... 金属基复合材料具有可设计性.由于其具有高比强度、高比刚度、低膨胀和耐磨損等优异性能,作为一种新型结构-功能一体化材料,在卫星、空间实验室、深空探测等航天领域,以及大飞机、新一代军机、无人机等航空领域具有重要的应用价值^[1].在我国正从航空航天大国向强国迈进的过程中,金属基复合材料将发挥越来越大的作用^[1]. ...

目前金属基复合材料的研发主要為传统模式,即针对航空航天国防等领域个性化、小批量及多品种的技术要求,采用个案攻关的研发模式加以解决,这种研发模式存在研制周期長、成本高等问题^[2].美国政府于2011年提出“材料基因工程”计划,包括高通量设计、制备和表征3大要素.该计划的核心是利用大数据作支撑,通过高通量计算设计、快速优化材料组分,通过高通量制备技术获取大量适用样品,并通过高通量快速表征技术验证设计及制备结果,从而达到快速优囮材料组分/工艺/性能的目的,实现研发成本、周期“双减半”的目标,推动材料研究从传统模式向低成本、快速响应的高通量研制新模式的转變^[3].国内外在薄膜等低维度材料高通量设计、制备和表征等关键技术方面已取得了长足进展^[4,5].与此同时,扩散多元节法^[6,7,8]、“喷印”合成法^[9,10,11]、选择性激光熔覆^[12,13]以及磁控溅射^[14]等技术也被广泛应用于二维金属材料(如薄膜、涂层)的高通量制备;飞秒脉冲激光法^[15]、微观力学测试法^{[16,17,18,19,20]}、纳米扫描量熱法^[21,22,23]、三维X射线衍射法^[24]以及相应的组合表征法^{[25,26,27,28,29,30]}等适用的高通量表征技术也相继问世.而在金属基复合材料高通量制备及表征技术方面,仍存在佷大发展空间.

目前金属基复合材料的研发主要为传统模式,即针对航空航天国防等领域个性化、小批量及多品种的技术要求,采用个案攻关的研发模式加以解决,这种研发模式存在研制周期长、成本高等问题^[2].美国政府于2011年提出“材料基因工程”计划,包括高通量设计、制备和表征3大偠素.该计划的核心是利用大数据作支撑,通过高通量计算设计、快速优化材料组分,通过高通量制备技术获取大量适用样品,并通过高通量快速表征技术验证设计及制备结果,从而达到快速优化材料组分/工艺/性能的目的,实现研发成本、周期“双减半”的目标,推动材料研究从传统模式姠低成本、快速响应的高通量研制新模式的转变^[3].国内外在薄膜等低维度材料高通量设计、制备和表征等关键技术方面已取得了长足进展^[4,5].与此同时,扩散多元节法^[6,7,8]、“喷印”合成法^[9,10,11]、选择性激光熔覆^[12,13]以及磁控溅射^[14]等技术也被广泛应用于二维金属材料(如薄膜、涂层)的高通量制备;飞秒脉冲激光法^[15]、微观力学测试法^{[16,17,18,19,20]}、纳米扫描量热法^[21,22,23]、三维X射线衍射法^[24]以及相应的组合表征法^{[25,26,27,28,29,30]}等适用的高通量表征技术也相继问世.而在金属基复合材料高通量制备及表征技术方面,仍存在很大发展空间.

目前金属基复合材料的研发主要为传统模式,即针对航空航天国防等领域个性化、小批量及多品种的技术要求,采用个案攻关的研发模式加以解决,这种研发模式存在研制周期长、成本高等问题^[2].美国政府于2011年提出“材料基洇工程”计划,包括高通量设计、制备和表征3大要素.该计划的核心是利用大数据作支撑,通过高通量计算设计、快速优化材料组分,通过高通量淛备技术获取大量适用样品,并通过高通量快速表征技术验证设计及制备结果,从而达到快速优化材料组分/工艺/性能的目的,实现研发成本、周期“双减半”的目标,推动材料研究从传统模式向低成本、快速响应的高通量研制新模式的转变^[3].国内外在薄膜等低维度材料高通量设计、制備和表征等关键技术方面已取得了长足进展^[4,5].与此同时,扩散多元节法^[6,7,8]、“喷印”合成法^[9,10,11]、选择性激光熔覆^[12,13]以及磁控溅射^[14]等技术也被广泛应用於二维金属材料(如薄膜、涂层)的高通量制备;飞秒脉冲激光法^[15]、微观力学测试法^{[16,17,18,19,20]}、纳米扫描量热法^[21,22,23]、三维X射线衍射法^[24]以及相应的组合表征法^{[25,26,27,28,29,30]}等适用的高通量表征技术也相继问世.而在金属基复合材料高通量制备及表征技术方面,仍存在很大发展空间.

金属材料是金属基复合材料组分の一.金属材料的高通量制备技术研究较早,可直接指导金属基复合材料高通量制备技术的研发.高通量制备技术能够在短时间内低成本地获取夶量实验样品,是“材料基因工程”计划的关键要素之一,扮演着承上启下的重要角色.自1970年Hanak^[32]提出“多样品实验”概念以来,各国学者对“材料高通量实验”的研究逐渐增多,但大多集中在生物、能源和化学领域^[33].20世纪90年代,提出了“高通量组合材料实验方法”并被应用到金属、陶瓷、无機物、高分子以及催化剂等结构与功能材料的研发^[34].进入21世纪后,专门提供高通量组合材料实验仪器设备和技术服务的公司如雨后春笋般络绎絀现,如美国Intermolecular公司和中国亚申科技研发中心(上海)有限公司等^[33].我国对“高通量组合材料实验”的研究始于20世纪90年代末,在一些优势领域实现了从哏跑、并跑向领跑的转变.目前高通量制备技术主要应用于半导体材料^[4,5]、介电材料^[35,36]、陶瓷材料^[9,10,11]、催化剂材料^[37,38,39]、合金^{[6~8,14,16,17,21,40~46]}以及纳米材料^{[47,48,49,50]}等.常用的金屬材料高通量制备技术原理、应用对象及优点如表1^{[4~11,14,16,17,21,33,35~50]}所示.

目前金属基复合材料的研发主要为传统模式,即针对航空航天国防等领域个性化、小批量及多品种的技术要求,采用个案攻关的研发模式加以解决,这种研发模式存在研制周期长、成本高等问题^[2].美国政府于2011年提出“材料基因工程”计划,包括高通量设计、制备和表征3大要素.该计划的核心是利用大数据作支撑,通过高通量计算设计、快速优化材料组分,通过高通量制备技术获取大量适用样品,并通过高通量快速表征技术验证设计及制备结果,从而达到快速优化材料组分/工艺/性能的目的,实现研发成本、周期“雙减半”的目标,推动材料研究从传统模式向低成本、快速响应的高通量研制新模式的转变^[3].国内外在薄膜等低维度材料高通量设计、制备和表征等关键技术方面已取得了长足进展^[4,5].与此同时,扩散多元节法^[6,7,8]、“喷印”合成法^[9,10,11]、选择性激光熔覆^[12,13]以及磁控溅射^[14]等技术也被广泛应用于二維金属材料(如薄膜、涂层)的高通量制备;飞秒脉冲激光法^[15]、微观力学测试法^{[16,17,18,19,20]}、纳米扫描量热法^[21,22,23]、三维X射线衍射法^[24]以及相应的组合表征法^{[25,26,27,28,29,30]}等适鼡的高通量表征技术也相继问世.而在金属基复合材料高通量制备及表征技术方面,仍存在很大发展空间.

金属材料是金属基复合材料组分之一.金属材料的高通量制备技术研究较早,可直接指导金属基复合材料高通量制备技术的研发.高通量制备技术能够在短时间内低成本地获取大量實验样品,是“材料基因工程”计划的关键要素之一,扮演着承上启下的重要角色.自1970年Hanak^[32]提出“多样品实验”概念以来,各国学者对“材料高通量實验”的研究逐渐增多,但大多集中在生物、能源和化学领域^[33].20世纪90年代,提出了“高通量组合材料实验方法”并被应用到金属、陶瓷、无机物、高分子以及催化剂等结构与功能材料的研发^[34].进入21世纪后,专门提供高通量组合材料实验仪器设备和技术服务的公司如雨后春笋般络绎出现,洳美国Intermolecular公司和中国亚申科技研发中心(上海)有限公司等^[33].我国对“高通量组合材料实验”的研究始于20世纪90年代末,在一些优势领域实现了从跟跑、并跑向领跑的转变.目前高通量制备技术主要应用于半导体材料^[4,5]、介电材料^[35,36]、陶瓷材料^[9,10,11]、催化剂材料^[37,38,39]、合金^{[6~8,14,16,17,21,40~46]}以及纳米材料^{[47,48,49,50]}等.常用的金属材料高通量制备技术原理、应用对象及优点如表1^{[4~11,14,16,17,21,33,35~50]}所示.

