国内外环境材料最新研究进展

㊀第43卷㊀第3期2024年3月中国材料进展MATERIALS CHINAVol.43㊀No.3Mar.2024收稿日期:2023-06-13㊀㊀修回日期:2023-11-12基金项目:中央高校基本科研业务费专项资金资助项目(2023CX 01021);国家自然科学基金资助项目(52301186)第一作者:穆啸楠,男,1991年生,副研究员,硕士生导师通讯作者:张洪梅,女,1979年生,教授,博士生导师,Email:zhanghm@DOI :10.7502/j.issn.1674-3962.202306010石墨烯增强钛基复合材料研究进展穆啸楠1,2,张洪梅1,2,王㊀宇1,2(1.北京理工大学材料学院,北京100081)(2.冲击环境材料技术国家级重点实验室,北京100081)摘㊀要:非连续增强钛基复合材料(DRTMCs)具有高比强度㊁低密度㊁优异的耐蚀性等诸多特性,在航空航天㊁国防工业㊁交通运输等领域具有广泛的应用前景㊂石墨烯具有良好的本征物理和力学性能,是近年来的二维碳纳米 明星 材料,被视为极具潜力的DRTMCs 纳米增强体㊂国内外研究者聚焦DRTMCs 设计与制备,突破了低温快速成型和界面改性等关键技术,初步实现了界面精细调控和微观构型,获得石墨烯在钛基体中的本征增强,制备出强塑性匹配较好的DRTMCs㊂简要综述近些年来石墨烯增强钛基复合材料的设计方法和制备工艺,探讨界面反应㊁界面结构㊁微观构型等关键因素对复合材料力学性能和失效机制的影响规律,并提出石墨烯增强钛基复合材料未来的发展方向㊂关键词:石墨烯;钛基复合材料;制备方法;界面设计;力学行为中图分类号:TB333.1+2㊀㊀文献标识码:A㊀㊀文章编号:1674-3962(2024)03-0212-10引用格式:穆啸楠,张洪梅,王宇.石墨烯增强钛基复合材料研究进展[J].中国材料进展,2024,43(3):212-221.MU X N,ZHANG H M,WANG Y.Progress on Graphene Reinforced Titanium Matrix Composites[J].Materials China,2024,43(3):212-221.Progress on Graphene Reinforced TitaniumMatrix CompositesMU Xiaonan1,2,ZHANG Hongmei1,2,WANG Yu1,2(1.School of Materials Science and Engineering,Beijing Institute of Technology,Beijing 100081,China)(2.National Key Laboratory of Science and Technology on Materials Under Shock and Impact,Beijing 100081,China)Abstract :Discontinuously reinforced titanium matrix composites (DRTMCs)have many excellent properties such ashigh specific strength,low density,superior corrosion resistance,which have become ideal candidates for aerospace,defense industry and transportation field and have a wide range of applications.Graphene,as a two-dimensional carbon nano star material with excellent intrinsic physical and mechanical properties,has been regarded as a promising nano-reinforcement for DRTMCs in recent years.Recently,domestic and foreign researchers have been focusing on solving the key issue of severe interfacial reaction caused by traditional high-temperature sintering through rapid low-temperature con-solidation as well as powder modification,established a precise interface control method for graphene-reinforced Ti compos-ites,and optimized the configuration to realize the graphene nanoplatelets intrinsic strengthening.The present work sum-marized the fabrication and design method of graphene reinforced titanium matrix composites in recent years,investigating the effects of interface reactions,interface structure and micro-configuration or other key factors on the mechanical proper-ties,failure mechanism,and prospected the development trend of graphene reinforced titanium matrix composites in the further.Key words :graphene;titanium matrix composites;fabrication method;interface design;mechanical behavior1㊀前㊀言钛合金由于其优异的比强度㊁耐蚀性和高温性能,在航空航天㊁国防和汽车工业等领域拥有广泛的应用前景[1-5]㊂经过几十年的发展,钛合金力学性能发展已逼近极限,难以满足装备更为严苛的应用需求㊂钛合金的复合化成为重要的发展方向㊂非连续增强钛基复合材料㊀第3期穆啸楠等:石墨烯增强钛基复合材料研究进展(discontinuously reinforced titanium matrix composites,DRT-MCs)具有较高的模量㊁耐磨性㊁强度,与钛合金相比具有显著优势[2,6,7]㊂DRTMCs按照增强体生成方式可以分为原位自生颗粒/晶须增强DRTMCs(如通过引入碳源㊁硼源在基体内原位自生TiC㊁TiB陶瓷相)和外加颗粒增强DRTMCs(如加入SiC㊁Al2O3㊁Si3N4等陶瓷颗粒)[8,9]㊂近年来,碳纳米材料由于其超高的物理和力学性能,在增强金属综合性能方面已展现出较为突出的效果,常用的碳纳米增强体有碳纳米管(carbon nanotubes, CNTs)㊁纳米金刚石(nano diamonds,NDs)和石墨烯等㊂石墨烯纳米片(graphene