基于共格界面的超硬纳米复合膜强化机制及其普适性研究

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项目介绍
AI项目解读

基本信息

  • 批准号:
    51471110
  • 项目类别:
    面上项目
  • 资助金额:
    80.0万
  • 负责人:
  • 依托单位:
  • 学科分类:
    E0103.金属材料使役行为与表面工程
  • 结题年份:
    2018
  • 批准年份:
    2014
  • 项目状态:
    已结题
  • 起止时间:
    2015-01-01 至2018-12-31

项目摘要

The German scientist, Stan Veprek, firstly proposed that the superhard effect of TiSiN nanocomposite film originates from the nc-TiN/a-Si3N4 model, in which equiaxed TiN nanocrystallites (nc-TiN) were embedded in amorphous Si3N4 (a-Si3N4) matrix. However, lack of enough experimental evidence, this model brings out many controversies. Based on our initial research results, when TiSiN nanocomposite film was strengthened, Si3N4 interfacial phase presented crystallized state and grew coherently with adjacent TiN crystallites. Accordingly, the coherent-interface based strengthening mechanism of the TiSiN nanocomposite film was proposed. However, the validity and universality of this coherent-interface strengthening mechanism need to be further investigated through experiment and theory aspects. To this end, this project focuses on the following research aspects: (1) By adopting the four representative nanocomposite films, the relations between the hardness and the interfacial phase structure of nanocomposite films are investigated; (2) By designing four corresponding nanomultilayered films with the same interfacial phase thickness, the coherent-interface strengthening mechanism of nanocomposite film is verified through nanomultilayered structure; (3) By using the first principle simulation and coherent-interface strengthening theory, the validity and universality of the coherent-interface strengthening mechanism for nanocomposite films are further verified through simulation and theoretical calculation.
德国科学家Stan Veprek首先提出了TiSiN纳米复合膜的超硬效应来源于非晶Si3N4界面相包覆TiN纳米等轴晶粒的纳米复合结构(nc-TiN/a-Si3N4 模型),然而由于该模型缺乏足够的实验证据,引起本领域内的诸多分歧。申请人的前期研究发现,TiSiN纳米复合膜在被强化时的Si3N4界面相呈结晶态,并与相邻的TiN纳米晶粒呈共格外延生长,据此提出TiSiN纳米复合膜的共格界面强化机制,但是该机制是否成立和具有普适性,需从实验和理论上加以论证,故本申请项目拟聚焦于以下几方面的研究:(1)选取四种有代表性的纳米复合膜体系,研究纳米复合膜的硬度和界面相结构之间的演变关系;(2)设计具有相应界面相厚度的四种纳米多层膜,利用纳米多层膜结构验证纳米复合膜的共格界面强化机制;(3)利用第一性原理和共面界面强化理论对纳米复合膜共格界面强化机制及其普适性进一步进行模拟计算和理论验证。

结项摘要

德国科学家Stan Veprek首先提出了TiSiN纳米复合膜的超硬效应来源于非晶Si3N4界面相包覆TiN纳米等轴晶粒的纳米复合结构(nc-TiN/a-Si3N4模型),然而由于该模型缺乏足够的实验证据,引起本领域内的诸多分歧。本项目以NbSiN、ZrSiN、TiNiN、AlYN和TiSiCN纳米复合膜为研究对象,利用反应磁控溅射技术制备了具有不同界面相厚度的纳米复合膜。微观结构表征显示五种薄膜均形成界面相包裹纳米晶粒的纳米复合结构。随着界面相厚度的增加,界面相呈现结晶态,并协调相邻纳米晶粒之间保持共格外延生长,此时位错运动受到共格界面的阻碍,使纳米复合膜产生超硬效应。随着界面相的进一步增厚,界面相转变为非晶态,与相邻纳米晶粒之间的共格界面被破坏,对位错运动的抑制作用消失,纳米复合膜的硬度和弹性模量相应下降。NbSiN、ZrSiN、TiNiN、AlYN和TiSiCN纳米复合膜的强化作用源于纳米晶粒和界面相之间形成的共格界面,其微结构模型可以表示为nc-TmN/c-Interface模型(TmN代表Transition element nitride,Interface前面的“c”代表coherent)。 .本项目解决了纳米复合膜强化机制上的两个关键科学问题。第一,纳米复合膜的共格界面强化机制。通过研究五种纳米复合膜硬度和界面相结构的演变关系,借助于纳米多层膜的实验验证和模拟计算的理论研究,揭示了反映纳米复合膜强化本质的共格界面强化机制。第二,纳米复合膜共格界面强化机制的普适性。通过选取NbSiN、 ZrSiN、TiNiN、AlYN和TiSiCN五种有代表性的纳米复合膜体系,分别对其共格界面强化机制进行实验和理论验证,基本证明了纳米复合膜共格界面强化机制的普适性。本项目在科学上纠正了纳米复合膜现有“nc-TiN/a-Si3N4”强化模型的认识误区,统一纳米复合膜实验现象的分歧,揭示了反映纳米复合膜强化本质的“nc-TmN/c-Interface”共格界面强化机制;在工程上还可按照共格界面强化理论选择和设计新的纳米复合膜材料体系,这对纳米复合结构的超硬薄膜(涂层)材料体系的拓展及其力学性能的提升具有理论指导价值。