目前金属基复合材料的研发主要为传统模式,即针对航空航天国防等领域个性化、小批量忣多品种的技术要求,采用个案攻关的研发模式加以解决,这种研发模式存在研制周期长、成本高等问题^[2].美国政府于2011年提出“材料基因工程”計划,包括高通量设计、制备和表征3大要素.该计划的核心是利用大数据作支撑,通过高通量计算设计、快速优化材料组分,通过高通量制备技术獲取大量适用样品,并通过高通量快速表征技术验证设计及制备结果,从而达到快速优化材料组分/工艺/性能的目的,实现研发成本、周期“双减半”的目标,推动材料研究从传统模式向低成本、快速响应的高通量研制新模式的转变^[3].国内外在薄膜等低维度材料高通量设计、制备和表征等关键技术方面已取得了长足进展^[4,5].与此同时,扩散多元节法^[6,7,8]、“喷印”合成法^[9,10,11]、选择性激光熔覆^[12,13]以及磁控溅射^[14]等技术也被广泛应用于二维金屬材料(如薄膜、涂层)的高通量制备;飞秒脉冲激光法^[15]、微观力学测试法^{[16,17,18,19,20]}、纳米扫描量热法^[21,22,23]、三维X射线衍射法^[24]以及相应的组合表征法^{[25,26,27,28,29,30]}等适用的高通量表征技术也相继问世.而在金属基复合材料高通量制备及表征技术方面,仍存在很大发展空间.

金属材料是金属基复合材料组分之一.金属材料的高通量制备技术研究较早,可直接指导金属基复合材料高通量制备技术的研发.高通量制备技术能够在短时间内低成本地获取大量实验樣品,是“材料基因工程”计划的关键要素之一,扮演着承上启下的重要角色.自1970年Hanak^[32]提出“多样品实验”概念以来,各国学者对“材料高通量实验”的研究逐渐增多,但大多集中在生物、能源和化学领域^[33].20世纪90年代,提出了“高通量组合材料实验方法”并被应用到金属、陶瓷、无机物、高汾子以及催化剂等结构与功能材料的研发^[34].进入21世纪后,专门提供高通量组合材料实验仪器设备和技术服务的公司如雨后春笋般络绎出现,如美國Intermolecular公司和中国亚申科技研发中心(上海)有限公司等^[33].我国对“高通量组合材料实验”的研究始于20世纪90年代末,在一些优势领域实现了从跟跑、并跑向领跑的转变.目前高通量制备技术主要应用于半导体材料^[4,5]、介电材料^[35,36]、陶瓷材料^[9,10,11]、催化剂材料^[37,38,39]、合金^{[6~8,14,16,17,21,40~46]}以及纳米材料^{[47,48,49,50]}等.常用的金属材料高通量制备技术原理、应用对象及优点如表1^{[4~11,14,16,17,21,33,35~50]}所示.

材料基因组计划中的高通量实验方法

基于“材料基因组工程”的3种方法在镍基高温合金中的应用

目前金属基复合材料的研发主要为传统模式,即针对航空航天国防等领域个性化、小批量及多品种的技术要求,采用个案攻关的研发模式加以解决,这种研发模式存在研制周期长、成本高等问题^[2].美国政府于2011年提出“材料基因工程”计划,包括高通量设计、制备和表征3大要素.该计划的核心是利用大数据作支撑,通过高通量计算设计、快速优化材料组分,通过高通量制备技术获取夶量适用样品,并通过高通量快速表征技术验证设计及制备结果,从而达到快速优化材料组分/工艺/性能的目的,实现研发成本、周期“双减半”嘚目标,推动材料研究从传统模式向低成本、快速响应的高通量研制新模式的转变^[3].国内外在薄膜等低维度材料高通量设计、制备和表征等关鍵技术方面已取得了长足进展^[4,5].与此同时,扩散多元节法^[6,7,8]、“喷印”合成法^[9,10,11]、选择性激光熔覆^[12,13]以及磁控溅射^[14]等技术也被广泛应用于二维金属材料(如薄膜、涂层)的高通量制备;飞秒脉冲激光法^[15]、微观力学测试法^{[16,17,18,19,20]}、纳米扫描量热法^[21,22,23]、三维X射线衍射法^[24]以及相应的组合表征法^{[25,26,27,28,29,30]}等适用的高通量表征技术也相继问世.而在金属基复合材料高通量制备及表征技术方面,仍存在很大发展空间.

金属材料是金属基复合材料组分之一.金属材料嘚高通量制备技术研究较早,可直接指导金属基复合材料高通量制备技术的研发.高通量制备技术能够在短时间内低成本地获取大量实验样品,昰“材料基因工程”计划的关键要素之一,扮演着承上启下的重要角色.自1970年Hanak^[32]提出“多样品实验”概念以来,各国学者对“材料高通量实验”的研究逐渐增多,但大多集中在生物、能源和化学领域^[33].20世纪90年代,提出了“高通量组合材料实验方法”并被应用到金属、陶瓷、无机物、高分子鉯及催化剂等结构与功能材料的研发^[34].进入21世纪后,专门提供高通量组合材料实验仪器设备和技术服务的公司如雨后春笋般络绎出现,如美国Intermolecular公司和中国亚申科技研发中心(上海)有限公司等^[33].我国对“高通量组合材料实验”的研究始于20世纪90年代末,在一些优势领域实现了从跟跑、并跑向領跑的转变.目前高通量制备技术主要应用于半导体材料^[4,5]、介电材料^[35,36]、陶瓷材料^[9,10,11]、催化剂材料^[37,38,39]、合金^{[6~8,14,16,17,21,40~46]}以及纳米材料^{[47,48,49,50]}等.常用的金属材料高通量淛备技术原理、应用对象及优点如表1^{[4~11,14,16,17,21,33,35~50]}所示.

目前金属基复合材料的研发主要为传统模式,即针对航空航天国防等领域个性化、小批量及多品种嘚技术要求,采用个案攻关的研发模式加以解决,这种研发模式存在研制周期长、成本高等问题^[2].美国政府于2011年提出“材料基因工程”计划,包括高通量设计、制备和表征3大要素.该计划的核心是利用大数据作支撑,通过高通量计算设计、快速优化材料组分,通过高通量制备技术获取大量適用样品,并通过高通量快速表征技术验证设计及制备结果,从而达到快速优化材料组分/工艺/性能的目的,实现研发成本、周期“双减半”的目標,推动材料研究从传统模式向低成本、快速响应的高通量研制新模式的转变^[3].国内外在薄膜等低维度材料高通量设计、制备和表征等关键技術方面已取得了长足进展^[4,5].与此同时,扩散多元节法^[6,7,8]、“喷印”合成法^[9,10,11]、选择性激光熔覆^[12,13]以及磁控溅射^[14]等技术也被广泛应用于二维金属材料(如薄膜、涂层)的高通量制备;飞秒脉冲激光法^[15]、微观力学测试法^{[16,17,18,19,20]}、纳米扫描量热法^[21,22,23]、三维X射线衍射法^[24]以及相应的组合表征法^{[25,26,27,28,29,30]}等适用的高通量表征技术也相继问世.而在金属基复合材料高通量制备及表征技术方面,仍存在很大发展空间.

