大湾区大学左小伟课题组联合中山大学及西安交通大学等合作单位，在轻质难熔高熵合金强韧化研究中取得重要进展。相关成果以“Architecting Ta-V-Enriched Local Chemical Ordering for Strength-Ductility Synergy in Multi-Principal Element Alloys”为题，发表于国际材料领域知名期刊Acta Materialia（中科院一区，2024年IF为9.3）。 大湾区大学物质科学学院、东莞市先进材料与大科学装置前沿交叉重点实验室及大湾区高等研究院为论文通讯单位。论文第一作者为大湾区大学与中山大学联合培养博士生李政和大湾区大学物质科学学院孟智超博士，通讯作者为大湾区大学左小伟副教授，西安交通大学刘畅教授和中山大学刘定心副教授。本工作得到国家自然科学基金、中国博士后基金、松山湖材料实验室开放课题和广东省基础与应用基础研究基金的支持。   研究背景 多主元合金（MPEAs）大幅拓展了合金设计范畴，其中体心立方（BCC）结构的难熔金属基多主元合金在高温应用方面前景广阔。然而，其高密度与低塑性严重制约了发展。引入轻质塑性元素是改善塑性的有效策略，但BCC多主元合金中普遍存在强度与塑性的倒置关系，其根源在于可协调变形的滑移系有限及应变硬化能力不足。近期研究显示，利用多主元合金固有的局部化学有序（LCO）是突破该困境的新途径。LCO是亚纳米至纳米尺度的化学有序结构，能有效强化合金并调控变形机制。例如，通过引入特定元素或热处理诱发特定LCO，可促进位错交滑移、增殖与滑移带分支，从而在强化的同时提升加工硬化能力与均匀变形能力。其核心机制在于，LCO与位错的动态相互作用（如钉扎-脱钉）能产生大量位错环，这些变形产物不仅能强化材料，还能促进位错增殖，从而协同提升强塑性，这有别于易导致应力集中的经典Orowan机制。尽管LCO的强韧化潜力已被初步证实，但目前对其理解仍存在关键瓶颈：应变下LCO的演化规律、位错与其相互作用的原子尺度机制、以及LCO空间构型对性能的定量影响均尚不明确，利用LCO诱导变形产物进行强韧化的研究也较为缺乏。为此，我们选取Ti-Zr-Nb-Ta基合金体系，并通过引入具有高化学亲和力的V元素来调控LCO。利用双球差矫正扫描透射电子显微镜、三维原子探针与分子动力学模拟，系统研究该合金中LCO的形成机制及其强韧化作用，旨在为基于LCO理性设计高性能合金提供理论基础。 研究成果 本研究综合运用微观结构表征、力学性能测试与原子尺度模拟，在TZNTVx合金体系中首次观察到富Ta-V的局部化学有序（LCO）结构，并证实其可作为富Ta-V C15型Laves相的前驱体。原子尺度模拟与热力学相图计算进一步证实，该LCO的形成主要源于Ta与V原子间强烈的化学亲和力。实验与模拟结果共同表明，C15型LCO呈现串状（String-like）与团状（Cluster-like）两种典型形貌；通过调控V含量可改变二者比例，且Cluster-like LCO比例的增加会显著加剧基体晶格畸变。研究系统阐明了LCO与位错的相互作用机制：可动位错对String-like LCO以剪切作用为主，而对Cluster-like LCO则以绕过机制为主。Cluster-like LCO在不同应力水平下均表现出更强的位错运动阻碍能力。经过多轮交互作用后，Cluster-like LCO仍能维持其障碍效应，而String-like LCO则易发生碎化并逐渐失效。Cluster-like LCO在阻碍位错运动以强化基体的同时，还能促进位错增殖、激活多滑移系，从而提升塑性。其与位错相互作用产生的位错环可作为Frank-Read源，在塑性变形中持续扩展并激发进一步的位错增殖。因此，富含Cluster-like LCO的V15合金相较于V5合金展现出更优的强塑性匹配，其屈服强度达1.04 GPa，抗拉强度为1.2 GPa，延伸率达20.6%。 课题组招聘揽才 左小伟课题组专注于先进金属结构材料研究，核心团队现有12名成员，包括特任研究员、博士后、联合培养博士生与硕士生以及访问研究生。 研究方向聚焦于基础材料科学及机器学习辅助材料设计与开发等前沿领域。 依托学院支持，课题组已建成系列先进研究平台： - 材料制备与加工平台：激光粉末床熔融（L-PBF）增材制造系统、原位中子衍射高梯度定向凝固设备、冷坩埚电磁悬浮熔炼炉、高真空非自耗电弧熔炼炉、冷/热双辊轧机。 - 材料测试与分析平台：维氏硬度计、多物理场（热/电）纳米压痕仪、万能材料试验机、疲劳试验机（配备DIC数字图像相关系统）。 - 材料计算平台： 高性能计算集群及相关模拟软件。 诚邀对上述研究方向感兴趣的博士后、博士生及硕士生加入团队或开展合作研究，请联系：zuoxw@gbu.edu.cn。

