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開展巖石裂紋擴展與連接機理的研究，對于預測巖 石（體）工程的失穩(wěn)破壞以及提高油氣產(chǎn)量與效率具有重要的理論意義和應用價 值。主要取得的科學發(fā)現(xiàn)點如下：（1） 在試驗研究方面，研發(fā)了適用于裂隙巖石的高精度數(shù)字量測技術，發(fā) 現(xiàn)了非連續(xù)巖石材料中的裂紋擴展與連接規(guī)律，建立了非連續(xù)巖石材料應力跌落 與裂紋演化規(guī)律之間的聯(lián)系，揭示了巖石材料中的裂紋演化規(guī)律，為理論和數(shù)值 研究裂紋演化規(guī)律提供了技術支撐。（2） 在理論研究方面，利用內(nèi)變量熱力學理論和偽力法，揭示了裂隙巖體 的損傷局部化機理，建立了巖石（體）損傷局部化分叉模型；基于斷裂力學原理, 提出了巖石（體）的非線性強度準則，為開展復雜應力狀態(tài)下裂紋演化過程的數(shù) 值模擬奠定了理論基礎。（3） 在數(shù)值方法方面，提出了連續(xù)-非連續(xù)數(shù)值模擬方法，編制了廣義粒子 動力學多線程高效并行計算程序，成功實現(xiàn)了二維和三維裂紋演化過程的數(shù)值模 擬，揭示了復雜應力狀態(tài)下裂紋演化的細觀機理，為巖體工程穩(wěn)定性分析提供了 計算平臺。(4) 在工程應用方面，實現(xiàn)了錦屏I級水電站深埋地下洞室非連續(xù)圍巖損 傷破壞過程的數(shù)值模擬，結合現(xiàn)場監(jiān)測數(shù)據(jù)，闡釋了地下洞室非連續(xù)圍巖的破裂 發(fā)展規(guī)律，揭示了深埋地下洞室圍巖的損傷失穩(wěn)機制。

（2018年度高等學校科學研究優(yōu)秀成果獎（自然科學獎）一等獎） 成果簡介：巖石（體）是一種復雜的天然介質，在漫長的地質構造作用過程中，內(nèi)部孕 育了各種規(guī)模和尺度的缺陷（如節(jié)理、裂隙和斷層等），這些缺陷的空間位置與 分布規(guī)律顯著影響其力學響應，進而對斷續(xù)裂隙巖體工程的穩(wěn)定與安全產(chǎn)生重要 影響。另一方面，在頁巖氣與煤層氣等開采過程中，往往需要人為制造裂縫網(wǎng)絡 來實現(xiàn)壓裂增滲增產(chǎn)。因此，開展巖石裂紋擴展與連接機理的研究，對于預測巖 石（體）工程的失穩(wěn)破壞以及提高油氣產(chǎn)量與效率具有重要的理論意義和應用價 值。主要取得的科學發(fā)現(xiàn)點如下： （1） 在試驗研究方面，研發(fā)了適用于裂隙巖石的高精度數(shù)字量測技術，發(fā) 現(xiàn)了非連續(xù)巖石材料中的裂紋擴展與連接規(guī)律，建立了非連續(xù)巖石材料應力跌落 與裂紋演化規(guī)律之間的聯(lián)系，揭示了巖石材料中的裂紋演化規(guī)律，為理論和數(shù)值 研究裂紋演化規(guī)律提供了技術支撐。 （2） 在理論研究方面，利用內(nèi)變量熱力學理論和偽力法，揭示了裂隙巖體 的損傷局部化機理，建立了巖石（體）損傷局部化分叉模型；基于斷裂力學原理, 提出了巖石（體）的非線性強度準則，為開展復雜應力狀態(tài)下裂紋演化過程的數(shù) 值模擬奠定了理論基礎。 （3） 在數(shù)值方法方面，提出了連續(xù)-非連續(xù)數(shù)值模擬方法，編制了廣義粒子 動力學多線程高效并行計算程序，成功實現(xiàn)了二維和三維裂紋演化過程的數(shù)值模 擬，揭示了復雜應力狀態(tài)下裂紋演化的細觀機理，為巖體工程穩(wěn)定性分析提供了 計算平臺。 (4)    在工程應用方面，實現(xiàn)了錦屏I級水電站深埋地下洞室非連續(xù)圍巖損 傷破壞過程的數(shù)值模擬，結合現(xiàn)場監(jiān)測數(shù)據(jù)，闡釋了地下洞室非連續(xù)圍巖的破裂 發(fā)展規(guī)律，揭示了深埋地下洞室圍巖的損傷失穩(wěn)機制。