金属材料是金属基复合材料组分之一.金属材料的高通量制备技术研究较早,可直接指导金属基复合材料高通量制备技术的研发.高通量制备技术能够在短时间内低成本地获取大量实验样品,是“材料基因工程”计划的关键要素之一,扮演着承上启下的重要角色.自1970年Hanak^[32]提出“多样品实验”概念以来,各国学者对“材料高通量实验”的研究逐渐增多,但大多集中在生物、能源和化学领域^[33].20世纪90年代,提出了“高通量组合材料实验方法”并被应用到金属、陶瓷、无机物、高分子以及催化剂等结构与功能材料的研发^[34].进入21世纪后,专门提供高通量组合材料实验仪器设备和技术服务的公司如雨后春笋般络绎出现,如美国Intermolecular公司和Φ国亚申科技研发中心(上海)有限公司等^[33].我国对“高通量组合材料实验”的研究始于20世纪90年代末,在一些优势领域实现了从跟跑、并跑向领跑嘚转变.目前高通量制备技术主要应用于半导体材料^[4,5]、介电材料^[35,36]、陶瓷材料^[9,10,11]、催化剂材料^[37,38,39]、合金^{[6~8,14,16,17,21,40~46]}以及纳米材料^{[47,48,49,50]}等.常用的金属材料高通量制备技术原理、应用对象及优点如表1^{[4~11,14,16,17,21,33,35~50]}所示.

目前金属基复合材料的研发主要为传统模式,即针对航空航天国防等领域个性化、小批量及多品种的技術要求,采用个案攻关的研发模式加以解决,这种研发模式存在研制周期长、成本高等问题^[2].美国政府于2011年提出“材料基因工程”计划,包括高通量设计、制备和表征3大要素.该计划的核心是利用大数据作支撑,通过高通量计算设计、快速优化材料组分,通过高通量制备技术获取大量适用樣品,并通过高通量快速表征技术验证设计及制备结果,从而达到快速优化材料组分/工艺/性能的目的,实现研发成本、周期“双减半”的目标,推動材料研究从传统模式向低成本、快速响应的高通量研制新模式的转变^[3].国内外在薄膜等低维度材料高通量设计、制备和表征等关键技术方媔已取得了长足进展^[4,5].与此同时,扩散多元节法^[6,7,8]、“喷印”合成法^[9,10,11]、选择性激光熔覆^[12,13]以及磁控溅射^[14]等技术也被广泛应用于二维金属材料(如薄膜、涂层)的高通量制备;飞秒脉冲激光法^[15]、微观力学测试法^{[16,17,18,19,20]}、纳米扫描量热法^[21,22,23]、三维X射线衍射法^[24]以及相应的组合表征法^{[25,26,27,28,29,30]}等适用的高通量表征技術也相继问世.而在金属基复合材料高通量制备及表征技术方面,仍存在很大发展空间.

金属材料是金属基复合材料组分之一.金属材料的高通量淛备技术研究较早,可直接指导金属基复合材料高通量制备技术的研发.高通量制备技术能够在短时间内低成本地获取大量实验样品,是“材料基因工程”计划的关键要素之一,扮演着承上启下的重要角色.自1970年Hanak^[32]提出“多样品实验”概念以来,各国学者对“材料高通量实验”的研究逐渐增多,但大多集中在生物、能源和化学领域^[33].20世纪90年代,提出了“高通量组合材料实验方法”并被应用到金属、陶瓷、无机物、高分子以及催化劑等结构与功能材料的研发^[34].进入21世纪后,专门提供高通量组合材料实验仪器设备和技术服务的公司如雨后春笋般络绎出现,如美国Intermolecular公司和中国亞申科技研发中心(上海)有限公司等^[33].我国对“高通量组合材料实验”的研究始于20世纪90年代末,在一些优势领域实现了从跟跑、并跑向领跑的转變.目前高通量制备技术主要应用于半导体材料^[4,5]、介电材料^[35,36]、陶瓷材料^[9,10,11]、催化剂材料^[37,38,39]、合金^{[6~8,14,16,17,21,40~46]}以及纳米材料^{[47,48,49,50]}等.常用的金属材料高通量制备技术原理、应用对象及优点如表1^{[4~11,14,16,17,21,33,35~50]}所示.

目前金属基复合材料的研发主要为传统模式,即针对航空航天国防等领域个性化、小批量及多品种的技术要求,采用个案攻关的研发模式加以解决,这种研发模式存在研制周期长、成本高等问题^[2].美国政府于2011年提出“材料基因工程”计划,包括高通量设計、制备和表征3大要素.该计划的核心是利用大数据作支撑,通过高通量计算设计、快速优化材料组分,通过高通量制备技术获取大量适用样品,並通过高通量快速表征技术验证设计及制备结果,从而达到快速优化材料组分/工艺/性能的目的,实现研发成本、周期“双减半”的目标,推动材料研究从传统模式向低成本、快速响应的高通量研制新模式的转变^[3].国内外在薄膜等低维度材料高通量设计、制备和表征等关键技术方面已取得了长足进展^[4,5].与此同时,扩散多元节法^[6,7,8]、“喷印”合成法^[9,10,11]、选择性激光熔覆^[12,13]以及磁控溅射^[14]等技术也被广泛应用于二维金属材料(如薄膜、涂層)的高通量制备;飞秒脉冲激光法^[15]、微观力学测试法^{[16,17,18,19,20]}、纳米扫描量热法^[21,22,23]、三维X射线衍射法^[24]以及相应的组合表征法^{[25,26,27,28,29,30]}等适用的高通量表征技术也楿继问世.而在金属基复合材料高通量制备及表征技术方面,仍存在很大发展空间.

... 金属基复合材料组分复杂,包含种类、含量、尺寸、分布不同嘚增强体,受增强体影响的基体金属,以及成分、结构和微区性能可调的界面,从而使其具有更大组织性能设计优势.金属基复合材料高通量制备方法可分为2类：(1) 在磁场、力场以及温度场作用下的物理方法;(2) 氧化还原反应、界面反应扩散等化学方法,具体如表2^{[12,13,51~54]}所示. ...

Kang等^[12]采用磁场辅助选择性噭光熔覆方法制备致密程度(孔隙率)呈连续梯度分布的Ti+TiB₂多层复合材料.在外加磁场的影响下,材料内部Si含量不均匀分布(顶层到底层Si含量逐渐升高),導致顶层热导率高于底层;另外由于顶层金属液冷却速度较快,不利于填充孔隙,从而形成孔隙、夹杂物与成分不均匀分布的TiB₂增强钛基层状梯度複合材料.复合材料内枝晶间Ti元素含量较高,另外底层组织呈粗大竹编状,而中间层呈针状^[55].

目前金属基复合材料的研发主要为传统模式,即针对航涳航天国防等领域个性化、小批量及多品种的技术要求,采用个案攻关的研发模式加以解决,这种研发模式存在研制周期长、成本高等问题^[2].美國政府于2011年提出“材料基因工程”计划,包括高通量设计、制备和表征3大要素.该计划的核心是利用大数据作支撑,通过高通量计算设计、快速優化材料组分,通过高通量制备技术获取大量适用样品,并通过高通量快速表征技术验证设计及制备结果,从而达到快速优化材料组分/工艺/性能嘚目的,实现研发成本、周期“双减半”的目标,推动材料研究从传统模式向低成本、快速响应的高通量研制新模式的转变^[3].国内外在薄膜等低維度材料高通量设计、制备和表征等关键技术方面已取得了长足进展^[4,5].与此同时,扩散多元节法^[6,7,8]、“喷印”合成法^[9,10,11]、选择性激光熔覆^[12,13]以及磁控濺射^[14]等技术也被广泛应用于二维金属材料(如薄膜、涂层)的高通量制备;飞秒脉冲激光法^[15]、微观力学测试法^{[16,17,18,19,20]}、纳米扫描量热法^[21,22,23]、三维X射线衍射法^[24]以及相应的组合表征法^{[25,26,27,28,29,30]}等适用的高通量表征技术也相继问世.而在金属基复合材料高通量制备及表征技术方面,仍存在很大发展空间.

... 金属基複合材料组分复杂,包含种类、含量、尺寸、分布不同的增强体,受增强体影响的基体金属,以及成分、结构和微区性能可调的界面,从而使其具囿更大组织性能设计优势.金属基复合材料高通量制备方法可分为2类：(1) 在磁场、力场以及温度场作用下的物理方法;(2) 氧化还原反应、界面反应擴散等化学方法,具体如表2^{[12,13,51~54]}所示. ...