nanoplatelets,GNPs)是一种具有较大比表面积,保留了大部分石墨烯优异力学(理想状态下石墨烯断裂强度~130GPa,杨氏模量~1.0TPa[8])㊁热学及电学性能的纳米碳材料,作为增强体已广泛应用于树脂㊁陶瓷和金属基复合材料㊂与传统陶瓷颗粒和晶须增强的DRTMCs相比,GNPs/Ti复合材料表现出更加优异的强度㊁塑性和抗冲击性等特性,受到国内外研究者广泛关注[9-15]㊂然而,GNPs/Ti复合材料的设计和制备始终面对三大难题:其一,GNPs在钛基体中的分散性较差;其二,由于钛具有非常高的化学活性,GNPs极易与钛基体发生严重界面反应而失去本征性能;其三, GNPs自身纳米结构的完整性较差和缺陷较多㊂以往的研究表明,CNTs和NDs作为钛基体的增强体也存在类似问题,大部分纳米碳材料在DRTMCs制备过程中通常会形成微米尺寸TiC颗粒,使复合材料的性能提升难以达到预期效果㊂对于GNPs/Ti复合材料,如何抑制GNPs的严重反应,实现界面反应精准控制,较好发挥GNPs的本征增强作用,是重要的研究方向㊂GNPs/Ti 复合材料的研究不仅对DRTMCs的发展具有重大意义,也对碳纳米相增强金属基复合材料的研发具有重要的理论指导意义㊂2㊀GNPs/Ti复合材料制备方法制备GNPs/Ti复合材料的方法有很多种,如图1所示[16-22],主要包括热压烧结㊁放电等离子烧结(spark plasma sintering,SPS)㊁微波烧结㊁热等静压㊁粉末注射成型㊁激光熔覆等㊂其中热等静压㊁金属注射成型和激光熔覆等方法流程复杂㊁成本较高,尤其是这些工艺过程是在高温环境下制备,难以实现GNPs与钛基体的反应控制㊂传统热压烧结工艺的烧结时间较长,使得GNPs与Ti几乎全部发生反应生成TiC相㊂SPS工艺具有升温速度快㊁烧结时间短㊁烧结温度低等优势,因此采用该方法制备的材料组织均匀细小且界面反应可控制[23],SPS已成为目前GNPs/Ti复合材料的优选制备方法㊂西北有色金属研究院张于胜等[24]采用SPS和热轧工艺制备出GNPs/TC4㊁石墨颗粒(graphite particles,GPs)/ TC4和氧化石墨烯(graphene oxide,GO)/TC43类钛基复合材料,研究发现由于SPS快速升降温的特点,900ħ烧结和轧制条件下所制备的复合材料碳纳米相未完全反应,其中GNPs的本征结构保留最好,所制备的GNPs/ TC4复合材料屈服强度相比TC4㊁GPs/TC4和GO/TC4分别提高了24.6%,9.22%和5.62%㊂武汉理工大学史晓亮等[25]在1100ħ㊁保温10min的条件下,制备出GNPs/TiAl合金复合材料,测试结果表明,与TiAl基体相比,GNPs使该复合材料摩擦系数降低了4倍㊁磨损率降低了4~9倍㊂哈尔滨工业大学孔凡涛等[26]对SPS制备的GNPs/Ti-47Al-2Cr-4Nb-0.3W复合材料的微观结构进行研究,发现少量添加的GNPs对基体的晶粒细化有显著效果,使平均晶粒尺寸降低了45%㊂东南大学王军等[27]采用SPS工艺制备出高致密的GNPs/TC4复合材料,研究发现晶界处均匀分布的GNPs抑制了钛合金基体中魏氏组织的形成,有利于复合材料组织细化和力学性能的提升㊂印度塔帕尔大学Sharma等[28]采用SPS工艺制备了GNPs/TC4复合材料,该复合材料纳米硬度为5.29GPa,弹性模量为119.8GPa,比烧结态TC4分别提高了68.4%和140.5%㊂四川大学杨刚等[29]在850ħ条件下制备了GNPs/Ti复合材料,并分析了其高温压缩性能,研究发现,在大电流(45000A)或等离子体局部高温作用下,碳原子加速产生活化或非晶化,破坏了GNPs 的本征结构[30]㊂北京理工大学张洪梅等[31-34]采用低温快速成型工艺制备出GNPs/Ti复合材料,有效抑制了界面反应,其中GNPs质量分数为0.1%的GNPs/Ti复合材料具有优异的拉伸强度,比纯钛提高了54.2%~70%㊂东南大学的张法明团队[27,35]对GNPs和洋葱碳增强DRT-MCs开展了系统研究,发现复合材料内部在形成了纳米/亚微米级的TiC颗粒的同时保留了部分碳纳米相,使该复合材料拉伸强度相比纯Ti提高了40%㊂此外,重庆大学刘许旸等[36]㊁西南交通大学蒋小松等[37]㊁西安交通大学刘马宝等[38]㊁北京航空材料研究院曹正等[39]㊁苏州大学陈瑶等[40]在GNPs/Ti复合材料的制备方法研究方面也取得了一定的进展,为实现GNPs在钛基体中应用提供了工艺借鉴和技术参考㊂312中国材料进展第43卷图1㊀GNPs/Ti复合材料制备方法[16-22]:(a)热压烧结,(b)放电等离子烧结,(c)微波烧结,(d)热等静压,(e)粉末注塑成型,(f)激光熔覆Fig.1㊀Preparation methods of GNPs/Ti composites[16-22]:(a)hot-pressing,(b)spark plasma sintering,(c)microwave sintering,(d)hot iso-static sintering,(e)powder injection molding,(f)laser melting deposition3㊀GNPs/Ti复合材料界面与微观构型设计相比传统陶瓷颗粒和晶须增强体,GNPs厚度仅为几至几十纳米,具有较高的比表面积(250~1000m2/g),因而GNPs/金属复合材料中的界面区域占比得到较大提高,界面作为连接基体与增强相的 桥梁 ,是GNPs/金属复合材料性能的决定因素,也是目前研究的热点㊂发展GNPs/Ti复合材料的界面设计及控制方法,优化制备工艺,揭示 界面结构-材料性能 的响应关系,已成为GNPs/Ti复合材料的重点研究方向[41,42]㊂微观构型设计可对DRTMCs综合力学性能的提升产生显著效果[31,43-45],近年来,具有特殊微观构型的DRT-MCs受到广泛关注㊂研究发现,网状结构可以细化基体晶粒,有助于基体和增强体协调变形,抑制裂纹扩展;层状结构具备很强的抗裂纹萌生与扩展能力,可以实现对裂纹钝化㊁偏转和桥接等各种韧化机制的协调,充分发挥韧化效果[46,47]㊂本文汇总了近几年国内外较为典型的GNPs/Ti复合材料界面与微观构型设计研究报道[32,36,45,48-60],如图2所示㊂粉末冶金制备GNPs/Ti复合材料涉及烧结㊁热加工和热处理等工艺过程,尽管界面处原位生成的TiC层可有效提高界面结合强度,提升GNPs载荷传递效率,但图2㊀GNPs/Ti复合材料界面与微观构型设计方法[32,36,45,48-60] Fig.2㊀Micro-configuration design and preparation methods of GNPs/Ti composites[32,36,45,48-60]同时也会破坏GNPs二维纳米结构,降低本征增强效果㊂如日本大阪大学Kondoh教授团队[61]采用SPS和热挤压工艺(挤压比为3ʒ7,挤压温度为1000ħ)制备了CNTs/ Ti复合材料,挤压后增强体分散性得到较大提高,但碳412㊀第3期穆啸楠等:石墨烯增强钛基复合材料研究进展纳米材料的本征结构损伤严重㊂奥地利研究中心Melend-ez等[62]通过粉末冶金法制备出碳纳米材料(CNTs㊁NDs)增强的DRTMCs,研究发现,碳纳米材料与基体反应生成了高含量的TiC,该复合材料虽具有高的硬度和强度,但塑(韧)性较差㊂韩国延世大学Shin等[63]在较低温度(500ħ左右)和高压力条件下烧结制备了GNPs/Ti复合材料,研究发现,GNPs与Ti基体之间基本没有界面反应,而是通过Ti-C离子键和范德华弱键结合,由于界面结合强度较弱,导致复合材料在加载条件下界面易脱粘㊂由此可知,若GNPs/Ti复合材料界面TiC相含量过低,将使得界面结合强度不够,性能提升不足;TiC相生成过量,将容易破坏GNPs的本征结构,降低复合材料塑(韧)性,引发材料脆性失效㊂因此,如何为GNPs披上一层 