项目成果

期刊论文数量(30)
专著数量(0)
科研奖励数量(0)
会议论文数量(0)
专利数量(12)
Microstructural evolution, mechanical properties and strengthening mechanism of TiN/Ni nanocomposite film
TiN/Ni纳米复合薄膜的微观结构演变、力学性能及强化机制
  • DOI:
    10.1016/j.jallcom.2016.08.147
  • 发表时间:
    2017-01
  • 期刊:
    Journal of Alloys and Compounds
  • 影响因子:
    6.2
  • 作者:
    Wei Li;Ping Liu;Su Zhao;Ke Zhang;Fengcang Ma;Xinkuan Liu;Xiaohong Chen;Daihua He
  • 通讯作者:
    Daihua He
铜掺杂Ni-P-PTFE涂层的微观结构、耐蚀性和力学性能
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    2018-07
  • 期刊:
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  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    杨玉明;李伟;刘平;张柯;马凤仓;陈小红
  • 通讯作者:
    陈小红
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  • DOI:
    10.13258/j.cnki.nmme.2017.05.002
  • 发表时间:
    2017-10
  • 期刊:
    有色金属材料与工程
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    李伟;董帅峰;刘平;张柯;马凤仓;刘新宽;陈小红;何代华
  • 通讯作者:
    何代华
Quantitative Analysis of the Crystallographic Orientation Relationship Between the Martensite and Austenite in Quenching-Partitioning-Tempering Steels
淬火-配分-回火钢中马氏体和奥氏体晶体取向关系的定量分析
  • DOI:
    10.1007/s40195-017-0683-3
  • 发表时间:
    2018
  • 期刊:
    Acta Metallurgica Sinica (English Letters)
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    Zhang Ke;Liu Ping;Li Wei;Ma Feng Cang;Rong Yong Hua
  • 通讯作者:
    Rong Yong Hua
Microstructure and superhardness effect of CrAlN/SiO2 nanomultilayered film synthesized by reactive magnetron sputtering
反应磁控溅射CrAlN/SiO2纳米多层膜的显微结构及超硬度效应
  • DOI:
    10.1016/j.matchar.2016.05.016
  • 发表时间:
    2016-08-01
  • 期刊:
    MATERIALS CHARACTERIZATION
  • 影响因子:
    4.7
  • 作者:
    Li, Wei;Zheng, Kangpei;He, Daihua
  • 通讯作者:
    He, Daihua

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  • 发表时间:
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  • 期刊:
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  • 影响因子:
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  • 作者:
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  • 通讯作者:
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    10.15983/j.cnki.jsnu.2017.03.332
  • 发表时间:
    2017
  • 期刊:
    陕西师范大学学报(自然科学版)
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    --
  • 作者:
    李伟;王兰;沈淑坤;胡道道
  • 通讯作者:
    胡道道

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课题项目:调控A型流感病毒诱导IFN-β表达的机制研究

AI项目摘要:

本研究聚焦于TRIM2蛋白在A型流感病毒诱导的IFN-β表达中的调控机制。A型流感病毒是全球性健康问题,其感染可导致严重的呼吸道疾病。IFN-β作为关键的抗病毒因子,其表达水平对抗病毒防御至关重要。然而,TRIM2如何调控IFN-β的表达尚未明确。本研究假设TRIM2通过与病毒RNA或宿主因子相互作用,影响IFN-β的产生。我们将采用分子生物学、细胞生物学和免疫学方法,探索TRIM2与A型流感病毒诱导IFN-β表达的关系。预期结果将揭示TRIM2在抗病毒免疫反应中的作用,为开发新的抗病毒策略提供理论基础。该研究对理解宿主抗病毒机制具有重要科学意义,并可能对临床治疗流感病毒感染提供新的视角。

AI项目思路:

科学问题:TRIM2如何调控A型流感病毒诱导的IFN-β表达?
前期研究:已有研究表明TRIM2参与抗病毒反应,但其具体机制尚不明确。
研究创新点:本研究将深入探讨TRIM2在IFN-β表达中的直接作用机制。
技术路线:包括病毒学、分子生物学、细胞培养和免疫检测技术。
关键技术:TRIM2与病毒RNA的相互作用分析,IFN-β启动子活性检测。
实验模型:使用A型流感病毒感染的细胞模型进行研究。

AI技术路线图

        graph TD
          A[研究起始] --> B[文献回顾与假设提出]
          B --> C[实验设计与方法学准备]
          C --> D[A型流感病毒感染模型建立]
          D --> E[TRIM2与病毒RNA相互作用分析]
          E --> F[TRIM2对IFN-β启动子活性的影响]
          F --> G[IFN-β表达水平测定]
          G --> H[TRIM2功能丧失与获得研究]
          H --> I[数据收集与分析]
          I --> J[结果解释与科学验证]
          J --> K[研究结论与未来方向]
          K --> L[研究结束]
      
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