Функционально-градиентные материалы: получение, свойства, применение (обзор)

Cover Page

Cite item

Full Text

Open Access Open Access
Restricted Access Access granted
Restricted Access Subscription Access

Abstract

В обзоре обсуждается современное состояние исследований функционально-градиентных материалов. Приведена классификация функционально-градиентных материалов по составу компонентов, по направлению и уровню изменения градиента, по форме частиц наполнителя, по степени непрерывности состава или структуры. Выбор метода получения функционально-градиентного материала зависит от природы материала, исходного агрегатного состояния компонентов, величины градиента (в объеме или тонких пленках). Функционально-градиентные полимерные материалы могут быть получены последовательным отверждением полимерных смесей и взаимопроникающих сеток, диффузией мономера в недоотвержденную полимерную матрицу либо расслоением смесей ограниченно-совместимых олигомеров или полимеров. Рассмотрены функционально-градиентные композиционные материалы, в которых градиент состава формируется за счет распределения наполнителя, в основном дисперсного, что позволяет добиться сочетания характеристик жесткости и ударной прочности. Отдельное внимание уделено аддитивным технологиям, преимуществом которых перед другими методами является возможность формирования изделия по заранее заданной компьютерной модели и управления составом материала по траектории любой формы. Ограничением применения аддитивных методов для создания градиентных материалов является ограниченные возможности компьютерных программ и отсутствие методических рекомендаций по совместимости используемых материалов. Рассмотрены методы исследования градиентных материалов, применяемые для изучения и визуализации распределения состава образцов. Показана необходимость введения дополнительных этапов пробоподготовки в методики изучения физико-химических свойств градиентных материалов по сравнению со стандартными методиками. Методики также должны быть адаптированы с учетом градиентного изменения свойств по объему материала. Рассмотрены особенности применения таких материалов, как градиентные пены, покрытия, клеи, оптические материалы, композиты, показаны их преимущества перед материалами постоянного состава и структуры. Отмечена перспективность использования градиентных материалов в конструкциях для аккумулирования энергии, в которых использование градиента позволяет улучшить электрохимические характеристики аккумуляторов, а также решить задачи снижения механических напряжений, стабилизации структуры, увеличения срока службы.

Full Text

Restricted Access

About the authors

Кристина Александровна Андрианова

Казанский национальный исследовательский технический университет им. А. Н. Туполева

Author for correspondence.
Email: KAAndrianova@kai.ru
ORCID iD: 0000-0001-9011-6856

к.т.н., доцент

Russian Federation, 420111, г. Казань, ул. К. Маркса, д. 10

Лилия Миниахмедовна Амирова

Казанский национальный исследовательский технический университет им. А. Н. Туполева

Email: KAAndrianova@kai.ru

д.х.н., проф.