  大湾区大学物质科学学院夏广杰研究员与加拿大（魁北克）国家科学研究所孙书会院士、江苏大学张建明教授、新加坡科技研究局李旭研究员合作，通过系统性的实验与理论计算结合研究，揭示了SiO2纳米颗粒作为自由基清除剂，可以抑制H2O2的生成，从而在提升Fe-N4单原子催化剂氧还原反应耐久性上起到了关键作用，为设计高稳定性非贵金属催化剂提供了新思路。相关成果以“Enhancing the ORR durability of single atomic Fe–N4 active sites with implanted SiO2 nanoparticles as radicalH2O2 inhibitors”为题发表在《Nature Communications》(IF 16.6)期刊。 研究背景 氧还原反应（ORR）是金属-空气电池和燃料电池等清洁能源技术的关键反应，需要开发高效稳定的催化剂。Fe–N–C单原子催化剂因具备高活性、高原子利用率和低成本优势，被视为替代铂等贵金属的潜力催化剂。然而在实际反应中，Fe–N4活性中心易受到H2O2及活性氧物种侵蚀，导致失活与结构退化，严重制约催化剂寿命。因此，如何在确保Fe–N4 ORR活性的同时，抑制自由基和H2O2的生成，成为近年来研究的一大难点。 研究成果 本研究以咖啡渣和工业废酸为原料，通过一步热解法制备了SiO2纳米颗粒（NPs）修饰的Fe-N-Si-C单原子催化剂。实验表明，SiO2 NPs均匀分布于碳骨架中，与Fe-N4位点形成Fe-O-Si界面结构。该结构不仅有效抑制H2O2的生成，还显著提升催化剂的稳定性与长期耐久性：在碱性介质中经过30,000次循环后，半波电位仅衰减5 mV，远优于未修饰样品及商用Pt/C。结合实验表征，夏广杰课题组的理论计算进一步揭示了SiO2 NPs的作用机制：Fe-O-Si键增强了OOH*中间体在Fe-N4位点上的吸附，促进四电子路径的ORR过程，同时抑制了H2O2和自由基的生成。此外，密度泛函理论计算表明SiO2 NPs还能阻止Fe单原子的团聚，稳定活性位点结构，从而显著延长催化剂寿命。这些实验与理论结果共同指向SiO2在稳定Fe–N4活性位点与调控反应路径方面的双重功能。 研究意义 该研究系统揭示了通过引入SiO2 NPs提升Fe–N4单原子催化剂耐久性的本质机理。SiO2 NPs既能减少副产物对碳载体及金属中心的腐蚀，又能抑制单原子迁移与聚集，实现双重稳定性提升。实测在锌空气电池和质子交换膜燃料电池中，SiO2/FeNSiC SAC催化剂展现出优异的性能与耐久性，其开路电压、功率密度和循环稳定性均优于Pt/C基准催化剂。这一发现为突破M–N–C单原子催化剂稳定性瓶颈提供了可推广的新思路。 论文链接 https://doi.org/10.1038/s41467-025-65194-0 刘茂松博士为本文第一作者，江苏大学为本文第一单位，夏广杰研究员与孙书会院士、张建明教授、李旭研究员为本文的共同通讯作者。

大湾区大学物质科学学院于华教授课题组与西南石油大学李振宇研究员合作，在基于正式铯/甲脒/甲胺(CsFAMA)的钙钛矿太阳能电池方面取得新进展。相关成果以“Electron-Deficient Defects RepairResidual PbI2 Management toward Air-Processed High-Performance Perovskite Solar Cells”为题发表在《Advanced Functional Materials》上。 解决钙钛矿太阳能电池（PSC）中大量未配位的Sn4+/Pb2+缺陷和残留的PbI2问题是实现高性能正型（n-i-p）PSC在环境空气中制备并推动其商业化的关键。在此，引入了一种介于SnO2和钙钛矿之间的化学桥接剂，即1-乙基-3-甲基咪唑甲磺酸盐（EMIMS）。EMIMS中的富氧官能团不仅减少了SnO2层表面的羟基（-OH）缺陷，还螯合了钙钛矿薄膜上的未配位Pb2+。