恰到好处 的TiC层 外衣 ,是复合材料综合性能提升的关键㊂研究人员开展了界面微结构演化和反应调控等相关工作㊂北京理工大学张洪梅等[30,31,64,65]率先研究了GNPs/Ti复合材料的界面演化机制,基于低温高压SPS预成型和快速热处理工艺制备了GNPs/Ti复合材料㊂研究发现,TiC优先在GNPs的开口边缘位置形核生长㊂如图3所示[66],在850ħ热处理条件下,随着反应时间的延长(热处理时间120~600s),界面处的TiC相形貌从初始的 颗粒孤岛 (图3a)变成 蠕虫状 的长条(图3b),最后彼此相连形成厚度约150nm 致密的 片层状 结构(图3c)㊂旋进电子衍射分析结果表明,800ħ以下热处理反应生成的TiC层无择优取向,而是由众多细小纳米TiC颗粒相连组成;850ħ以上热处理反应生成的TiC层会产生<101>和<111>织构以及生长层错[66]㊂当界面反应层达到致密状态,碳原子将主要以穿过TiC层的方式到达Ti基体,使TiC继续生长[31]㊂西安交通大学刘马宝等[38]分析了GNPs/ TC4复合材料的界面微结构演化,研究发现,GNPs/ TC4复合材料界面主要形成致密的TiC反应层(无其他碳产物生成),且反应层的致密化可明显降低碳原子的扩散速率,使GNPs的本征结构在TC4合金基体中较好地保留㊂上述研究揭示了GNPs与Ti(合金)复合材料界面元素的反应扩散行为㊁界面产物的生长特性和形貌演变规律㊂研究人员还尝试采用GNPs表面改性方式调控界面㊂如北京理工大学[64]和西北有色院[67]等研究单位采用化学镀方法在GNPs表面引入Ni㊁Cu㊁Ag等纳米颗粒层,制备了Ni@GNPs㊁Cu@GNPs和Ag@GNPs纳米复合增强体,研究发现:GNPs表面金属化可以有效延缓复合材料界面反应的进程㊂由于纳米金属层可抑制碳原子扩散,界面反应产物由粗大TiC颗粒(尺寸约几百纳米)转变为细小的TiC颗粒(尺寸约十几纳米)㊂同时,金属层转变图3㊀GNPs/Ti复合材料在850ħ热处理条件下界面TiC相形貌随时间的演化过程[66]:(a)120s,(b)300s,(c)600s Fig.3㊀Interfacial TiC morphology evolution with time of GNPs/Ti composite during heat treatment at850ħ[66]:(a)120s,(b)300s,(c)600s为金属间化合物层,提高了GNPs与钛基体的界面结合强度,并且随着金属层原子的扩散,钛基体发生相转变(如β相产生和次生α析出),进一步改变了基体微观组织形貌,使复合材料实现了 1+1>2 的GNPs㊁界面反应层和基体析出相协同增强效果,准静态拉伸性能明显优于相同工艺参数下GNPs/Ti复合材料㊂西北工业大学陈彪团队[68]通过超声分散和物理吸附的方式得到了SiC p@ GNPs纳米复合增强体,采用SPS工艺制备出SiC p@ GNPs/Ti复合材料,该复合材料耐磨性能比纯钛提高了86.8%,研究发现:GNPs表面纳米SiC p层与GNPs表面金属化的效果类似,抑制了界面反应,减少了GNPs在烧结制备过程中缺陷的形成,反应生成的少量TiC和Ti5Si3相有利于提高界面结合强度㊂综上所述,研究者在GNPs/Ti复合材料界面反应机理及界面产物生长特性等方面开展的基础研究可为GNPs/Ti复合材料的界面设计及控制提供理论依据㊂在微观构型设计方面,哈尔滨工业大学黄陆军等[46]以提高DRTMCs室温塑性和高温强度为目标,基于Hash-in-Shtrikman理论,采用晶界强韧化设计的方法,制备出TiB w增强体呈准连续三维网状分布的DRTMCs,有效提高了材料的塑(韧)性㊂东南大学张法明团队[47]采用SPS 工艺制备了具有三维网状结构的少层石墨烯(few-layer graphene,FLG)/TC4复合材料,研究了SPS工艺温度对复合材料微观组织演变㊁压缩/拉伸力学性能和摩擦学行为的影响规律,分析了强化机理㊂FLG通过低能球磨在TC4粉末表面均匀分散,并经烧结过程在复合材料晶界处原位生成三维网络分布的FLG-TiC复合增强体㊂由于FLG和TiC在网络边界的协同强化作用,该复合材料相比TC4基体综合力学性能明显提高,且磨损率显著降低㊂图4a为FLG/TiC增强TC4合金基体的微观作用机制示意图[47]㊂西北工业大学陈彪团队[69]制备了具有GNPs网状分布特征的GNPs/TC4复合材料,研究发现,网状结构512中国材料进展第43卷一定程度缓解了复合材料裂纹应力集中,微裂纹倾向于沿着网络边界和GNPs /碳化物颗粒进行形核和长大,有利于微裂纹分支和偏转㊂北京理工大学张洪梅团队[31]设计出GNPs /Ti 片状复合粉末构筑了复合材料层状结构(图4b),不仅解决了GNPs 的团聚问题,同时获得了良好的GNPs 本征增强效果,制备的层状结构GNPs /Ti 复合材料打破了传统DRT-MCs 的压缩屈服强度极限(达到~2GPa)㊂基于仿生学思想,他们设计出具有三维复合结构的GNPs-(TiB w )/Ti 界面[32-34,48](简称 三维界面 ,如图4c),显著提升了复合材料的拉伸强度(比纯Ti 基体提升200MPa),并保持优异的室温塑性(23.2%)㊂图4d 为GNPs-(TiB w )/Ti 复合材料拉伸断口形貌[32],可以看出,TiB 晶须作为桥梁连接了GNPs-TiC-Ti 的多重界面,减缓了TiC 层的断裂速度,同时抑制了GNPs 与周围基体的界面脱粘,防止TiC 层与相邻基体的变形分离,GNPs 的存在还可以桥接裂纹,进一步获得增韧效果,促进GNPs 更好地发挥其本征强化作用㊂图4㊀FLG /TC4复合材料的三维网络结构示意图和界面结合模型(a)[47],微观层状GNPs /Ti 复合材料三维微观结构及微裂纹偏转(b)[31],受苍耳植物外形启发设计的具有 三维界面 特征的GNPs-(TiB w )/Ti 复合材料(c)[34],GNPs-(TiB w )/Ti 复合材料拉伸断口的SEM 照片(d)[32]Fig.4㊀Schematics of 3D network structure and interfacial bonding model of FLG /TC4composites (a)[47],cracks deflection in micro-laminated GNPs /Ti composite (b)[31], 3D interface in GNPs-(TiB w )/Ti composite inspired by Xanthium sibiricum (c)[34],SEM image of the tensile frac-ture of GNPs-(TiB w )/Ti composites (d)[32]4㊀GNPs/Ti 复合材料力学性能与失效机制GNPs /Ti 复合材料相比TiC(或TiB)/Ti 复合材料在力学性能上表现出更显著的强化效率,更优异的强塑性匹配,且GNPs 应用于钛合金也具有类似的增强效果[24,30,70-76]㊂选取部分具有代表性GNPs /Ti 复合材料与TiC(或TiB)/Ti 复合材料进行力学性能对比(图5a 和5b)㊂另一方面,微观构型设计表现出更突出的DRTMCs 增塑/增韧特性[30,41,58,64,68,77-97],尤其是GNPs /Ti 复合材料层状结构设计(代表成果统计见图5c)㊂进一步优化微观构型和界面微观结构,可以为GNPs /Ti 复合材料综合性能提升提供新思路与新途径㊂目前研究表明,GNPs /Ti 