Russian Federation, 420111, г. Казань, ул. К. Маркса, д. 10

References

  1. Functionally graded materials. Design, processing and applications / Eds Y. Miyamoto, W. A. Kaysser, B. H. Rabin, A. Kawasaki, Reneé G. Ford. New York: Springer Sci., Business Media, 1999. P. 29–62.
  2. Mahamood R. M., Akinlabi E. T. Functionally Graded Materials. Springer Int. Publ. AG, 2017. P. 4–10.
  3. Functionally Graded Materials (FGMs). Fabrication, Properties, Applications, and Advancements / Eds P. M. Pandey, S. Rathee, M. Srivastava, P. K. Jain. CRC Press, 2022. P. 1–12.
  4. Boggarapu V., Gujjala R., Ojha S., Acharya S., Venkateswara Babu P., Chowdary S., kumar Gara D. State of the art in functionally graded materials // Compos. Struct. 2021. V. 262. ID 113596. https://doi.org/10.1016/j.compstruct.2021.113596
  5. Shen M., Bever M. B. Gradients in polymeric materials // J. Mater. Sci. 1972. V. 7. P. 741–746. https://doi.org/10.1007/BF00549902
  6. Bever M. B., Duwez P. E. Gradients in composite materials // Mater. Sci. Eng. 1972. V. 10. P. 1–8. https://doi.org/10.1016/0025-5416(72)90059-6
  7. Kumar P., Sharma S. K., Singh R. K. R. Recent trends and future outlooks in manufacturing methods and applications of FGM: A comprehensive review // Mater. Manuf. Processes. 2023. V. 38. N 9. P. 1033–1067. https://doi.org/10.1080/10426914.2022.2075892
  8. Parihar R. S., Setti S. G., Sahu R. K. Recent advances in the manufacturing processes of functionally graded materials: A review // Sci. Eng. Compos. Mater. 2018. V. 25. N 2. P. 309–336. https://doi.org/10.1515/secm-2015-0395
  9. Meyers M. A., Chen Po-Yu, A. Lin Yu-Min, Seki Y. Biological materials: Structure and mechanical properties // Prog. Mater. Sci. 2008. V.53. N 1. P. 1–206. https://doi.org/10.1016/j.pmatsci.2007.05.002
  10. Pragya A., Ghosh T. K. Soft functionally gradient materials and structures — natural and manmade: A review // Adv. Mater. 2023. ID. 2300912. https://doi.org/10.1002/adma.202300912
  11. Liu Z., Meyers M. A., Zhang Z., Ritchie R. O. Functional gradients and heterogeneities in biological materials: Design principles, functions, and bioinspired applications // Prog. Mater. Sci. 2017. V. 88. P. 467–498. https://doi.org/10.1016/j.pmatsci.2017.04.013
  12. Dong X., Zhao H., Li J., Tian Y., Zeng H., Ramos M. A., Xu Q. Progress in bioinspired dry and wet gradient materials from design principles to engineering applications // iScience. 2020. V. 23. N 11. ID 101749. https://doi.org/10.1016/j.isci.2020.101749
  13. Pompe W., Worch H., Epple M., Friess W., Gelinsky M., Greil P., Hempel U., Scharnweber D., Schulte K. Functionally graded materials for biomedical applications // Mater. Sci. Eng. A. 2003. V. 362. P. 40–60. https://doi.org/10.1016/S0921-5093(03)00580-X
  14. Silva E. C. N., Walters M. C., Paulino G. H. Modeling bamboo as a functionally graded material: Lessons for the analysis of affordable materials // J. Mater. Sci. 2006. V. 41. P. 6991–7004. https://doi.org/10.1007/s10853-006-0232-3
  15. Miserez A., Weaver J. C., Thurner P. J., Aizenberg J., Dauphin Y., Fratzl P., Morse D. E., Zok F. W. Effects of laminate architecture on fracture resistance of sponge biosilica: Lessons from Nature // Adv. Funct. Mater. 2008. V. 18. N 8. P. 1241–1248. https://doi.org/10.1002/adfm.200701135
  16. Kim H. N., Jiao A., Hwang N. S., Kim M. S., Kim D. H., Suh K. Y. Nanotopography-guided tissue engineering and regenerative medicine // Adv. Drug Deliv. Rev. 2013. V. 65. N 4. P. 536–558. https://doi.org/10.1016/j.addr.2012.07.014
  17. Liu H., Liu R., Chen K., Liu Y., Zhao Y., Cui X., Tian Y. Bioinspired gradient structured soft actuators: From fabrication to application // Chem. Eng. J. 2023. V. 461. ID 141966. https://doi.org/10.1016/j.cej.2023.141966