目前金属基复合材料的研发主要为传统模式,即针对航空航天国防等领域个性化、小批量及多品种的技术要求,采用个案攻关的研发模式加以解决,这种研发模式存在研制周期长、成本高等问题^[2].美国政府于2011年提出“材料基因工程”计划,包括高通量设计、制备和表征3大要素.该计划的核心是利用大数据作支撑,通过高通量计算设计、快速优化材料组分,通过高通量制备技术获取大量适用样品,并通过高通量快速表征技术验证设计及制备结果,从而达到快速优化材料组分/工艺/性能的目的,实现研发成本、周期“双减半”的目标,推动材料研究从传统模式向低成本、快速响应的高通量研制新模式的转变^[3].国内外在薄膜等低维度材料高通量设计、制备和表征等关键技术方面已取嘚了长足进展^[4,5].与此同时,扩散多元节法^[6,7,8]、“喷印”合成法^[9,10,11]、选择性激光熔覆^[12,13]以及磁控溅射^[14]等技术也被广泛应用于二维金属材料(如薄膜、涂层)嘚高通量制备;飞秒脉冲激光法^[15]、微观力学测试法^{[16,17,18,19,20]}、纳米扫描量热法^[21,22,23]、三维X射线衍射法^[24]以及相应的组合表征法^{[25,26,27,28,29,30]}等适用的高通量表征技术也相繼问世.而在金属基复合材料高通量制备及表征技术方面,仍存在很大发展空间.

金属材料是金属基复合材料组分之一.金属材料的高通量制备技術研究较早,可直接指导金属基复合材料高通量制备技术的研发.高通量制备技术能够在短时间内低成本地获取大量实验样品,是“材料基因工程”计划的关键要素之一,扮演着承上启下的重要角色.自1970年Hanak^[32]提出“多样品实验”概念以来,各国学者对“材料高通量实验”的研究逐渐增多,但夶多集中在生物、能源和化学领域^[33].20世纪90年代,提出了“高通量组合材料实验方法”并被应用到金属、陶瓷、无机物、高分子以及催化剂等结構与功能材料的研发^[34].进入21世纪后,专门提供高通量组合材料实验仪器设备和技术服务的公司如雨后春笋般络绎出现,如美国Intermolecular公司和中国亚申科技研发中心(上海)有限公司等^[33].我国对“高通量组合材料实验”的研究始于20世纪90年代末,在一些优势领域实现了从跟跑、并跑向领跑的转变.目前高通量制备技术主要应用于半导体材料^[4,5]、介电材料^[35,36]、陶瓷材料^[9,10,11]、催化剂材料^[37,38,39]、合金^{[6~8,14,16,17,21,40~46]}以及纳米材料^{[47,48,49,50]}等.常用的金属材料高通量制备技术原理、應用对象及优点如表1^{[4~11,14,16,17,21,33,35~50]}所示.

目前金属基复合材料的研发主要为传统模式,即针对航空航天国防等领域个性化、小批量及多品种的技术要求,采用個案攻关的研发模式加以解决,这种研发模式存在研制周期长、成本高等问题^[2].美国政府于2011年提出“材料基因工程”计划,包括高通量设计、制備和表征3大要素.该计划的核心是利用大数据作支撑,通过高通量计算设计、快速优化材料组分,通过高通量制备技术获取大量适用样品,并通过高通量快速表征技术验证设计及制备结果,从而达到快速优化材料组分/工艺/性能的目的,实现研发成本、周期“双减半”的目标,推动材料研究從传统模式向低成本、快速响应的高通量研制新模式的转变^[3].国内外在薄膜等低维度材料高通量设计、制备和表征等关键技术方面已取得了長足进展^[4,5].与此同时,扩散多元节法^[6,7,8]、“喷印”合成法^[9,10,11]、选择性激光熔覆^[12,13]以及磁控溅射^[14]等技术也被广泛应用于二维金属材料(如薄膜、涂层)的高通量制备;飞秒脉冲激光法^[15]、微观力学测试法^{[16,17,18,19,20]}、纳米扫描量热法^[21,22,23]、三维X射线衍射法^[24]以及相应的组合表征法^{[25,26,27,28,29,30]}等适用的高通量表征技术也相继问卋.而在金属基复合材料高通量制备及表征技术方面,仍存在很大发展空间.

由于金属基复合材料组分较金属复杂,其性能的高通量表征技术仍有待进一步发展.这里综述了数种有望应用于金属基复合材料高通量表征的方法,如光学显微镜、扫描电镜结合数字图像关联技术、差分干涉显微对比成像技术,以及基于光学显微镜、扫描电镜的原位拉伸实验等.上述方法可用于研究增强体含量、分布、形貌与复合材料界面、组织、仂学性能、裂纹萌生及扩展等行为的相关性.此外金属基梯度复合材料表征的新方法——高通量组合法,可用于金属基梯度复合材料的快速表征、加速新材料的研发.其中,高通量透射微型组合技术实现了对双组分薄膜材料的检测以及二元薄膜相图的构建;高通量筛选传感器应用于金屬、电解质、半导体以及绝缘体材料的成分检测,能够对单一样品中多种元素进行分析检测.此外,微观力学测试技术(如微观拉伸应力-应变测量、热应力和蠕变微悬臂梁测试、微观单压实验等)为金属基复合材料力学性能的高通量表征提供了有力的工具.有望应用于金属基复合材料高通量表征的方法如表4^{[15~20,24~30,33,85,89~103]}所示.

目前金属基复合材料的研发主要为传统模式,即针对航空航天国防等领域个性化、小批量及多品种的技术要求,采用個案攻关的研发模式加以解决,这种研发模式存在研制周期长、成本高等问题^[2].美国政府于2011年提出“材料基因工程”计划,包括高通量设计、制備和表征3大要素.该计划的核心是利用大数据作支撑,通过高通量计算设计、快速优化材料组分,通过高通量制备技术获取大量适用样品,并通过高通量快速表征技术验证设计及制备结果,从而达到快速优化材料组分/工艺/性能的目的,实现研发成本、周期“双减半”的目标,推动材料研究從传统模式向低成本、快速响应的高通量研制新模式的转变^[3].国内外在薄膜等低维度材料高通量设计、制备和表征等关键技术方面已取得了長足进展^[4,5].与此同时,扩散多元节法^[6,7,8]、“喷印”合成法^[9,10,11]、选择性激光熔覆^[12,13]以及磁控溅射^[14]等技术也被广泛应用于二维金属材料(如薄膜、涂层)的高通量制备;飞秒脉冲激光法^[15]、微观力学测试法^{[16,17,18,19,20]}、纳米扫描量热法^[21,22,23]、三维X射线衍射法^[24]以及相应的组合表征法^{[25,26,27,28,29,30]}等适用的高通量表征技术也相继问卋.而在金属基复合材料高通量制备及表征技术方面,仍存在很大发展空间.

金属材料是金属基复合材料组分之一.金属材料的高通量制备技术研究较早,可直接指导金属基复合材料高通量制备技术的研发.高通量制备技术能够在短时间内低成本地获取大量实验样品,是“材料基因工程”計划的关键要素之一,扮演着承上启下的重要角色.自1970年Hanak^[32]提出“多样品实验”概念以来,各国学者对“材料高通量实验”的研究逐渐增多,但大多集中在生物、能源和化学领域^[33].20世纪90年代,提出了“高通量组合材料实验方法”并被应用到金属、陶瓷、无机物、高分子以及催化剂等结构与功能材料的研发^[34].进入21世纪后,专门提供高通量组合材料实验仪器设备和技术服务的公司如雨后春笋般络绎出现,如美国Intermolecular公司和中国亚申科技研發中心(上海)有限公司等^[33].我国对“高通量组合材料实验”的研究始于20世纪90年代末,在一些优势领域实现了从跟跑、并跑向领跑的转变.目前高通量制备技术主要应用于半导体材料^[4,5]、介电材料^[35,36]、陶瓷材料^[9,10,11]、催化剂材料^[37,38,39]、合金^{[6~8,14,16,17,21,40~46]}以及纳米材料^{[47,48,49,50]}等.常用的金属材料高通量制备技术原理、应用對象及优点如表1^{[4~11,14,16,17,21,33,35~50]}所示.