1. 成果簡介預制缸套然后鑄造或裝配是采用鋁合金制造汽車發(fā)動機缸體的一種主要成形工藝。傳統(tǒng)的缸套都是用鑄鐵制造，鑄鐵耐磨性好，但熱導率較低，鋁合金導熱率是鑄鐵的 4 倍，采用鋁合金制造缸套的優(yōu)勢是迅速將發(fā)動機燃燒產(chǎn)生的熱量傳遞出去，避免機油焦化，從而顯著提高發(fā)動機的升功率（功率密度）。過共晶 Al-Si 合金具有熱膨脹系數(shù)小、耐磨性好、熱導率高、高溫性能好等特點，是制造發(fā)動機缸套的理想材料。圖 1 擠壓鑄造件              圖 2 機加工后零件                 圖 3 初生硅和共晶硅分布 采用常規(guī)鑄造方法成形過共晶鋁硅合金，疏松傾向大，強度和韌性低，而且顯微組織中初生硅的尺寸難以控制。擠壓鑄造是液態(tài)金屬在較高外加壓力（百兆帕）作用下凝固成形的一種先進鑄造工藝，鑄件在低速下充型，高壓下凝固，內(nèi)部致密，組織細小，并能通過熱處理強化。 清華大學成功開發(fā)了過共晶鋁硅合金缸套擠壓鑄造成形技術，具有非常好的發(fā)展?jié)摿彤a(chǎn)業(yè)化應用前景。2 應用說明采用鋁合金制造發(fā)動機缸套甚至全鋁發(fā)動機缸體是國外主要汽車企業(yè)開發(fā)高性能發(fā)動機的重要技術之一。采用噴射沉積加擠壓或鍛造工藝已有相關產(chǎn)品，但由于工序多、流程長造成生產(chǎn)率低、成本高。清華大學開發(fā)的過共晶鋁硅合金缸套擠壓鑄造成形技術具有短流程、近凈成形、優(yōu)質、高效、節(jié)能等優(yōu)點，目前正在與汽車發(fā)動機制造企業(yè)合作，進行技術評價與應用。 申請國家發(fā)明專利 1 項。3 效益分析缸套作為汽車發(fā)動機生產(chǎn)中的一個重要配件，其用量大，產(chǎn)品和技術相對獨立，原材料充足，設備投資小，適于中小企業(yè)給發(fā)動機廠配套，特別是適合于已經(jīng)在給發(fā)動機廠配套鋁合金活塞等部件的企業(yè)發(fā)展這一技術和產(chǎn)品，易于在現(xiàn)有客戶渠道基礎上豐富產(chǎn)品種類，同時較高的技術含量可以避免被簡單模仿和惡性競爭。

1. 成果簡介預制缸套然后鑄造或裝配是采用鋁合金制造汽車發(fā)動機缸體的一種主要成形工藝。傳統(tǒng)的缸套都是用鑄鐵制造，鑄鐵耐磨性好，但熱導率較低，鋁合金導熱率是鑄鐵的 4 倍，采用鋁合金制造缸套的優(yōu)勢是迅速將發(fā)動機燃燒產(chǎn)生的熱量傳遞出去，避免機油焦化，從而顯著提高發(fā)動機的升功率（功率密度）。過共晶 Al-Si 合金具有熱膨脹系數(shù)小、耐磨性好、熱導率高、高溫性能好等特點，是制造發(fā)動機缸套的理想材料。??2 應用說明采用鋁合金制造發(fā)動機缸套甚至全鋁發(fā)動機缸體是國外主要汽車企業(yè)開發(fā)高性能發(fā)動機的重要技術之一。采用噴射沉積加擠壓或鍛造工藝已有相關產(chǎn)品，但由于工序多、流程長造成生產(chǎn)率低、成本高。清華大學開發(fā)的過共晶鋁硅合金缸套擠壓鑄造成形技術具有短流程、近凈成形、優(yōu)質、高效、節(jié)能等優(yōu)點，目前正在與汽車發(fā)動機制造企業(yè)合作，進行技術評價與應用。 申請國家發(fā)明專利 1 項。3 效益分析缸套作為汽車發(fā)動機生產(chǎn)中的一個重要配件，其用量大，產(chǎn)品和技術相對獨立，原材料充足，設備投資小，適于中小企業(yè)給發(fā)動機廠配套，特別是適合于已經(jīng)在給發(fā)動機廠配套鋁合金活塞等部件的企業(yè)發(fā)展這一技術和產(chǎn)品，易于在現(xiàn)有客戶渠道基礎上豐富產(chǎn)品種類，同時較高的技術含量可以避免被簡單模仿和惡性競爭。4 合作方式技術轉讓或合作開發(fā)。5 所屬行業(yè)領域先進制造。