  18. Ren L., Li B., Song Z., Liu Q., Ren L., Zhou X. 3D printing of structural gradient soft actuators by variation of bioinspired architectures // J. Mater. Sci. 2019. V. 54. N 8. P. 6542–6551. https://doi.org/10.1007/s10853-019-03344-8
  19. Xu Y., Tang L., Nok-Iangthong C., Wagner M., Baumann G., Feist F., Jiang Q. Functionally gradient macroporous polymers: Emulsion templating offers control over density, pore morphology, and composition // ACS Appl. Polym. Mater. 2024. V. 6. N 9. P. 5150–5162. https://doi.org/10.1021/acsapm.4c00261
  20. Chen D., Gao K., Yang J., Zhang L. Functionally graded porous structures: Analyses, performances, and applications — a review // Thin-Walled Structures. 2023. V. 191. ID 111046. https://doi.org/10.1016/j.tws.2023.111046
  21. Zhang H. T., Zhang T., Zhang X. Perspective and prospects for ordered functional materials // Adv. Sci. 2023. V. 10. N 13. ID 2300193. https://doi.org/10.1002/advs.202300193
  22. Alkunte S., Fidan I., Naikwadi V., Gudavasov S., Ali M. A., Mahmudov M., Cheepu M. Advancements and challenges in additively manufactured functionally graded materials: A comprehensive review // J. Manuf. Mater. Process. 2024. V. 8. N 1. ID 23. https://doi.org/10.3390/jmmp8010023
  23. Teacher M., Velu R. Additive manufacturing of functionally graded materials: A comprehensive review // Int. J. Precision Eng. Manuf. 2024. V. 25. N 1. P. 165–197. https://doi.org/10.1007/s12541-023-00864-x
  24. Patel Y., Karsh P. K. A review on fabrication and application of functionally graded material // AIP Conf. Proc. AIP Publ., 2024. V. 3107. ID 110013. https://doi.org/10.1063/5.0212271
  25. Kumar R., Agrawal A. Emerging functionally graded materials for bio-implant applications — design and manufacturing // Additive manufacturing of bio-implants biomedical materials for multi-functional applications / Eds A. Mahajan, S. Devgan, R. Zitoune. Springer, Singapore, 2024. P. 137–146. https://doi.org/10.1007/978-981-99-6972-2_9
  26. Lang E., Milne Z., Adamczyk J., Barrick E., Delaney R., Firdosy S., Hattar K. Functionally graded magnetic materials: A perspective to advance charged particle optics through compositional engineering // Mater. Res. Lett. 2024. V. 12. N 5. P. 336–345. https://doi.org/10.1080/21663831.2024.2329236
  27. Caliskan U., Sevim C., Demirbas M. D. Tensile behavior of functionally graded sandwich PLA-ABS produced via fused filament fabrication process // Mech. Adv. Mater. Struct. 2024. V. 31. N 1. P. 261–270. http://dx.doi.org/10.1080/15376494.2023.2244943
  28. Nguyen-Van V., Peng C., Liu J., Tran P., Nguyen-Xuan H. Performance evaluations of functionally graded porous structures // Machine Learning Aided Analysis Design and Additive Manufacturing of Functionally Graded Porous Composite Structures. Woodhead Publ., 2024. P. 315–346.
  29. Neubrand A. Functionally graded materials: Encyclopedia of Materials: Science and Technology. Elsevier, Oxford, 2001. P. 3407–3413.
  30. El-Galy I. M., Saleh B. I., Ahmed M. H. Functionally graded materials classifications and development trends from industrial point of view // SN Appl. Sci. 2019. V. 1. ID 1378. https://doi.org/10.1007/s42452-019-1413-4
  31. Качаев А. А., Ваганова М. Л., Гращенков Д. В., Лебедева Ю. Е. Керамические функционально-градиентные материалы (обзор) // Перспектив. материалы. 2016. № 9. С. 51–58. https://www.elibrary.ru/wmgjkf
  32. Качаев А. А., Лебедева Ю. Е., Осин И. В., Ваганова М. Л. Функционально-градиентный керамический материал, полученный методом искрового плазменного спекания (SPS) // ЖПХ. 2017. Т. 90. № 7. С. 907–911. https://www.elibrary.ru/zgoykp [Kachaev A. A., Lebedeva Y. E., Osin I. V., Vaganova M. L. Functionally graded ceramic material prepared by spark plasma sintering (SPS) // Russ. J. Appl. Chem. 2017. V. 90. N 7. P. 1117–1121. https://doi.org/10.1134/S107042721707014X].