复合材料的强化机制主要为细晶强化㊁载荷传递㊁固溶强化㊁织构强化和Orowan 强化等(与目前已深入研究的颗粒增强金属基复合材料强化机制类似,在此不做赘述)㊂在塑(韧)性提升机制方面,除了微观构型起到的显著效果之外,界面微观结构也是影响复合材料增强和增塑(韧)的关键因素,也是微观构型发挥效果的前提㊂通过测量界面断裂韧性(如压痕实验法㊁四点弯曲实验法等[98])可以对界面特性进行评612㊀第3期穆啸楠等:石墨烯增强钛基复合材料研究进展估,但增强相尺寸为纳米尺度时,宏观的实验方法难以表征界面特性㊂研究人员采用数学模型(如等应力-等应变模型㊁剪切-滞后理论模型和粘结区模型等)对材料的宏观力学性能进行拟合,间接计算界面结合强度㊂首先对除载荷传递强化机制外的其它强化贡献进行定量计算,并利用差减法得出载荷传递作用的强化贡献,然后使用剪切-滞后强化模型倒推,间接计算出复合材料的界面结合强度[99]㊂事实上,经过拉伸变形,复合材料拉伸断口的韧窝附近或靠近增强体的区域通常会产生纳米孔洞或明显的应力集中㊂与初始状态相比,此时复合材料的界面状态已发生改变,增强体-基体的界面力学特性不能被真实反映㊂图5㊀GNPs /Ti 复合材料与传统原位自生TiC (或TiB )/Ti 复合材料性能对比:(a )拉伸强度[24,30,70-72,74-76],(b )断后延伸率[24,30,70-72,74-76],(c)不同微观构型的复合材料的归一化拉伸强度与断后伸长率分析图[30,41,58,64,68,77,85,87,89,93,95-97]Fig.5㊀Comparison of properties of GNPs /Ti composites and traditional in-situ TiC (or TiB )/Ti composites:(a )ultimate tensilestrength [24,30,70-72,74-76],(b)elongation to fracture [24,30,70-72,74-76],(c)normalized tensile strength and normalized tensile elongationof composites with different structural types [30,41,58,64,68,77,85,87,89,93,95-97]㊀㊀北京理工大学张洪梅等[44,66,100]采用微纳扩散偶实验结合动力学计算的界面精细控制方法,通过短时热处理获得不同碳-钛反应程度的GNPs /Ti 复合材料㊂在准静态及高应变率动态加载条件下开展了GNPs /Ti 复合材料力学响应行为研究,分析不同界面微观结构对GNPs 载荷传递和复合材料塑(韧)性提升的影响规律,揭示了GNPs 及界面微观结构在载荷作用下的失效机制㊂研究表明,适当的界面反应可产生GNPs-TiC 协同强韧化 效果㊂图6为准静态拉伸变形后GNPs /Ti 复合材料微观组织和断口形貌,从图中可以看出,界面附近的基体中存在Frank-read 位错源和位错环,以及大量的线段状位错线,在TiC 反应层与Ti 基体的界面处也发现了位错环以及大量位错缠结㊂TiC 反应层在载荷传递的过程中出现了多处微裂纹形核现象(如图中红色虚线所示),部分微裂纹还呈现出较大偏转㊂微裂纹的产生说明界面载荷传递的应力达到了TiC 反应层的临界断裂应力,然而TiC反应层产生的微裂纹在GNPs 两侧并非是对称的,同时GNPs 与TiC 反应层也无界面脱粘现象,因此GNPs 在载荷传递的过程中对界面反应层的裂纹扩展起到了有效地抑制作用,微裂纹如果继续扩展,则必须绕过GNPs 与TiC 的界面㊂TiC 反应层与GNPs 在复合材料拉伸过程中保持高效的协同承载能力,尽管TiC 反应层在拉伸过程中微裂纹不断形核并长大,但始终能够有效地将来自基体的加载应力传递到GNPs,随着拉伸过程的继续进行,GNPs 在到达临界断裂应力后产生撕裂或断裂,这意味着本征结构保留完好的石墨烯不仅可以起到高效的载荷传递作用,还可以有效抑制界面处微裂纹的扩展,从而同时提高复合材料的强度和塑(韧)性㊂当GNPs /Ti 复合材料处于过度反应界面状态时(即TiC 反应层过厚,GNPs 本征结构破坏严重),GNPs 将成为一种 缺陷 ㊂图7a 所示为存在严重界面反应的GNPs 和断裂TiC 层TEM 形貌照片,与图6相比,相同拉伸应712中国材料进展第43卷图6㊀拥有适当界面反应的GNPs/Ti复合材料拉伸变形后微观组织TEM照片(a)和拉伸断口SEM照片(b)[66]Fig.6㊀Microstructure TEM image(a)and fracture surface SEM images(b)of GNPs/Ti composite with suitable interface reaction de-gree under tensile deformation[66]变条件下,该界面处微裂纹的尺寸明显增大,这些微裂纹穿透了整个TiC层㊂图7b显示了断裂界面附近的GNPs非晶相,这是导致GNPs-TiC结合较弱以及微裂纹快速扩展的主要原因㊂因此,严重反应界面状态的GNPs 很难抑制裂纹的扩展,从而降低了TiC的断裂韧性(图7c)㊂也就是说,GNPs不能有效地承受来自Ti基体的载荷,GNPs本征结构消失和较大损伤也将导致粗大的TiC反应层成为普通脆性陶瓷相,使GNPs-TiC 协同强韧化 效果消失[66,101]㊂北京理工大学张洪梅团队[33,65]采用分离式霍普金森压杆结合限位环技术,研究了高应变率冲击加载条件下复合材料GNPs和TiC的力学响应行为(3000s-1)㊂图8a 所示为850ħ热轧态GNPs/Ti复合材料(适当界面反应)的动态压缩应力应变曲线㊂初始应变条件下界面处首先产生微孔洞(图8b),可以观察到微孔洞内部存在断裂图7㊀存在严重界面反应的GNPs/Ti复合材料拉伸变形后:(a)微观组织TEM照片[101],(b)微裂纹贯穿界面TEM照片[101],(c)界面处GNPs有/无非晶层界面时的失效模型[66] Fig.7㊀GNPs/Ti composite with severe reaction degree under tensile deformation:(a)TEM image of the microstructure[101],(b)TEMimage of the cracks propagation on interface[101],(c)the failuremodel of the interface without/with GNPs amorphization[66]的TiC反应层,以及处于 桥接 状态且尚未断裂的GNPs;当试样的应变为0.15时,则达到以GNPs断裂为主要现象的微裂纹形核阶段(图8c),随着应变的继续增加,微裂纹随之延伸㊁扩展和连接,最终形成横向主裂纹造成的复合材料应力塌陷,如图8d所示,可以证明在冲击环境中依然存在GNPs-TiC 协同强韧化 效应㊂图8㊀3000s-1条件下GNPs/Ti复合材料的动态压缩真应力-应变曲线(a),复合材料在不同应变下的SEM照片(b~d)[65] Fig.8㊀True stress-strain curves(3000s-1)and fracture process of the GNPs/Ti composites obtained by the stop-ring method(a),the corre-sponding SEM images at various strains(b~d)[65]㊀㊀目前,GNPs-TiC 协同强韧化 