項目簡介： 常規(guī)聚丙烯 ( PP) 材料存在強度低、韌性差、單位體積質量難以進一步降低等缺陷。本項目基于這一現(xiàn)狀，利用分子

近日，天津大學趙廣久教授團隊在鈣鈦礦材料的激發(fā)態(tài)化學機制研究方面取得突破性進展。相關研究成果發(fā)表在《Chemical Engineering Journal》（IF: 10.65）上。該團隊首次合成了一種新型非鉛雙鈣鈦礦材料，并調控晶格畸變，調控了激發(fā)態(tài)載流子動力學，從而顯著促進了光致發(fā)光量子產(chǎn)率的提升，對進一步的材料開發(fā)和應用有很強的指導意義。 研究背景 在過去的十年中，關于鈣鈦礦材料的開發(fā)和應用一直在光伏電池和發(fā)光領域得到了極大的發(fā)展。鈣鈦礦納米晶體的與其塊狀材料相比，具有許多優(yōu)勢，例如鈣鈦礦納米晶具有高的光致發(fā)光量子產(chǎn)率，顏色可調，同時易于大規(guī)模制備柔性器件。因此，鹵化鈣鈦礦納米晶體已成為研究人員的重要研究對象。 不幸的是，鉛的毒性限制了鹵化鉛的進一步應用鈣鈦礦納米晶體。最近報道了一些無鉛鈣鈦礦納米晶體的合成，但是其很難構造3D的鈣鈦礦結構，導致性能不佳。鉛基鈣鈦礦的出色光學性能NC由獨特的3D鈣鈦礦結構和ns2電子軌道，使其具有優(yōu)異的電荷載流子行為。同時，幾種雙鈣鈦礦納米晶體 3D結構取得了一些進展。但是有兩個問題仍然存在。一種是開發(fā)更新穎的雙納米晶體來配合設備的應用；另一種是使用高精度光譜探索更深層次的激發(fā)態(tài)動力學。因此，更有效的合成技術改造和更深刻的載流子動力學研究是目前最有效的方法，這可提高無鉛鈣鈦礦納米晶體的應用前景。 研究基礎 在前期的研究中，團隊在鈣鈦礦光電材料設計與機理研究方面取得了一系列的原創(chuàng)性成果。前期我們團隊通過離子摻雜誘導相轉變，從非活性相轉變?yōu)榛钚韵啵沟冒l(fā)光效率得到大幅度提高 (Angew. Chemie. Int. Ed. 2019, 58, 11642.) ; 在認識到晶型對發(fā)光調控的重要影響后，我們進一步地通過離子摻雜控制晶格變形程度進而調控發(fā)光峰的寬度，可以在實現(xiàn)高發(fā)光效率的同時隨意控制發(fā)光峰寬度的窄化和拓寬(Chem. Eng. J. 2020, 125367; J. Lumin. 2020, 117045; 2D Mater. 2020, 7, 031008.)；最后我們?yōu)榱碎_發(fā)多手段實現(xiàn)構象調控，我們通過引入不同的左右旋手性基團，從而實現(xiàn)手性的傳遞和放大(J. Mater. Chem. C. 2020, 8, 5673. Phys. Chem. Chem. Phys. 2020, 22, 17299.)。 研究進展 在這項工作中，趙廣久團隊創(chuàng)新地開發(fā)了高效光致發(fā)光鈉鉍雙鈣鈦礦Cs2NaBiX6（X = Cl，Br）納米晶體。該團隊通過離子摻雜控制晶格畸變，促進自陷態(tài)激子的捕獲，實現(xiàn)了超快的熱載流子弛豫；同時，DFT理論計算分析表明離子摻雜后的晶體的能帶結構從間接帶隙轉變?yōu)橹苯訋叮龠M了電子空穴的輻射復合；此外離子摻雜也降低了晶體的體相缺陷，減少了缺陷產(chǎn)生的非輻射復合。以上三者的貢獻綜合作用從而大幅度促進了光致發(fā)光產(chǎn)率的提升，結果離子摻雜后的雙鈣鈦礦Cs2NaBiCl6 NCs可顯示約16％的明亮寬帶光致發(fā)光PLQY，高于迄今為止報告的單組分鈣鈦礦發(fā)光材料（2-10％）。我們的研究為未來的新材料的開發(fā)和應用提供了指導。