  33. Petit C., Montanaro L., Palmero P. Functionally graded ceramics for biomedical application: Concept, manufacturing, and properties // Int. J. Appl. Ceram. Tech. 2018. V. 15. N 4. P. 820–840. https://doi.org/10.1111/ijac.12878
  34. Sobczak J. J., Drenchev L. Metallic functionally graded materials: A specific class of advanced composites // J. Mater. Sci. Technol. 2013. V. 29. N 4. P. 297–316. https://doi.org/10.1016/j.jmst.2013.02.006
  35. Chmielewski M., Pietrzak K. Metal-ceramic functionally graded materials — manufacturing, characterization, application // Bull. Polish Acad. Sci. Technical Sci. 2016 . V. 64. N 1. P. 151–160. http://dx.doi.org/10.1515%2Fbpasts-2016-0017
  36. Almasi D., Sadeghi M., Lau W. J., Roozbahani F., Iqbal N. Functionally graded polymeric materials: A brif review of current fabrication methods and introduction of a novel fabrication method // Mater. Sci. Eng. C. 2016. V. 64. P.102–107. https://doi.org/10.1016/j.msec.2016.03.053
  37. Аскадский А. А., Голенева Л. М., Афанасьев Е. С., Петунова М. Д. Градиентные полимерные материалы // Обзор. журн. по химии. 2012. Т. 2. № 2. С. 105–152. https://www.elibrary.ru/owfcin [Askadskii A., Goleneva L. M., Afanasʹev E. S., Petunova M. D. Gradient polymeric materials // Rev. J. Chem. 2012. V. 2. N 2. P. 105–152. https://doi.org/10.1134/S207997801202001X].
  38. Singh S., Dwivedi U. K., Shukla S. C. Recent advances in polymer based functionally graded Composites // Mater. Today: Proc. 2021. V. 47. P. 3001–3005. https://doi.org/10.1016/j.matpr.2021.05.324
  39. Alhazmi W., Jazaa Y., Althahban S., Mousa S., Abu-Sinna A., Abd-Elhady A., Atta M. Mechanical and tribological behavior of functionally graded unidirectional glass fiber-reinforced epoxy composites // Polymers. 2022. V. 14. N 10. ID 2057. https://doi.org/10.3390/polym14102057
  40. Atta M., Abu-Sinna A., Mousa S., Sallam H. E. M., Abd-Elhady A. A. Flexural behavior of functionally graded polymeric composite beams // J. Ind. Textiles. 2022. V. 51. N 3_Suppl. P. 4268S–4289S. https://doi.org/10.1177/15280837211000365
  41. Selmy A. I., Abd El-baky M. A., Ghazy M. R., Kamel M. Flexural fatigue performance of glass fiber/epoxy step-wise functionally and non-functionally graded composites of different structures // Int. Polym. Process. 2017. V. 32. N 3. P. 298–307. http://dx.doi.org/10.3139/217.3297
  42. Sidorov I. N., Andrianova K. A., Gaifutdinov A. M., Usmonov R. S., Amirova L. M. Modeling and experimental investigations of mechanical properties of hybrid composite rods with gradient composition // Mater. Today Commun. 2024. V. 39. ID 108738. https://doi.org/10.1016/j.mtcomm.2024.108738
  43. Karakoç H., Çinici H., Kumar M. S., Yılmaz T., Ovalı İ., Yang C. H., Arjunan A. Influence of gradation in the reinforcement particles on the interfacial microstructure and mechanical properties of functionally graded composites // Mater. Today Commun. 2024. V. 38. ID 107601. https://doi.org/10.1016/j.mtcomm.2023.107601
  44. Madhusudan S., Mudunuri R., Bhargavi R., Kumar V. A. Experimental studies on polyester-titanium functionally graded materials // J. Phys.: Conf. Ser. IOP Publ., 2024. V. 2765. N 1. ID 012013. http://dx.doi.org/10.1088/1742-6596/2765/1/012013
  45. Oudah A. A., Hassan M. A., Almuramady N. Materials manufacturing processes: Feature and trends // AIP Conf. Proc. AIP Publ., 2023. V. 2787. N 1. https://doi.org/10.1063/5.0148032
  46. Parida S. P., Jena P. C. An overview: Different manufacturing techniques used for fabricating functionally graded material // Mater. Today: Proc. 2019. V. 18. P. 2942–2951. https://doi.org/10.1016/j.matpr.2019.07.164