效应已随着GNPs/Ti复合材料界面反应精细可控的逐步实现,被越来越多的研究者发现㊂然而,其深层次机理研究仍不够深入,进一步探究GNPs/Ti复合材料界面微观结构关键参量与复合材料力学响应的关系(尤其是在高温㊁高应变率等极端服役条件下),需要更先进的界面表征方法,进而揭示界面特性对GNPs/Ti复合材料变形与失效机制的影响规律[78]㊂812㊀第3期穆啸楠等:石墨烯增强钛基复合材料研究进展5㊀结㊀语近些年来,国内外针对石墨烯纳米片(graphene nano-platelets,GNPs)/Ti复合材料的设计和制备取得了较大进展,但尚未形成完整的体系,许多工作有待深入研究[102-104]:(1)如何实现GNPs在钛基体中的本征增强,是设计GNPs/Ti复合材料的核心问题㊂目前该复合材料的制备工艺窗口较为狭窄,高温固结与低温反应控制仍是制备GNPs/Ti复合材料的主要矛盾,可进一步探索可靠的低温/室温成型或预成型方法;也可通过优化GNPs表面改性层种类和性质,实现界面反应的可设计与可调控㊂(2)采用材料基因工程方法设计GNPs/Ti复合材料,将实验科学和计算科学结合来深入挖掘GNPs和界面微观结构在钛基体中的作用机制,突破正向设计和精准制备技术,进一步提升GNPs/Ti复合材料的综合性能;面向国际前沿技术,开展GNPs/Ti复合材料新方法㊁新技术的研发,强化原创性基础理论㊁方法和模型的研究㊂(3)针对国家重大需求,开展面向特殊应用环境的结构-功能一体化新型钛基复合材料设计和制备研究,如高强韧抗冲击GNPs/Ti复合材料㊁轻质耐高温GNPs/Ti 复合材料㊁高强高导热GNPs/Ti复合材料等,充分利用石墨烯特殊的二维纳米结构特性,发挥出石墨烯优异的本征力学和物理性能㊂(4)目前GNPs/Ti复合材料仍处于实验室研究阶段,需加强GNPs/Ti复合材料制备向中试㊁工程化和低成本化方向发展,包括材料的制备工艺放大㊁工艺优化㊁材料质量性能的稳定性研究等㊂参考文献㊀References[1]㊀黄孝余,唐斌,李金山.铸造技术[J],2022,43(7):043.HUANG X Y,TANG B,LI J S.Foundry Technology[J],2022,43(7):043.[2]㊀雷小伟,刘甲,余巍,等.稀有金属材料与工程[J],2024,53(2):417-423.LEI X W,LIU J,YU W,et al.Rare Metal Materials and Engineering [J],2024,53(2):417-423.[3]㊀邝玮,王敏敏,李九霄,等.机械工程材料[J],2015,39(2):67-72.KUANG W,WANG M M,LI J X,et al.Materials for Mechanical Engineering[J],2015,39(2):67-72.[4]㊀黄陆军,耿林.航空材料学报[J],2014,34(4):126-138.HUANG L J,GENG L.Journal of Aeronautical Materials[J],2014, 34(4):126-138.[5]㊀赵永庆.中国材料进展[J],2010,29(5):1-9.ZHAO Y Q,Materials China[J],2010,29(5):1-9.[6]㊀WANG X,WANG L,LUO L,et al.Materials&Design[J],2017,121:335-344.[7]㊀赵永庆,葛鹏,辛社伟.中国材料进展[J],2020,39(7/8):527-534.ZHAO Y Q,GE P,XING S W.Materials China[J],2020,39(7/8): 527-534.[8]㊀LEE C,WEI X,KYSAR J W,et al.Science[J],2008,321(5887):385-388.[9]㊀魏子超,韩远飞,李劭鹏,等.航空制造技术[J],2022,65(16):104-125.WEI Z C,HAN Y F,LI S P,et al.Aeronautical Manufacuring Tech-nology[J],2022,65(16):104-125.[10]GÜLERÖ,BAG㊅C N.Journal of Materials Research and Technology[J],2020,9(3):6808-6833.[11]CHEN H,MI G,LI P,et al.Materials Letters[J],2021,291:129575.[12]DONG L L,XIAO B,JIN L H,et al.Ceramics International[J],2019,45(15):19370-19379.[13]HU Z,CHEN F,XU J,et posites Part B:Engineering[J],2018,134:133-140.[14]HU Z,TONG G,NIAN Q,et posites Part B:Engineering[J],2016,93:352-359.[15]MAO X Q,DONG L L,ZHANG Y Y,et al.Carbon[J],2024,219:118805.[16]LIU J Q,HU N,LIU X Y,et al.Nanoscale Research Letters[J],2019,14:114.[17]MU X N,ZHANG H M,CAI H N,et al.Materials Science and Engi-neering:A[J],2017,687:164-174.[18]HU Z Y,ZHANG Z H,CHENG X W,et al.Materials&Design[J],2020,191:108662.[19]APURBBA K S,SHIVANI G.JOM[J],2020,72:1211-1228.[20]CHEN H,MI G B,LI P,et al.Materials[J],2020,13:3358.[21]DEHGHAN-MANSHADI A,BERMINGHAM M J,DARGUSCH M S,et al.Powder Technology[J],2017,319:289-301.[22]YAN Q,CHEN B,LI J S.Carbon[J],2021,174:451-462.[23]WANG F C,ZHANG Z H,SUN Y J,et al.Carbon[J],2015,95:396-407.[24]DONG L L,LU J W,FU Y Q,et al.Carbon[J],2020,164:272-286.[25]XU Z S,SHI X L,ZHAI W Z,et al.Carbon[J],2014,67:168-177.[26]ZHOU H,SU Y,LIU N,et al.Materials Characterization[J],2018,138:1-10.[27]SHANG C,LIU T,ZHANG F,et posites Communications[J],2020,19:74-81.[28]SHARMA D,SINGLA V K,SINGH S.Proceedings of the Institutionof Mechanical Engineers,Part C:Journal of Mechanical Engineering Science[J],2022,236(15):8542-8551.[29]LIU J,WU M,YANG Y,et al.Journal of Alloys and Compounds[J],912。