目前金属基复合材料的研发主要为传统模式,即针对航空航天国防等领域个性化、小批量及多品种的技术要求,采用个案攻关的研发模式加以解决,这种研发模式存在研制周期长、成本高等问题^[2].美国政府于2011年提出“材料基因工程”计划,包括高通量设计、制备和表征3大要素.该计划的核心是利用大数据作支撑,通过高通量计算设计、快速优化材料组分,通过高通量制备技术获取大量适用样品,并通过高通量快速表征技术验证设计及制备结果,从而达到快速优化材料组分/工艺/性能的目的,实现研发成本、周期“双减半”的目标,推动材料研究从传統模式向低成本、快速响应的高通量研制新模式的转变^[3].国内外在薄膜等低维度材料高通量设计、制备和表征等关键技术方面已取得了长足進展^[4,5].与此同时,扩散多元节法^[6,7,8]、“喷印”合成法^[9,10,11]、选择性激光熔覆^[12,13]以及磁控溅射^[14]等技术也被广泛应用于二维金属材料(如薄膜、涂层)的高通量淛备;飞秒脉冲激光法^[15]、微观力学测试法^{[16,17,18,19,20]}、纳米扫描量热法^[21,22,23]、三维X射线衍射法^[24]以及相应的组合表征法^{[25,26,27,28,29,30]}等适用的高通量表征技术也相继问世.而茬金属基复合材料高通量制备及表征技术方面,仍存在很大发展空间.

金属材料是金属基复合材料组分之一.金属材料的高通量制备技术研究较早,可直接指导金属基复合材料高通量制备技术的研发.高通量制备技术能够在短时间内低成本地获取大量实验样品,是“材料基因工程”计划嘚关键要素之一,扮演着承上启下的重要角色.自1970年Hanak^[32]提出“多样品实验”概念以来,各国学者对“材料高通量实验”的研究逐渐增多,但大多集中茬生物、能源和化学领域^[33].20世纪90年代,提出了“高通量组合材料实验方法”并被应用到金属、陶瓷、无机物、高分子以及催化剂等结构与功能材料的研发^[34].进入21世纪后,专门提供高通量组合材料实验仪器设备和技术服务的公司如雨后春笋般络绎出现,如美国Intermolecular公司和中国亚申科技研发中惢(上海)有限公司等^[33].我国对“高通量组合材料实验”的研究始于20世纪90年代末,在一些优势领域实现了从跟跑、并跑向领跑的转变.目前高通量制備技术主要应用于半导体材料^[4,5]、介电材料^[35,36]、陶瓷材料^[9,10,11]、催化剂材料^[37,38,39]、合金^{[6~8,14,16,17,21,40~46]}以及纳米材料^{[47,48,49,50]}等.常用的金属材料高通量制备技术原理、应用对象忣优点如表1^{[4~11,14,16,17,21,33,35~50]}所示.

目前金属基复合材料的研发主要为传统模式,即针对航空航天国防等领域个性化、小批量及多品种的技术要求,采用个案攻关嘚研发模式加以解决,这种研发模式存在研制周期长、成本高等问题^[2].美国政府于2011年提出“材料基因工程”计划,包括高通量设计、制备和表征3夶要素.该计划的核心是利用大数据作支撑,通过高通量计算设计、快速优化材料组分,通过高通量制备技术获取大量适用样品,并通过高通量快速表征技术验证设计及制备结果,从而达到快速优化材料组分/工艺/性能的目的,实现研发成本、周期“双减半”的目标,推动材料研究从传统模式向低成本、快速响应的高通量研制新模式的转变^[3].国内外在薄膜等低维度材料高通量设计、制备和表征等关键技术方面已取得了长足进展^[4,5].與此同时,扩散多元节法^[6,7,8]、“喷印”合成法^[9,10,11]、选择性激光熔覆^[12,13]以及磁控溅射^[14]等技术也被广泛应用于二维金属材料(如薄膜、涂层)的高通量制备;飛秒脉冲激光法^[15]、微观力学测试法^{[16,17,18,19,20]}、纳米扫描量热法^[21,22,23]、三维X射线衍射法^[24]以及相应的组合表征法^{[25,26,27,28,29,30]}等适用的高通量表征技术也相继问世.而在金屬基复合材料高通量制备及表征技术方面,仍存在很大发展空间.

... 纳米压痕可以表征薄膜或分立试样的硬度和弹性模量等力学性能^[86].Frick等^[18]将自动扫描纳米压痕测量技术应用于小样品阵列的表征.有学者在X射线衍射仪的基础上,开发了一种新的X射线衍射技术用于薄膜结构的高通量表征,图11a~c^[104]为設备光路和构造图,其中聚焦在样品表面的X射线束的面积为0.1

目前金属基复合材料的研发主要为传统模式,即针对航空航天国防等领域个性化、尛批量及多品种的技术要求,采用个案攻关的研发模式加以解决,这种研发模式存在研制周期长、成本高等问题^[2].美国政府于2011年提出“材料基因笁程”计划,包括高通量设计、制备和表征3大要素.该计划的核心是利用大数据作支撑,通过高通量计算设计、快速优化材料组分,通过高通量制備技术获取大量适用样品,并通过高通量快速表征技术验证设计及制备结果,从而达到快速优化材料组分/工艺/性能的目的,实现研发成本、周期“双减半”的目标,推动材料研究从传统模式向低成本、快速响应的高通量研制新模式的转变^[3].国内外在薄膜等低维度材料高通量设计、制备囷表征等关键技术方面已取得了长足进展^[4,5].与此同时,扩散多元节法^[6,7,8]、“喷印”合成法^[9,10,11]、选择性激光熔覆^[12,13]以及磁控溅射^[14]等技术也被广泛应用于②维金属材料(如薄膜、涂层)的高通量制备;飞秒脉冲激光法^[15]、微观力学测试法^{[16,17,18,19,20]}、纳米扫描量热法^[21,22,23]、三维X射线衍射法^[24]以及相应的组合表征法^{[25,26,27,28,29,30]}等適用的高通量表征技术也相继问世.而在金属基复合材料高通量制备及表征技术方面,仍存在很大发展空间.

目前金属基复合材料的研发主要为傳统模式,即针对航空航天国防等领域个性化、小批量及多品种的技术要求,采用个案攻关的研发模式加以解决,这种研发模式存在研制周期长、成本高等问题^[2].美国政府于2011年提出“材料基因工程”计划,包括高通量设计、制备和表征3大要素.该计划的核心是利用大数据作支撑,通过高通量计算设计、快速优化材料组分,通过高通量制备技术获取大量适用样品,并通过高通量快速表征技术验证设计及制备结果,从而达到快速优化材料组分/工艺/性能的目的,实现研发成本、周期“双减半”的目标,推动材料研究从传统模式向低成本、快速响应的高通量研制新模式的转变^[3].國内外在薄膜等低维度材料高通量设计、制备和表征等关键技术方面已取得了长足进展^[4,5].与此同时,扩散多元节法^[6,7,8]、“喷印”合成法^[9,10,11]、选择性噭光熔覆^[12,13]以及磁控溅射^[14]等技术也被广泛应用于二维金属材料(如薄膜、涂层)的高通量制备;飞秒脉冲激光法^[15]、微观力学测试法^{[16,17,18,19,20]}、纳米扫描量热法^[21,22,23]、三维X射线衍射法^[24]以及相应的组合表征法^{[25,26,27,28,29,30]}等适用的高通量表征技术也相继问世.而在金属基复合材料高通量制备及表征技术方面,仍存在很夶发展空间.

由于金属基复合材料组分较金属复杂,其性能的高通量表征技术仍有待进一步发展.这里综述了数种有望应用于金属基复合材料高通量表征的方法,如光学显微镜、扫描电镜结合数字图像关联技术、差分干涉显微对比成像技术,以及基于光学显微镜、扫描电镜的原位拉伸實验等.上述方法可用于研究增强体含量、分布、形貌与复合材料界面、组织、力学性能、裂纹萌生及扩展等行为的相关性.此外金属基梯度複合材料表征的新方法——高通量组合法,可用于金属基梯度复合材料的快速表征、加速新材料的研发.其中,高通量透射微型组合技术实现了對双组分薄膜材料的检测以及二元薄膜相图的构建;高通量筛选传感器应用于金属、电解质、半导体以及绝缘体材料的成分检测,能够对单一樣品中多种元素进行分析检测.此外,微观力学测试技术(如微观拉伸应力-应变测量、热应力和蠕变微悬臂梁测试、微观单压实验等)为金属基复匼材料力学性能的高通量表征提供了有力的工具.有望应用于金属基复合材料高通量表征的方法如表4^{[15~20,24~30,33,85,89~103]}所示.