这些欠电子缺陷的减少最大限度地减少了载流子非辐射复合的损失，并加快了埋藏界面处的电子提取/转移。值得注意的是，经EMIMS改性的全空气制备的n-i-p PSC实现了25.20%的高效率，未封装的器件在高温或高湿环境中2000小时后仍能保持初始效率的90%以上。本研究为富氧官能团在环境空气中制备高质量PSC中的应用提供了有效的策略。 核心方法是采用具有多配体的富氧磺酸基团的EMIMS界面层，用于钙钛矿/ETL界面。EMIMS修饰层不仅改善了基底SnO2的均一性，还提高了钙钛矿的成膜质量从而减少了残余PbI2。图1中作用机制研究结果显示，磺酸基团能够明显的改善欠电子的Sn4+和Pb2+缺陷，从而降低器件埋底界面处的缺陷辅助非辐射复合，增强器件性能。图2中的载流子动力学研究表明，EMIMS修饰后的界面非辐射复合显著降低，器件的电荷提取和转移能力显著增强。器件采用FAMACs-基(ITO/SnO2/EMIMS/perovskite/t-BBAI/spiro-OMeTAD/Ag)和FA-基(ITO/SnO2/EMIMS/perovskite/spiro-OMeTAD/Ag)的正型结构（如图3所示）。以FAMACs-基钙钛矿为基础制备的EMIMS修饰的最优器件实现了25.20%的PCE，其中短路电流密度（JSC）为25.29 mA cm−2，开路电压（VOC）为1.19 V，填充因子（FF）为84.10%。相较于对照组器件的PCE 24.31% (JSC为25.08 mA cm−2，VOC为1.17 V，FF为83.13%)，EMIMS提升了器件的JSC和VOC。稳定性结果显示，EMIMS优化后的器件展现出更加稳固的埋底界面结构，热稳、湿稳和光稳都得到了明显提升（如图4所示）。   图1 未经EMIMS修饰/经EMIMS修饰的钙钛矿的形貌和晶体学研究     图2 研究EMIMS与SnO2以及FA基钙钛矿薄膜之间的相互作用机制        图3 研究钙钛矿薄膜及器件的载流子动力学   图4 光伏性能与长期稳定性

大湾区大学左小伟课题组联合东北大学、松山湖材料实验室等合作单位，在高强钢变形机制研究方面取得重要进展。相关研究成果以“Warm rolling induced TRIP-to-TWIP transition in a metastable austenitic steel: Roles of grain boundary segregation, dislocationsnanoprecipitates”为题，发表于材料领域国际知名期刊《Acta Materialia》（中科院一区，2024年IF为9.3）。 该论文的共同通讯单位包括大湾区大学物质科学学院、东莞市先进材料与大科学装置前沿交叉重点实验室、大湾区高等研究院以及松山湖材料实验室。论文第一作者为大湾区大学与东北大学联合培养博士生申壮，通讯作者为大湾区大学左小伟副教授和松山湖材料实验室梁志远研究员。本研究工作获得了松山湖材料实验室开放课题、广东省基础与应用基础研究基金以及广东省特支计划人才项目等多项支持。 研究背景 奥氏体钢因兼具高强度与高延性而广泛应用于工程领域，其性能优势主要源于TWIP（孪生诱导塑性）和TRIP（相变诱导塑性）两种变形机制的协同作用。如何调控这两种机制的激活顺序与程度，是实现材料性能优化的关键。温轧工艺在提高奥氏体钢强度的同时，能够调节其变形机制，但具体调控机制尚不明确。温轧作为一种常用的加工方法，在提升奥氏体钢屈服强度的同时，也可通过调整奥氏体稳定性来影响其变形机制，然而相关调控机理尚待深入揭示。本研究关注一种亚稳奥氏体钢在温轧处理中出现的由TRIP向TWIP转变的变形机制演变。综合利用电子背散射衍射（EBSD）、电子通道对比成像（ECCI）、同步辐射X射线衍射（SR-XRD）、透射电子显微镜（TEM）及三维原子探针（3DAPT）等表征技术，系统分析了材料在变形前后的微观组织演化。该研究为理解温轧亚稳奥氏体钢的“加工 组织 机制”内在关联提供了新见解，也为进一步调控其变形行为与力学性能提供了可能的工艺路径。   研究成果 本研究对比了热处理态（AR）与温轧态（WR）Fe–Mn–C–Cu奥氏体钢的力学行为。AR态以γ→ε→α′相变主导，屈服强度254 MPa，均匀延伸率25%，但奥氏体快速消耗导致TRIP效应衰减，引发早期颈缩和准解理断裂。