(2)复合材料很容易形成嵌入式I型异质结,在很大程度上降低了光催化氧化还原能力.此外,在光催化剂表面聚集的光生电子和空穴容易发生随机性复合.因此,迫切需要通过引入界面驱动力来调节表面载流子的分离和转移.众多研究表明,通过化学功能化可以实现对还原氧化石墨烯(rGO)的能带结构、功函数、电导率、亲水性和光学性质的调控.功能化的rGO可以作为优良的空穴提取材料,在rGO两侧分别耦合不同能级结构的半导体光催化材料,通过异质界面能级和功函数差异带来的界面

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CR(VI)还原 SnS_(2)/rGO/TiO_(2) 光催化剂 空心球 空穴注入层

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