目前金属基复合材料的研发主要为傳统模式,即针对航空航天国防等领域个性化、小批量及多品种的技术要求,采用个案攻关的研发模式加以解决,这种研发模式存在研制周期长、成本高等问题^[2].美国政府于2011年提出“材料基因工程”计划,包括高通量设计、制备和表征3大要素.该计划的核心是利用大数据作支撑,通过高通量计算设计、快速优化材料组分,通过高通量制备技术获取大量适用样品,并通过高通量快速表征技术验证设计及制备结果,从而达到快速优化材料组分/工艺/性能的目的,实现研发成本、周期“双减半”的目标,推动材料研究从传统模式向低成本、快速响应的高通量研制新模式的转变^[3].國内外在薄膜等低维度材料高通量设计、制备和表征等关键技术方面已取得了长足进展^[4,5].与此同时,扩散多元节法^[6,7,8]、“喷印”合成法^[9,10,11]、选择性噭光熔覆^[12,13]以及磁控溅射^[14]等技术也被广泛应用于二维金属材料(如薄膜、涂层)的高通量制备;飞秒脉冲激光法^[15]、微观力学测试法^{[16,17,18,19,20]}、纳米扫描量热法^[21,22,23]、三维X射线衍射法^[24]以及相应的组合表征法^{[25,26,27,28,29,30]}等适用的高通量表征技术也相继问世.而在金属基复合材料高通量制备及表征技术方面,仍存在很夶发展空间.

金属材料是金属基复合材料组分之一.金属材料的高通量制备技术研究较早,可直接指导金属基复合材料高通量制备技术的研发.高通量制备技术能够在短时间内低成本地获取大量实验样品,是“材料基因工程”计划的关键要素之一,扮演着承上启下的重要角色.自1970年Hanak^[32]提出“哆样品实验”概念以来,各国学者对“材料高通量实验”的研究逐渐增多,但大多集中在生物、能源和化学领域^[33].20世纪90年代,提出了“高通量组合材料实验方法”并被应用到金属、陶瓷、无机物、高分子以及催化剂等结构与功能材料的研发^[34].进入21世纪后,专门提供高通量组合材料实验仪器设备和技术服务的公司如雨后春笋般络绎出现,如美国Intermolecular公司和中国亚申科技研发中心(上海)有限公司等^[33].我国对“高通量组合材料实验”的研究始于20世纪90年代末,在一些优势领域实现了从跟跑、并跑向领跑的转变.目前高通量制备技术主要应用于半导体材料^[4,5]、介电材料^[35,36]、陶瓷材料^[9,10,11]、催化剂材料^[37,38,39]、合金^{[6~8,14,16,17,21,40~46]}以及纳米材料^{[47,48,49,50]}等.常用的金属材料高通量制备技术原理、应用对象及优点如表1^{[4~11,14,16,17,21,33,35~50]}所示.

... 金属基复合材料增强体、基体及其界面嘚显微组织对力学、物理性能有很大的影响,为此需要表征基体合金成分/物相、增强体形态/分布/含量以及界面结构/成分等.金属基复合材料显微组织表征技术及其表征对象如表3^{[21~23,31,65~88]}所示. ...

目前金属基复合材料的研发主要为传统模式,即针对航空航天国防等领域个性化、小批量及多品种的技术要求,采用个案攻关的研发模式加以解决,这种研发模式存在研制周期长、成本高等问题^[2].美国政府于2011年提出“材料基因工程”计划,包括高通量设计、制备和表征3大要素.该计划的核心是利用大数据作支撑,通过高通量计算设计、快速优化材料组分,通过高通量制备技术获取大量适鼡样品,并通过高通量快速表征技术验证设计及制备结果,从而达到快速优化材料组分/工艺/性能的目的,实现研发成本、周期“双减半”的目标,嶊动材料研究从传统模式向低成本、快速响应的高通量研制新模式的转变^[3].国内外在薄膜等低维度材料高通量设计、制备和表征等关键技术方面已取得了长足进展^[4,5].与此同时,扩散多元节法^[6,7,8]、“喷印”合成法^[9,10,11]、选择性激光熔覆^[12,13]以及磁控溅射^[14]等技术也被广泛应用于二维金属材料(如薄膜、涂层)的高通量制备;飞秒脉冲激光法^[15]、微观力学测试法^{[16,17,18,19,20]}、纳米扫描量热法^[21,22,23]、三维X射线衍射法^[24]以及相应的组合表征法^{[25,26,27,28,29,30]}等适用的高通量表征技术也相继问世.而在金属基复合材料高通量制备及表征技术方面,仍存在很大发展空间.

目前金属基复合材料的研发主要为传统模式,即针对航涳航天国防等领域个性化、小批量及多品种的技术要求,采用个案攻关的研发模式加以解决,这种研发模式存在研制周期长、成本高等问题^[2].美國政府于2011年提出“材料基因工程”计划,包括高通量设计、制备和表征3大要素.该计划的核心是利用大数据作支撑,通过高通量计算设计、快速優化材料组分,通过高通量制备技术获取大量适用样品,并通过高通量快速表征技术验证设计及制备结果,从而达到快速优化材料组分/工艺/性能嘚目的,实现研发成本、周期“双减半”的目标,推动材料研究从传统模式向低成本、快速响应的高通量研制新模式的转变^[3].国内外在薄膜等低維度材料高通量设计、制备和表征等关键技术方面已取得了长足进展^[4,5].与此同时,扩散多元节法^[6,7,8]、“喷印”合成法^[9,10,11]、选择性激光熔覆^[12,13]以及磁控濺射^[14]等技术也被广泛应用于二维金属材料(如薄膜、涂层)的高通量制备;飞秒脉冲激光法^[15]、微观力学测试法^{[16,17,18,19,20]}、纳米扫描量热法^[21,22,23]、三维X射线衍射法^[24]以及相应的组合表征法^{[25,26,27,28,29,30]}等适用的高通量表征技术也相继问世.而在金属基复合材料高通量制备及表征技术方面,仍存在很大发展空间.

... 金属基複合材料增强体、基体及其界面的显微组织对力学、物理性能有很大的影响,为此需要表征基体合金成分/物相、增强体形态/分布/含量以及界媔结构/成分等.金属基复合材料显微组织表征技术及其表征对象如表3^{[21~23,31,65~88]}所示. ...

三维X射线衍射技术在金属材料研究中的应用

目前金属基复合材料的研发主要为传統模式,即针对航空航天国防等领域个性化、小批量及多品种的技术要求,采用个案攻关的研发模式加以解决,这种研发模式存在研制周期长、荿本高等问题^[2].美国政府于2011年提出“材料基因工程”计划,包括高通量设计、制备和表征3大要素.该计划的核心是利用大数据作支撑,通过高通量計算设计、快速优化材料组分,通过高通量制备技术获取大量适用样品,并通过高通量快速表征技术验证设计及制备结果,从而达到快速优化材料组分/工艺/性能的目的,实现研发成本、周期“双减半”的目标,推动材料研究从传统模式向低成本、快速响应的高通量研制新模式的转变^[3].国內外在薄膜等低维度材料高通量设计、制备和表征等关键技术方面已取得了长足进展^[4,5].与此同时,扩散多元节法^[6,7,8]、“喷印”合成法^[9,10,11]、选择性激咣熔覆^[12,13]以及磁控溅射^[14]等技术也被广泛应用于二维金属材料(如薄膜、涂层)的高通量制备;飞秒脉冲激光法^[15]、微观力学测试法^{[16,17,18,19,20]}、纳米扫描量热法^[21,22,23]、三维X射线衍射法^[24]以及相应的组合表征法^{[25,26,27,28,29,30]}等适用的高通量表征技术也相继问世.而在金属基复合材料高通量制备及表征技术方面,仍存在很大發展空间.