  47. Ostolaza M., Arrizubieta J. I., Lamikiz A., Plaza S., Ortega N. Latest developments to manufacture metal matrix composites and functionally graded materials through AM: A state-of-the-art review // Materials. 2023. V. 16. N 4. ID 1746. https://doi.org/10.3390/ma16041746
  48. Stabik J., Dybowska A. Epoxy-copper composites with gradation of filler content // Composites. Part B: Engineering. 2017. V. 127. P. 36–43. https://doi.org/10.1016/j.compositesb.2017.06.025
  49. Stabik J., Chomiak M. Graded epoxy-hard coal composites: Analysis of filler particle distribution in the epoxy matrix // J. Compos. Mater. 2016. V. 50. N 26. P. 3663–3677. https://doi.org/10.1177/0021998315623
  50. Ahankari S. S., Kar K. K. Functionally graded composites: Processing and applications // Composite Materials: Processing, Applications, Characterizations / Ed. K.K. Kar. Springer Berlin, Heidelberg, 2017. P. 119–168. http://dx.doi.org/10.1007/978-3-662-49514-8_4
  51. Boss J. N., Ganesh V. K. Fabrication and properties of graded composite rods for biomedical applications // Compos. Struct. 2006. V. 74. N 3. P. 289–293. https://doi.org/10.1016/j.compstruct.2005.04.030
  52. Naebe M., Shirvanimoghaddam K. Functionally graded materials: A review of fabrication and properties // Appl. Mater. Today. 2016. V. 5. P. 223–245. https://doi.org/10.1016/j.apmt.2016.10.001
  53. Saleh B., Jiang J., Fathi R., Al-hababi T., Xu Q., Wang L., Wang D., Song A. Ma. 30 Years of functionally graded materials: An overview of manufacturing methods, applications and future challenges // Composites. Part B: Engineering. 2020. ID 108376. https://doi.org/10.1016/j.compositesb.2020.108376
  54. Pasha A., Rajaprakash B. M. Functionally graded materials (FGM) fabrication and its potential challenges and applications // Mater. Today: Proc. 2022. V. 52. P. 413–418. https://doi.org/10.1016/j.matpr.2021.09.077
  55. Минько Д. В., Белявин К. Е., Шелег В. К. Теория и практика получения функционально-градиентных материалов импульсными электрофизическими методами. Минск: БНТУ, 2020. C. 25–121.
  56. Рудской А. И., Попович А. А. Функционально-градиентные материалы и аддитивные технологии их получения: монография. СПб: Политех-Пресс, 2021. C. 15–40.
  57. Zhang J., Wang L., Zhao K., Qi C., Shi B., Zhang Y., Zhan X. Thermal analysis and microstructure evolution of TiC/Ti6Al4V functionally graded material by direct energy deposition // Mater. Sci. Eng. A. 2024. V. 893. ID 146136. https://doi.org/10.1016/j.msea.2024.146136
  58. Grammes T., Mishra A. K., Battalov K., Purwitasari A., Emmerich T., Aktaa J. Mechanical properties and quality of plasma sprayed, functionally graded tungsten/steel coatings after process upscaling // Mater. Chem. Phys. 2024. V.311. ID 128530. https://doi.org/10.1016/j.matchemphys.2023.128530
  59. Замышляева О. Г., Ионычев Б. Н., Фролова А. И., Батенькин М. А., Симонова М. А., Копылова Н. А., Зайцев С. Д., Семчиков Ю. Д. Контролируемый синтез и свойства на различных межфазных границах сополимеров метакриловой кислоты с метилакрилатом // ЖПХ. 2019. Т. 92. № 6. С. 745–757. https://doi.org/10.1134/S0044461819060070 [Zamyshlyayeva O. G., Ionychev B. N., Frolova A. I., Kopylova N. A., Zaitsev S. D., Semchikov Y. D., Batenʹkin M. A., Simonova M. A. Controlled synthesis of methacrylic acid-methyl acrylate copolymers and their properties at various interfaces // Russ. J. Appl. Chem. 2019. V. 92. N 6. P. 775–786. https://doi.org/10.1134/S1070427219060077].
  60. Song C., Xu Z., Liu X., Liang G., Li J. In situ multi-layer functionally graded materials by electromagnetic separation method // Mater. Sci. Eng. A. 2005. V. 393. N 1–2. P. 164–169. https://doi.org/10.1016/j.msea.2004.10.006