新型功能性材料的研究进展和应用前景材料科学作为一门高新技术的学科，一直是人类解决经济发展，保障民生，推进科技进步所必不可少的重要领域，因此新型功能性材料的研究一直是科技研究的热点之一。

在人类对材料的认识逐渐加深的情况下，新型功能性材料的研究也在不断地拓展，已经成为了材料科学发展的重要方向。

本文将着重介绍新型功能性材料的研究进展和应用前景。

一、新型功能性材料的定义及特点新型功能性材料是一种具有特定功能或在特定条件下表现出特殊性能的材料。

它主要指那些在物理、化学、生物等多个领域中发挥重要作用的材料。

新型功能性材料在其独特的结构设计、材料制备、性能调控等方面具备多种特点，如高度自组装能力、多机能性能、反应灵敏性、原位显示和定向自组装等，因此最近几年来得到了广泛的应用研究和应用开发。

二、新型功能性材料的分类按照其物质形态，新型功能性材料可以分为末端官能团功能化粒子、智能响应型材料、聚合物材料、膜材料、纳米材料等等。

按照功能，可以分为光学、电子、导电、磁性、超声波，微波聚焦、防护及传感器等。

其中，纳米材料是新型功能性材料中最为焦点的领域之一。

多年来，不断涌现出纳米材料的新品种和新性能。

纳米材料具有表面积大、界面反应活泼、量子效应、光致发光等特性，同时具有光学、电子、磁学、光热、催化等多种特殊性能，广泛应用于催化剂、光电子、磁性材料和生物传感等领域。

三、新型功能性材料的研究进展新型功能性材料的研究进展一直是材料科学研究的重要方向。

在过去的几十年中，人们通过不断地尝试和实验，研究出了一系列具有多种特异功能的新型功能性材料。

1、高分子材料高分子材料是一类具有优异机械特性、化学稳定性和有机溶剂溶解能力的大分子材料。

高分子材料的制备方法多样，例如聚合、溶胶凝胶法、自组装等。

高分子材料的特性和种类非常多，已成为新型功能性材料的重要组成部分。

尤其是在抗氧化、抗老化和抗辐射材料等方面，高分子材料表现出了优秀性能。

2、金属有机骨架材料（MOF）金属有机骨架材料是一种由金属离子和有机配体共同组成的三维框架结构材料。

20世纪90年代日本东京大学山本良一教授在材料研究中首次提出“环境材料”的概念（亦称生态环境材料）,受到了世界各国材料工作者的积极响应。

在开发新材料时,不仅要求考虑其优异的使用性能,还要考虑材料在制备、流通、使用和废弃的全过程中必须保持与地球生态环境的协调性。

环境材料一般可分为天然材料、循环再生材料、高分子材料、低环境负荷材料等。

环境功能材料是指在材料的使用过程中具有净化、治理、修复环境的功能，不形成二次污染，材料本身易于回收或再生[1]。

梁金生等提出的生态环境功能材料概念[2]，旨在利用天然矿产资源开发环境功能材料及产品。

目前，生态环境功能材料及产品开发已经成为材料领域研究新热点。

为此，我国急需一批具有生态环境功能材料专业知识的产业技术人才。

本文现就生态环境功能材料的研究进展进行简要概述，并对教学工作中逐步摸索的复合型产业技术人才培养模式进行了总结。

1生态环境功能材料主要研究内容生态环境功能材料主要研究利用天然矿产资源开发环境污染防治和微环境调控功能材料。

环境污染防治功能材料主要指可以改善水污染、大气污染、土壤污染等环境科学与工程领域基本环境问题的新型功能材料（简称环境功能材料）的制备技术、应用技术与评价技术[3]。

面对非再生资源和能源枯竭的威胁以及日益严重的环境污染，积极探索既能保证材料性能、数量需求，又节约资源、能源并和环境协调的材料、产品，减少和消除污染以实现零排放工程，是材料产业环境协调性发展的治本之道。

国内外科学家已研发许多环境协调产品，如TOYOTA公司的混合燃料汽车、YOKOGAWA公司的便携式示波器、DAIKIN公司的房间空调器，National/Panasonic 公司的银合金、Misawa Home公司的100%可再生房屋得到了极大的发展。