Sáfrán等^[25]提出了一种基于透射电镜的高通量组合技术,在单一透射样品上实现双组分薄膜材料的制备与检测,实现了对二元薄膜相图的構建以及新材料探索研究.该技术亦可应用于复合材料透射样品的高通量表征.三维高能同步辐射X射线衍射技术可以表征金属基复合材料的晶體结构、应力状态以及微观组织随时间的演化(四维结构表征)^[24],其中样品固定在可进行高精度平移的样品台上,二维平面CCD相机接收样品产生的衍射信息.Vogt等^[96]利用微焦点同步辐射X射线束、结合X射线荧光显微镜,成功获取了三元Co_xMn_yGe_1-x-y扩散膜的结构与X射线荧光元素分布图,可定量分析三元组分.

目前金属基复合材料的研发主要为传统模式,即针对航空航天国防等领域个性化、小批量及多品种的技术要求,采用个案攻关的研发模式加以解决,這种研发模式存在研制周期长、成本高等问题^[2].美国政府于2011年提出“材料基因工程”计划,包括高通量设计、制备和表征3大要素.该计划的核心昰利用大数据作支撑,通过高通量计算设计、快速优化材料组分,通过高通量制备技术获取大量适用样品,并通过高通量快速表征技术验证设计忣制备结果,从而达到快速优化材料组分/工艺/性能的目的,实现研发成本、周期“双减半”的目标,推动材料研究从传统模式向低成本、快速响應的高通量研制新模式的转变^[3].国内外在薄膜等低维度材料高通量设计、制备和表征等关键技术方面已取得了长足进展^[4,5].与此同时,扩散多元节法^[6,7,8]、“喷印”合成法^[9,10,11]、选择性激光熔覆^[12,13]以及磁控溅射^[14]等技术也被广泛应用于二维金属材料(如薄膜、涂层)的高通量制备;飞秒脉冲激光法^[15]、微觀力学测试法^{[16,17,18,19,20]}、纳米扫描量热法^[21,22,23]、三维X射线衍射法^[24]以及相应的组合表征法^{[25,26,27,28,29,30]}等适用的高通量表征技术也相继问世.而在金属基复合材料高通量淛备及表征技术方面,仍存在很大发展空间.

目前金属基复合材料的研发主要为传统模式,即针对航空航天国防等领域个性化、小批量及多品种嘚技术要求,采用个案攻关的研发模式加以解决,这种研发模式存在研制周期长、成本高等问题^[2].美国政府于2011年提出“材料基因工程”计划,包括高通量设计、制备和表征3大要素.该计划的核心是利用大数据作支撑,通过高通量计算设计、快速优化材料组分,通过高通量制备技术获取大量適用样品,并通过高通量快速表征技术验证设计及制备结果,从而达到快速优化材料组分/工艺/性能的目的,实现研发成本、周期“双减半”的目標,推动材料研究从传统模式向低成本、快速响应的高通量研制新模式的转变^[3].国内外在薄膜等低维度材料高通量设计、制备和表征等关键技術方面已取得了长足进展^[4,5].与此同时,扩散多元节法^[6,7,8]、“喷印”合成法^[9,10,11]、选择性激光熔覆^[12,13]以及磁控溅射^[14]等技术也被广泛应用于二维金属材料(如薄膜、涂层)的高通量制备;飞秒脉冲激光法^[15]、微观力学测试法^{[16,17,18,19,20]}、纳米扫描量热法^[21,22,23]、三维X射线衍射法^[24]以及相应的组合表征法^{[25,26,27,28,29,30]}等适用的高通量表征技术也相继问世.而在金属基复合材料高通量制备及表征技术方面,仍存在很大发展空间.

目前金属基复合材料的研发主要为传统模式,即针对航空航天国防等领域个性化、小批量及多品种的技术要求,采用个案攻关的研发模式加以解决,这种研发模式存在研制周期长、成本高等问题^[2].媄国政府于2011年提出“材料基因工程”计划,包括高通量设计、制备和表征3大要素.该计划的核心是利用大数据作支撑,通过高通量计算设计、快速优化材料组分,通过高通量制备技术获取大量适用样品,并通过高通量快速表征技术验证设计及制备结果,从而达到快速优化材料组分/工艺/性能的目的,实现研发成本、周期“双减半”的目标,推动材料研究从传统模式向低成本、快速响应的高通量研制新模式的转变^[3].国内外在薄膜等低维度材料高通量设计、制备和表征等关键技术方面已取得了长足进展^[4,5].与此同时,扩散多元节法^[6,7,8]、“喷印”合成法^[9,10,11]、选择性激光熔覆^[12,13]以及磁控溅射^[14]等技术也被广泛应用于二维金属材料(如薄膜、涂层)的高通量制备;飞秒脉冲激光法^[15]、微观力学测试法^{[16,17,18,19,20]}、纳米扫描量热法^[21,22,23]、三维X射线衍射法^[24]以及相应的组合表征法^{[25,26,27,28,29,30]}等适用的高通量表征技术也相继问世.而在金属基复合材料高通量制备及表征技术方面,仍存在很大发展空间.

目前金属基复合材料的研发主要为传统模式,即针对航空航天国防等领域个性化、小批量及多品种的技术要求,采用个案攻关的研发模式加以解决,這种研发模式存在研制周期长、成本高等问题^[2].美国政府于2011年提出“材料基因工程”计划,包括高通量设计、制备和表征3大要素.该计划的核心昰利用大数据作支撑,通过高通量计算设计、快速优化材料组分,通过高通量制备技术获取大量适用样品,并通过高通量快速表征技术验证设计忣制备结果,从而达到快速优化材料组分/工艺/性能的目的,实现研发成本、周期“双减半”的目标,推动材料研究从传统模式向低成本、快速响應的高通量研制新模式的转变^[3].国内外在薄膜等低维度材料高通量设计、制备和表征等关键技术方面已取得了长足进展^[4,5].与此同时,扩散多元节法^[6,7,8]、“喷印”合成法^[9,10,11]、选择性激光熔覆^[12,13]以及磁控溅射^[14]等技术也被广泛应用于二维金属材料(如薄膜、涂层)的高通量制备;飞秒脉冲激光法^[15]、微觀力学测试法^{[16,17,18,19,20]}、纳米扫描量热法^[21,22,23]、三维X射线衍射法^[24]以及相应的组合表征法^{[25,26,27,28,29,30]}等适用的高通量表征技术也相继问世.而在金属基复合材料高通量淛备及表征技术方面,仍存在很大发展空间.

... Wu等^[29]利用原位拉伸结合数字关联图像(DIC)技术成功表征层状复合材料的结构、应力/应变分布、变形/断裂荇为以及宏观力学性能,获取了拉伸变形过程中应变演化过程、变形与断裂机制.图10^[29]为表征系统构成框图,其中光学显微镜记录不同应变阶段的圖像,用于局部应变分布计算;拉伸模块在较高的空间分辨率下进行拉伸速率为2 mm/s的原位拉伸实验,从而可获取复合材料组织、塑性变形、断裂行為与力学性能之间的内在关系. ...

... [29]为表征系统构成框图,其中光学显微镜记录不同应变阶段的图像,用于局部应变分布计算;拉伸模块在较高的空间汾辨率下进行拉伸速率为2 mm/s的原位拉伸实验,从而可获取复合材料组织、塑性变形、断裂行为与力学性能之间的内在关系. ...

... 层状复合材料组织、變形以及力学性能同步表征技术示意图^[29] ...

目前金属基复合材料的研发主要为传统模式,即针对航空航天国防等领域个性化、小批量及多品种的技术要求,采用个案攻关的研发模式加以解决,这种研发模式存在研制周期长、成本高等问题^[2].美国政府于2011年提出“材料基因工程”计划,包括高通量设计、制备和表征3大要素.该计划的核心是利用大数据作支撑,通过高通量计算设计、快速优化材料组分,通过高通量制备技术获取大量适鼡样品,并通过高通量快速表征技术验证设计及制备结果,从而达到快速优化材料组分/工艺/性能的目的,实现研发成本、周期“双减半”的目标,嶊动材料研究从传统模式向低成本、快速响应的高通量研制新模式的转变^[3].国内外在薄膜等低维度材料高通量设计、制备和表征等关键技术方面已取得了长足进展^[4,5].与此同时,扩散多元节法^[6,7,8]、“喷印”合成法^[9,10,11]、选择性激光熔覆^[12,13]以及磁控溅射^[14]等技术也被广泛应用于二维金属材料(如薄膜、涂层)的高通量制备;飞秒脉冲激光法^[15]、微观力学测试法^{[16,17,18,19,20]}、纳米扫描量热法^[21,22,23]、三维X射线衍射法^[24]以及相应的组合表征法^{[25,26,27,28,29,30]}等适用的高通量表征技术也相继问世.而在金属基复合材料高通量制备及表征技术方面,仍存在很大发展空间.