  61. Solodov A. N., Balkaev D. A., Shayimova J. R., Vakhitov I. R., Gataullina R. M., Sukhov A. V., Amirov R. R. Tribological properties of an epoxy polymer containing a magnetically oriented graphene oxide/iron oxide nanoparticle composite // Diamond Relat. Mater. 2023. ID 110211. https://doi.org/10.1016/j.diamond.2023.110211
  62. Amirova L. M., Andrianova K. A., Amirova L. R. Processing method, properties and application of functionally graded polymer materials based on the mixtures of poorly compatible epoxy resins // Polym. Polym. Compos. 2021. V. 29. N 9_Suppl. P. S611–S621. https://doi.org/10.1177/09673911211014763
  63. Shakib S. E., Babakhani A., Torbati M. K. Nanomechanical assessment of tribological behavior of TiN/TiCN multi-layer hard coatings deposited by Physical vapor deposition // J. Mater. Res. Tech. 2023. V. 25. P. 1344–1354. https://doi.org/10.1016/j.jmrt.2023.05.243
  64. Abegunde O. O., Akinlabi E. T., Oladijo O. P., Akinlabi S., Ude A. U. Overview of thin film deposition techniques // AIMS Mater. Sci. 2019. V. 6. N 2. P. 174–199. https://doi.org/10.3934/matersci.2019.2.174
  65. Guduri B., Batra R. C. Adaptive control of the atmospheric plasma spray process for functionally graded thermal barrier coatings // Adv. Mater. Sci. Eng. 2022. V. 2022. ID 6852494. https://doi.org/10.1155/2022/6852494
  66. Sam M., Radhika N., Saleh B. Influence of boride, oxide, and carbide ceramics as secondary reinforcement in T6-A333 functionally graded hybrid composites // Ceram. Int. 2022. V. 48. N 19. P. 28528–28547. https://doi.org/10.1016/j.ceramint.2022.06.167
  67. Zhu Y. B., Ning N. Y., Sun Y., Zhang Q., Fu Q. A new technique for preparing a filled type of polymeric gradient material // Macromol. Mater. Eng. 2006. V. 291. N 11. P. 1388–1396. https://doi.org/10.1002/mame.200600249
  68. Hoffmann C., Rudloff J., Lang M., Hochrein T., Kretschmer K., Heidemeyer P., Bastian M. New extrusion process for manufacturing radial functionally graded polymer materials // AIP Conf. Proc. AIP Publ., 2016. V. 1779. N 1. ID 030001. https://doi.org/10.1063/1.4965471
  69. Wang P., Zou B., Ding S., Zhuang Y., Liu J., Li L. Functionally graded polyetheretherketone-based composites additively manufactured by material extrusion using a transition interface design method // Composites. Part A: Appl. Sci. Manufacturing. 2022. V. 158. ID 106977. https://doi.org/10.1016/j.compositesa.2022.106977
  70. Nemat-Alla M., Ata M. H., Bayoumi M. R., Khair-Eldeen W. Powder metallurgical fabrication and microstructural investigations of aluminum/steel functionally graded material // Mater. Sci. Appl. 2011. V. 2. N 12. P. 1708–1718. http://dx.doi.org/10.4236/msa.2011.212228
  71. Habeeb A. M., Salih N. A. Fabrication and mechanical characterization of functionally graded NiTi/HA alloys // J. Compos. Adv. Mater. / Revue des Composites et des Matériaux Avancés. 2024. V. 34. N 1. P. 77–86. https://doi.org/10.18280/rcma.340110
  72. Du L., Bi S., Hu Y., Wang R., Zhu J., Zhang M., Niu Z. A universal spray printing strategy to prepare gradient hybrid architectures // Carbon Energy. 2022. V. 4. N 4. P. 517–526. https://doi.org/10.1002/cey2.181
  73. Chung H., Das S. Functionally graded Nylon-11/silica nanocomposites produced by selective laser sintering // Mater. Sci. Eng. A. 2008. V. 487. N 1–2. P. 251–257. https://doi.org/10.1016/j.msea.2007.10.082
  74. Zhang W., Wang J., Zhu X., Lu X., Ling X. A functionally graded material from stainless steel 304 to Fe–40Al fabricated by dual wire arc additive manufacturing // J. Mater. Res. Technol. 2024. V. 28. P. 3566–3572. https://doi.org/10.1016/j.jmrt.2023.12.268
  75. Zhang Y., Wang J. Fabrication of functionally graded porous polymer structures using thermal bonding lamination techniques // Procedia Manuf. 2017. V. 10. P. 866–875. https://doi.org/10.1016/j.promfg.2017.07.073