WR态通过温轧引入高密度位错（~1.9×10¹⁴ m⁻²）、晶界偏聚和纳米析出，促使变形机制转为TWIP主导。其屈服强度达550 MPa（位错强化贡献约348 MPa），极限强度1036 MPa，均匀延伸率提升至59%。孪晶与位错协同作用提供了持续加工硬化能力，有效延缓颈缩。研究表明，温轧引发晶界处显著的碳偏聚、位错增殖与纳米析出协同作用，从而重塑变形响应。晶界碳富集提高局部SFE，削弱ε-马氏体形成驱动力；高密度位错为部分位错滑移提供通道，促进层错与孪晶；纳米析出相虽强化贡献较小，却通过提升位错滑移阻力，间接加强晶内层错的形成。最后，WR态通过位错、析出与TWIP的多重耦合，实现了强度与塑性的协同提升，为高性能奥氏体钢的开发提供了新方向。 图1 通过晶界偏聚、 位错和析出相的多重耦合，实现了奥氏体钢强度与塑性的协同提升 图2 AR态与WR态样品变形过程中奥氏体中位错密度与层错概率的演化：(a, b) 改进的Williamson–Hall图，用于展示实验数据的拟合效果；(c) 位错密度随应变的演化过程；(d) 层错概率随应变的演化过程 图3 5%应变下WR样品的TEM表征结果：(a) TEM明场图像，显示奥氏体晶粒中形成的大量层错； (b) (a)中虚线圆区域的SAED图样；(c) (a)中标示区域的放大图；(d) 一条孤立层错的高分辨TEM图像，插图为整幅图像的FFT结果；(e–g) (d)中所示区域的放大图及相应的FFT图，显示该层错由两条被FCC纳米析出相钉扎的Shockley部分位错所界定 图4 施加应力下完美位错分解的分析：(a) 完整位错在{111}面上分解为前导与后随的 Shockley 局部位错；(b) 在给定剪切应力下、不同滑移阻力条件下形成宽层错的概率；(c) 在不同剪切应力水平下，形成宽层错的概率与滑移阻力的关系   左小伟课题组招聘揽才 左小伟课题组专注于先进金属结构材料研究，聚焦于基础材料科学及机器学习辅助材料设计与开发等前沿领域。 依托物质科学学院，已建成系列先进研究平台： - 材料制备与加工平台：激光粉末床熔融（L-PBF）增材制造系统、原位中子衍射高梯度定向凝固设备、冷坩埚电磁悬浮熔炼炉、高真空非自耗电弧熔炼炉、冷/热双辊轧机。 - 材料测试与分析平台：维氏硬度计、多物理场（热/电）纳米压痕仪、万能材料试验机、疲劳试验机（配备DIC数字图像相关系统）。 - 材料计算平台： 高性能计算集群及相关模拟软件。 诚邀对上述研究方向感兴趣的博士后、博士生及硕士生加入团队或开展合作研究，请联系：zuoxw@gbu.edu.cn。

大湾区大学物质科学学院于华教授课题组与西南石油大学李振宇研究员合作，在基于反式铯/甲脒(CsFA)的钙钛矿太阳能电池方面取得新进展。相关成果以“Bifacial Defect Management of Buried Interface for Enhanced Photovoltaic Performance of Inverted-Perovskite Devices with Precise Regulation of Charge Transport”为题发表在《Small Methods》上。 研究背景及成果 自组装分子（SAMs）的内在聚集行为会导致钙钛矿基底层出现严重的不均匀性甚至空白。钙钛矿底部表面与氧化镍直接接触会发生氧化还原反应，这不可避免地会导致钙钛矿降解并增强电荷传输障碍。在此，开发了一种具有双向缺陷调节功能的1-丙烯基-2,3-二甲基咪唑六氟磷酸盐（PDMIMPF6）分子。 PDMIMPF6可将SAMs和钙钛矿双层连接，调节两者的缺陷，并模糊界面空间。由于有机功能分子聚集缺陷的修复，SAM层的工作函数增加，有助于快速电荷传输并降低钙钛矿的降解率。此外，具有多功能基团的PDMIMPF6已被证明可通过氢键和配位相互作用抑制FA+迁移并钝化未配位的铅缺陷。这种分子粘合策略使经PDMIMPF6处理的器件实现了25.61%的功率转换效率。值得注意的是，在最大功率点跟踪下，未封装器件在1200小时时仍保持83.0%的初始效率，并且在超过2000小时内具有出色的湿度稳定性（91.4%）。 图1 钙钛矿薄膜质量表征 图2  具有双向缺陷调节功能的1-丙烯基-2,3-二甲基咪唑六氟磷酸盐（PDMIMPF6）分子性能表征 图3 钙钛矿电池光伏性能表征