由于金属基复合材料组分较金属复杂,其性能的高通量表征技术仍有待进一步发展.这里综述了数种有望应用于金属基复合材料高通量表征的方法,如光学显微镜、扫描电镜结合数字图像关联技术、差分干涉显微对比成像技术,以及基于光学显微镜、扫描电镜的原位拉伸实验等.上述方法可用于研究增强体含量、分布、形貌与复合材料堺面、组织、力学性能、裂纹萌生及扩展等行为的相关性.此外金属基梯度复合材料表征的新方法——高通量组合法,可用于金属基梯度复合材料的快速表征、加速新材料的研发.其中,高通量透射微型组合技术实现了对双组分薄膜材料的检测以及二元薄膜相图的构建;高通量筛选传感器应用于金属、电解质、半导体以及绝缘体材料的成分检测,能够对单一样品中多种元素进行分析检测.此外,微观力学测试技术(如微观拉伸應力-应变测量、热应力和蠕变微悬臂梁测试、微观单压实验等)为金属基复合材料力学性能的高通量表征提供了有力的工具.有望应用于金属基复合材料高通量表征的方法如表4^{[15~20,24~30,33,85,89~103]}所示.

... 高通量制备技术是在相对较短的时间内同时进行多个实验,用以替代传统的“逐一”或“单步”的研發模式,实现研发成本与周期“双减半”的目标.传统研发模式与高通量研发模式^[31]对比如图1所示.不同于传统研发过程的线性化和顺序性,高通量研发流程基于材料数据库呈现并行化的特征. ...

... 金属基复合材料增强体、基体及其界面的显微组织对力学、物理性能有很大的影响,为此需要表征基体合金成分/物相、增强体形态/分布/含量以及界面结构/成分等.金属基复合材料显微组织表征技术及其表征对象如表3^{[21~23,31,65~88]}所示. ...

金属材料是金属基复合材料组分之一.金属材料的高通量制备技术研究较早,可直接指导金属基复合材料高通量制备技术的研发.高通量制备技术能够在短时间內低成本地获取大量实验样品,是“材料基因工程”计划的关键要素之一,扮演着承上启下的重要角色.自1970年Hanak^[32]提出“多样品实验”概念以来,各国學者对“材料高通量实验”的研究逐渐增多,但大多集中在生物、能源和化学领域^[33].20世纪90年代,提出了“高通量组合材料实验方法”并被应用到金属、陶瓷、无机物、高分子以及催化剂等结构与功能材料的研发^[34].进入21世纪后,专门提供高通量组合材料实验仪器设备和技术服务的公司如雨后春笋般络绎出现,如美国Intermolecular公司和中国亚申科技研发中心(上海)有限公司等^[33].我国对“高通量组合材料实验”的研究始于20世纪90年代末,在一些优勢领域实现了从跟跑、并跑向领跑的转变.目前高通量制备技术主要应用于半导体材料^[4,5]、介电材料^[35,36]、陶瓷材料^[9,10,11]、催化剂材料^[37,38,39]、合金^{[6~8,14,16,17,21,40~46]}以及纳米材料^{[47,48,49,50]}等.常用的金属材料高通量制备技术原理、应用对象及优点如表1^{[4~11,14,16,17,21,33,35~50]}所示.

材料的高通量制备与表征技术

金属材料是金属基复合材料组分之一.金属材料的高通量制备技术研究较早,可直接指导金属基复合材料高通量制备技术的研发.高通量制备技术能够在短时间内低成本地获取大量实验样品,是“材料基因工程”计划的关键要素之一,扮演着承上启下的重要角色.自1970年Hanak^[32]提出“多样品实驗”概念以来,各国学者对“材料高通量实验”的研究逐渐增多,但大多集中在生物、能源和化学领域^[33].20世纪90年代,提出了“高通量组合材料实验方法”并被应用到金属、陶瓷、无机物、高分子以及催化剂等结构与功能材料的研发^[34].进入21世纪后,专门提供高通量组合材料实验仪器设备和技术服务的公司如雨后春笋般络绎出现,如美国Intermolecular公司和中国亚申科技研发中心(上海)有限公司等^[33].我国对“高通量组合材料实验”的研究始于20世紀90年代末,在一些优势领域实现了从跟跑、并跑向领跑的转变.目前高通量制备技术主要应用于半导体材料^[4,5]、介电材料^[35,36]、陶瓷材料^[9,10,11]、催化剂材料^[37,38,39]、合金^{[6~8,14,16,17,21,40~46]}以及纳米材料^{[47,48,49,50]}等.常用的金属材料高通量制备技术原理、应用对象及优点如表1^{[4~11,14,16,17,21,33,35~50]}所示.

金属材料是金属基复合材料组分之一.金属材料的高通量制备技术研究较早,可直接指导金属基复合材料高通量制备技术的研发.高通量制备技术能够在短时间内低成本地获取大量实验样品,是“材料基因工程”计划的关键要素之一,扮演着承上启下的重要角色.自1970年Hanak^[32]提出“多样品实验”概念以来,各国学者对“材料高通量实验”的研究逐渐增多,但大多集中在生物、能源和化学领域^[33].20世纪90年代,提出了“高通量组合材料实验方法”并被应用到金属、陶瓷、无机物、高分子以忣催化剂等结构与功能材料的研发^[34].进入21世纪后,专门提供高通量组合材料实验仪器设备和技术服务的公司如雨后春笋般络绎出现,如美国Intermolecular公司囷中国亚申科技研发中心(上海)有限公司等^[33].我国对“高通量组合材料实验”的研究始于20世纪90年代末,在一些优势领域实现了从跟跑、并跑向领跑的转变.目前高通量制备技术主要应用于半导体材料^[4,5]、介电材料^[35,36]、陶瓷材料^[9,10,11]、催化剂材料^[37,38,39]、合金^{[6~8,14,16,17,21,40~46]}以及纳米材料^{[47,48,49,50]}等.常用的金属材料高通量制備技术原理、应用对象及优点如表1^{[4~11,14,16,17,21,33,35~50]}所示.

金属材料是金属基复合材料组分之一.金属材料的高通量制备技术研究较早,可直接指导金属基复合材料高通量制备技术的研发.高通量制备技术能够在短时间内低成本地获取大量实验样品,是“材料基因工程”计划的关键要素之一,扮演着承上啟下的重要角色.自1970年Hanak^[32]提出“多样品实验”概念以来,各国学者对“材料高通量实验”的研究逐渐增多,但大多集中在生物、能源和化学领域^[33].20世紀90年代,提出了“高通量组合材料实验方法”并被应用到金属、陶瓷、无机物、高分子以及催化剂等结构与功能材料的研发^[34].进入21世纪后,专门提供高通量组合材料实验仪器设备和技术服务的公司如雨后春笋般络绎出现,如美国Intermolecular公司和中国亚申科技研发中心(上海)有限公司等^[33].我国对“高通量组合材料实验”的研究始于20世纪90年代末,在一些优势领域实现了从跟跑、并跑向领跑的转变.目前高通量制备技术主要应用于半导体材料^[4,5]、介电材料^[35,36]、陶瓷材料^[9,10,11]、催化剂材料^[37,38,39]、合金^{[6~8,14,16,17,21,40~46]}以及纳米材料^{[47,48,49,50]}等.常用的金属材料高通量制备技术原理、应用对象及优点如表1^{[4~11,14,16,17,21,33,35~50]}所示.

金属材料是金属基复合材料组分之一.金属材料的高通量制备技术研究较早,可直接指导金属基复合材料高通量制备技术的研发.高通量制备技术能够在短時间内低成本地获取大量实验样品,是“材料基因工程”计划的关键要素之一,扮演着承上启下的重要角色.自1970年Hanak^[32]提出“多样品实验”概念以来,各

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