在生态建材方面[4]，已发展了多种无毒、无污染的建筑涂料。

环境净化材料、环境修复材料、环境降解材料等也都在大力研究开发之中。

在治理大气污染方面，开发了可以治理汽车尾气污染的新型催化剂材料、燃料活化与空气活化促进燃烧节能的活化床技术、节能环保功能滤清器[5]。

【高分子生态环境材料的研究进展及应用】1. 引言高分子生态环境材料是近年来备受关注的领域。

随着人们对可持续发展和环境保护意识的增强，对替代传统塑料、降解塑料废弃物的研究和应用也愈发重视。

本文将就高分子生态环境材料的研究进展及应用展开讨论，并对其相关概念、技术和未来发展方向进行深入探讨。

2. 高分子生态环境材料的定义和特点高分子生态环境材料是指能够通过生物降解、可循环再生或对环境产生较小影响的材料。

与传统塑料相比，高分子生态环境材料具有可持续发展、资源节约、环境友好等特点。

这些材料从材料的设计、生产、使用、处理到最终的环境归结过程都可以减少对环境的影响，具有广阔的应用前景。

3. 高分子生态环境材料的研究进展在高分子生态环境材料的研究领域，目前已有众多研究机构和企业进行了深入的研究和应用。

美国卡耐基梅隆大学的研究团队成功研发出一种具有生物降解性质的高分子材料，可以完全降解为水和二氧化碳。

我国科学院等国内外研究机构也在高分子生态环境材料的领域取得了重要突破。

通过不断的研究和实践，高分子生态环境材料在材料学、化工、环境科学等领域的应用逐渐扩大，为解决塑料污染等环境问题提供了新的解决方案。

4. 高分子生态环境材料的应用领域高分子生态环境材料的应用领域非常广泛，主要包括包装材料、一次性餐具、农业覆盖膜、医疗器械、纺织品等。

其中，包装材料是高分子生态环境材料的主要应用领域之一。

生物降解包装袋、可降解的塑料膜等在食品包装行业得到了广泛应用。

高分子生态环境材料还被应用于医疗器械领域，如生物降解性吸收缝合线、注射器等，为医疗健康领域带来了新的机遇和挑战。

5. 个人观点和展望高分子生态环境材料的研究和应用是一个不断发展的领域，具有较高的创新性和应用价值。

从长远来看，高分子生态环境材料将在环境保护、资源替代等方面发挥重要作用。

随着材料科学、环境科学等学科的不断发展，相信高分子生态环境材料在未来会有更广阔的应用前景，为全球环境可持续发展贡献力量。

环境功能材料研究进展与应用1复合材料复合环境材料指的是通过一定的工艺将两种及两种以上材料进行制备，获得较好的性能，能够对生态环境的治理、修复有一定的促进作用，在关于环境的复合材料上，研究较多的主要有聚合物基废弃物、硅酸盐基废弃物、金属基废弃物。

例如，梁效铭等采用硅藻、氨基丙基三甲氧基硅烷、环氧氯丙烷等制备了砷离子印迹复合材料，结果表明该材料对砷离子的吸附效果明星，去除率为98%，相对选择性系数大于1.5。

黄震等人用煤基复合材料对土壤中的重金属进行改性，发现其能减低作物对土壤中重金属的吸收，具有作为重金属土壤修复剂的可能性。

彭龙贵用硅酸盐水泥和PMI有机泡沫为原料制备了复合材料，结果表明，通过处理后的复合材料具有较好的吸声效果。

复合物环境材料虽然对环境问题有一定的改善作用，但其容易造成二次污，因此，还有很多技术性的问题需要突破。

2催化材料催化材料在环境方面的应用，主要是加速其对环境污染物的降解。

游盛楠等通过对氧化铋和溴氧酸铋进行处理，形成异质结，大大提高了其光催化性能，能够有效降解有机污染物。

张波等采用氧化物、硫化物、功能聚合物等构筑异质结构功能材料的复合材料，对其表面及界面进行了特性研究，发现其能性能互补，并有较强的增强效果。

Ｒanjbari等使用粘贴法把ZnO纳米颗粒固定在结晶聚丙烯板材上，结果表明这这种方法制作的氧化锌纳米材料在紫外光下大大降解堆肥渗滤液。

Malakootian等将ZnO纳米粒子用热分解法固定在石材表面，结合高级氧化工艺研究其对抗生素4-硝基苯胺的降解效果。

结果表明，这种ZnO纳米粒子从水溶液中去除有DU污染物的效率较高。

催化材料的研究对环境治理来说是一个新的突破口，是比较有研究价值的。

3生物质环境材料生物质环境材料主要是对生物质材料进行改性处理，常用生物质材料有木材、秸秆、粪便、坚果壳等，主要是将生物质在缺氧或无氧环境下，高温热裂解而得，表面产生羟基、羰基等官能团，增大其比表面积，提高其对环境污染物的吸附能力，研究比较多的是秸秆生物质材料。