項目成果/簡介:近日，天津大學趙廣久教授團隊在鈣鈦礦材料的激發(fā)態(tài)化學機制研究方面取得突破性進展。相關研究成果發(fā)表在《Chemical Engineering Journal》（IF: 10.65）上。該團隊首次合成了一種新型非鉛雙鈣鈦礦材料，并調控晶格畸變，調控了激發(fā)態(tài)載流子動力學，從而顯著促進了光致發(fā)光量子產(chǎn)率的提升，對進一步的材料開發(fā)和應用有很強的指導意義。 研究背景 在過去的十年中，關于鈣鈦礦材料的開發(fā)和應用一直在光伏電池和發(fā)光領域得到了極大的發(fā)展。鈣鈦礦納米晶體的與其塊狀材料相比，具有許多優(yōu)勢，例如鈣鈦礦納米晶具有高的光致發(fā)光量子產(chǎn)率，顏色可調，同時易于大規(guī)模制備柔性器件。因此，鹵化鈣鈦礦納米晶體已成為研究人員的重要研究對象。 不幸的是，鉛的毒性限制了鹵化鉛的進一步應用鈣鈦礦納米晶體。最近報道了一些無鉛鈣鈦礦納米晶體的合成，但是其很難構造3D的鈣鈦礦結構，導致性能不佳。鉛基鈣鈦礦的出色光學性能NC由獨特的3D鈣鈦礦結構和ns2電子軌道，使其具有優(yōu)異的電荷載流子行為。同時，幾種雙鈣鈦礦納米晶體 3D結構取得了一些進展。但是有兩個問題仍然存在。一種是開發(fā)更新穎的雙納米晶體來配合設備的應用；另一種是使用高精度光譜探索更深層次的激發(fā)態(tài)動力學。因此，更有效的合成技術改造和更深刻的載流子動力學研究是目前最有效的方法，這可提高無鉛鈣鈦礦納米晶體的應用前景。 研究基礎 在前期的研究中，團隊在鈣鈦礦光電材料設計與機理研究方面取得了一系列的原創(chuàng)性成果。前期我們團隊通過離子摻雜誘導相轉變，從非活性相轉變?yōu)榛钚韵啵沟冒l(fā)光效率得到大幅度提高 (Angew. Chemie. Int. Ed. 2019, 58, 11642.) ; 在認識到晶型對發(fā)光調控的重要影響后，我們進一步地通過離子摻雜控制晶格變形程度進而調控發(fā)光峰的寬度，可以在實現(xiàn)高發(fā)光效率的同時隨意控制發(fā)光峰寬度的窄化和拓寬(Chem. Eng. J. 2020, 125367; J. Lumin. 2020, 117045; 2D Mater. 2020, 7, 031008.)；最后我們?yōu)榱碎_發(fā)多手段實現(xiàn)構象調控，我們通過引入不同的左右旋手性基團，從而實現(xiàn)手性的傳遞和放大(J. Mater. Chem. C. 2020, 8, 5673. Phys. Chem. Chem. Phys. 2020, 22, 17299.)。 研究進展 在這項工作中，趙廣久團隊創(chuàng)新地開發(fā)了高效光致發(fā)光鈉鉍雙鈣鈦礦Cs2NaBiX6（X = Cl，Br）納米晶體。該團隊通過離子摻雜控制晶格畸變，促進自陷態(tài)激子的捕獲，實現(xiàn)了超快的熱載流子弛豫；同時，DFT理論計算分析表明離子摻雜后的晶體的能帶結構從間接帶隙轉變?yōu)橹苯訋叮龠M了電子空穴的輻射復合；此外離子摻雜也降低了晶體的體相缺陷，減少了缺陷產(chǎn)生的非輻射復合。以上三者的貢獻綜合作用從而大幅度促進了光致發(fā)光產(chǎn)率的提升，結果離子摻雜后的雙鈣鈦礦Cs2NaBiCl6 NCs可顯示約16％的明亮寬帶光致發(fā)光PLQY，高于迄今為止報告的單組分鈣鈦礦發(fā)光材料（2-10％）。我們的研究為未來的新材料的開發(fā)和應用提供了指導。

當金屬材料內(nèi)部的晶粒尺寸減小至納米尺度，材料的強度將依Hall-Petch關系大幅度提高。但當納米晶金屬塑性變形時,位錯變得極難在如此小的晶粒內(nèi)部保留下來，導致材料喪失應變硬化能力，很容易發(fā)生塑性變形局域化而失穩(wěn)。