环境友好型材料的研究进展随着全球环境问题的日益突出，环境友好型材料的研究和应用变得越来越重要。

这些材料在制造过程中对环境的影响较小，且在使用和处理后能够降低对环境的负面影响。

本文将介绍几种环境友好型材料的研究进展，展望未来的发展方向。

生物可降解材料生物可降解材料是一种能够在自然环境中被微生物分解并最终转化为无毒物质的材料。

目前，生物可降解材料已广泛应用于食品包装、医疗器械等领域。

例如，可降解塑料由于其能有效减少塑料垃圾对环境的污染而备受关注。

近年来，科研人员还不断改进生物可降解材料的性能，使其更加符合实际应用需求。

纳米材料纳米材料是一种具有特殊形态和性质的材料，其纳米级结构使其具备了许多独特的性能。

例如，纳米材料可以改变传统材料的力学、光学和电学性质，从而提高材料的性能。

纳米材料的制备过程相对简单，能耗较低，减少了对环境的负面影响。

因此，纳米材料在环境友好型材料研究中具有广阔的应用前景。

可再生能源材料可再生能源材料是一类能够利用可再生资源进行制备的材料。

与传统材料相比，可再生能源材料具有更低的碳排放和更高的能源效率。

例如，太阳能电池板的制备过程中使用的硅材料是一种可再生资源，而传统燃煤发电则会产生大量的二氧化碳排放。

因此，可再生能源材料的研究和应用有助于减少对环境的不良影响，实现可持续发展。

生物基材料生物基材料是一类以生物质为原料制备的材料，具有良好的生物相容性和可降解性。

目前，生物基材料已经应用于医疗和制药领域，如人工骨骼和缝合线等。

生物基材料的制备过程相对环境友好，不会产生有害物质。

未来，随着科技的进一步发展，生物基材料的研究将越来越受到关注，并有望在更多领域得到应用。

随着人们对环境问题的关注度增加，环境友好型材料的研究和应用也变得越来越重要。

生物可降解材料、纳米材料、可再生能源材料以及生物基材料等都是环境友好型材料的典型代表。

这些材料在制备过程中对环境的影响较小，且在使用和处理后能够减少对环境的负面影响。

mof衍生单原子国内外研究一、国内研究进展MOF是由金属离子或金属团簇与有机配体通过配位键形成的具有有序孔道结构的材料。

近年来，国内学者在MOF衍生单原子方面取得了许多重要进展。

国内研究人员通过控制MOF的合成条件和后续处理方法，成功地将金属离子转化为单原子状态。

例如，研究人员利用高温氢气处理方法，将MOF中的金属离子还原为单原子金属，并使其均匀分散在材料中。

这种方法不仅可以提高MOF的催化性能，还可以有效地防止金属离子的聚集。

国内学者还利用MOF衍生单原子材料在催化领域的应用进行了深入研究。

例如，研究人员将MOF衍生的单原子金属用作催化剂，用于催化有机合成反应、电化学催化和光催化等领域。

实验结果表明，MOF衍生的单原子金属催化剂具有高催化活性和选择性，且可以实现可控制备。

国内学者还研究了MOF衍生单原子材料在能源领域的应用。

例如，研究人员成功地将MOF衍生的单原子金属用作电池材料的催化剂，提高了电池的性能和循环寿命。

二、国外研究进展国外学者在MOF衍生单原子方面的研究也取得了许多重要成果。

国外学者通过不同的合成方法，成功地制备了多种MOF衍生单原子材料。

例如，他们利用原位还原、热解和化学还原等方法，将MOF中的金属离子转化为单原子金属。

这些方法不仅可以控制单原子的尺寸和形貌，还可以调控其在材料中的分布。

国外学者还研究了MOF衍生单原子材料在催化领域的应用。

他们发现，MOF衍生的单原子金属催化剂在有机合成、电化学催化和光催化等反应中具有优良的催化性能。

此外，他们还研究了MOF衍生单原子催化剂的催化机理，进一步揭示了其催化活性的来源。

国外学者还研究了MOF衍生单原子材料在气体吸附和分离领域的应用。

他们利用MOF衍生单原子材料的高表面积和孔道结构，实现了对气体分子的高效吸附和分离。

这些研究有助于解决能源和环境领域的重大问题。

国内外学者在MOF衍生单原子方面的研究中取得了许多重要进展。

这些研究不仅丰富了MOF材料的合成方法和性能调控策略，还拓展了其在催化和能源领域的应用。

国内外绿色创新研究进展与展望一、本文概述随着全球环境问题的日益严峻，绿色创新已成为推动经济社会可持续发展的关键驱动力。

本文旨在全面梳理和评述国内外绿色创新研究的进展，探讨其发展趋势和前景，以期为相关领域的理论研究和实践应用提供参考。

我们将对绿色创新的定义、内涵及其重要性进行阐述，明确研究背景和意义。

然后，我们将分别从国内和国外两个角度，对绿色创新研究的发展历程、主要成果和存在问题进行梳理和评价。

在此基础上，我们将深入分析绿色创新的关键领域和核心技术，探讨其发展趋势和前景。

我们将提出推动绿色创新发展的对策建议，以期为全球绿色创新研究和实践提供有益的借鉴和启示。

通过本文的综述，我们期望能够为绿色创新的深入研究和广泛应用提供坚实的理论基础和实践指导。

二、国内绿色创新研究进展近年来，中国对于绿色创新的重视日益增强，不仅在政策层面给予了大力支持，同时也在科研领域投入了大量的资源。

国内学者和科研机构在绿色创新方面取得了显著的进展，为我国的绿色发展和生态文明建设提供了有力支撑。

在绿色技术研发方面，国内的研究涵盖了多个领域，如清洁能源、环保材料、节能减排等。

例如，在太阳能、风能等可再生能源领域，我国已经取得了一系列重要突破，推动了新能源产业的快速发展。

同时，在环保材料研发方面，国内科研机构和企业也积极探索，推动了一系列环保产品的问世。

在绿色经济模式研究方面，国内学者深入探讨了绿色经济与可持续发展的关系，提出了许多具有创新性的理论观点和实践建议。

这些研究不仅丰富了绿色创新的理论体系，也为我国绿色经济的发展提供了重要指导。

在绿色政策和制度创新方面，国内的研究也取得了显著成果。

许多学者对绿色税收、绿色金融、绿色贸易等政策进行了深入研究，提出了多项政策建议。

在制度创新方面，国内也积极探索了绿色发展的新模式和新路径，如生态补偿机制、绿色供应链管理等。

然而，尽管国内绿色创新研究取得了显著进展，但仍存在一些问题和挑战。

例如，绿色技术的研发和应用仍需进一步加强，绿色经济的发展仍需完善相关政策和制度，绿色创新的国际合作仍需深化等。

生态胶凝材料研究进展与展望1. 引言1.1 背景介绍生态胶凝材料是指在生产、使用及废弃三个阶段对生态环境影响较小，具有降解能力或循环利用能力的胶凝材料。

随着人们对环境保护和可持续发展的重视，生态胶凝材料的研究和应用正逐渐受到关注。

传统的胶凝材料如水泥、混凝土在生产和使用过程中会对环境造成较大的负面影响，因此寻找更环保、更可持续的胶凝材料已成为科研工作者和工程界的重要课题。

生态胶凝材料的研究旨在通过改进材料的成分和生产工艺，降低对环境的损害，提高资源利用率，实现循环经济的理念。

目前，国内外已有许多关于生态胶凝材料的研究成果，涉及材料的分类、制备方法、应用领域等方面。

生态胶凝材料的发展是建设资源节约型、环境友好型社会的必然选择，也是推动绿色建筑和可持续发展的重要途径。

在这样的背景下，对生态胶凝材料的研究和应用具有重要的意义和价值。

1.2 研究意义生态胶凝材料是一种具有环保、节能、资源化等特点的新型建筑材料，对于推动建筑行业向生态化、可持续发展方向转变具有重要意义。

生态胶凝材料的研究与应用能够有效减少传统水泥生产过程中对资源的消耗和环境的破坏，降低二氧化碳排放和能耗，有利于实现绿色低碳建筑的目标，缓解全球气候变化和资源紧缺的问题。

生态胶凝材料的广泛应用有助于提高建筑材料的循环利用率，促进资源综合利用，降低建筑行业对自然资源的依赖，减少建筑废弃物的产生，推动建筑行业向循环经济模式转型。

生态胶凝材料的研究还能够促进相关技术的创新和产业的发展，推动建筑材料行业向高附加值、高技术含量方向升级，提升我国在国际建筑材料领域的竞争力和影响力。

生态胶凝材料的研究意义重大，不仅有助于推动建筑行业的可持续发展，还能够为保护环境、节约资源、促进经济可持续发展等方面做出积极贡献。

1.3 研究现状目前，生态胶凝材料的研究已成为材料科学领域的热点之一。

在国内外的研究中，许多学者和科研机构都在不断探索生态胶凝材料的新领域和新技术。