  76. Tagimalek H., Mahmoodi M. Experimental evaluation of T-peel strength on functionally graded Al5083 and HDPE tri-laminated composites fabricated by colding-assisted friction stir additive manufacturing // J. Adv. Joining Processes. 2024. V. 9. ID 100174. https://doi.org/10.1016/j.jajp.2023.100174
  77. Kumar S. Development of functionally graded materials by ultrasonic consolidation // CIRP J. Manuf. Sci. Tech. 2010. V. 3. N 1. P. 85–87. https://doi.org/10.1016/j.cirpj.2010.07.006
  78. Zhang C., Chen F., Huang Z., Jia M., Chen G., Ye Y., Lavernia E. J. Additive manufacturing of functionally graded materials: A review // Mater. Sci. Eng. A. 2019. V. 764. ID 138209. https://doi.org/10.1016/j.msea.2019.138209
  79. Loh G. H., Pei E., Harrison D., Monzón M. D. An overview of functionally graded additive manufacturing // Addit. Manuf. 2018. V. 23. P. 34–44. https://doi.org/10.1016/j.addma.2018.06.023
  80. Li Y., Feng Z., Hao L., Huang L., Xin C., Wang Y., Peijs T. A review on functionally graded materials and structures via additive manufacturing: From multi-scale design to versatile functional properties // Adv. Mater. Tech. 2020. V. 5. N 6. ID 1900981. https://doi.org/10.1002/admt.201900981
  81. Leoni F., Dal Fabbro P., Rosso S., Grigolato L., Meneghello R., Concheri G., Savio G. Functionally graded additive manufacturing: Bridging the gap between design and material extrusion // Appl. Sci. 2023. V. 13. N 3. ID 1467. https://doi.org/10.3390/app13031467
  82. Ituarte I. F., Boddeti N., Hassani V., Dunn M. L., Rosen D. W. Design and additive manufacture of functionally graded structures based on digital materials //Addit. Manuf. 2019. V. 30. ID 100839. https://doi.org/10.1016/j.addma.2019.100839
  83. Zhang X., Wang J., Liu T. 3D printing of polycaprolactone-based composites with diversely tunable mechanical gradients via multi-material fused deposition modeling // Compos. Commun. 2021. V. 23. ID 100600. https://doi.org/10.1016/j.coco.2020.100600
  84. Wang J., Mubarak S., Dhamodharan D., Divakaran N., Wu L., Zhang X. Fabrication of thermoplastic functionally gradient composite parts with anisotropic thermal conductive properties based on multicomponent fused deposition modeling 3D printing // Compos. Commun. 2020. V. 19. P. 142–146. https://doi.org/10.1016/j.coco.2020.03.012
  85. Ren L., Song Z., Liu H., Han Q., Zhao C., Derby B., Ren L. 3D printing of materials with spatially non-linearly varying properties // Mater. Des. 2018. V. 156. P. 470–479. https://doi.org/10.1016/j.matdes.2018.07.012
  86. Nohut S., Schwentenwein M. Vat photopolymerization additive manufacturing of functionally graded materials: A review // J. Manuf. Mater. Process. 2022. V. 6. N 1. ID 17. https://doi.org/10.3390/jmmp6010017
  87. Kieback B., Neubrand A., Riedel H. Processing techniques for functionally graded materials // Mater. Sci. Eng. A. 2003. V. 362. N 1–2. P. 81–106. https://doi.org/10.1016/S0921-5093(03)00578-1
  88. Dror M., Elzabee M. Z., Berry G. C. Gradient interpenetrating polymer networks. I. Poly(ether ure-thane) and polyacrylamide IPN // J. Appl. Polym. Sci. 1981. V. 26. N 6. P. 1741–1757. https://doi.org/10.1002/app.1981.070260601
  89. Elzabee M. Z., Dror M., Berry G. C. Gradient interpenetrating polymer networks. I. Polyacrylamide gradients in poly(ether urethane) // J. Appl. Polym. Sci. 1983. V. 28. N 7. P. 2151–2166. https://doi.org/10.1002/app.1983.070280703
  90. Shen M., Bever M. B. Gradients in polymeric materials // J. Mater. Sci. 1972. V. 7. P. 741–746.
  91. Сергеева Л. М., Горбач Л. А. Градиентные взаимопроникающие полимерные сетки: получение и свойства // Успехи химии. 1996. Т. 65. № 4. С. 367–376. https://doi.org/10.1070/RC1996v065n04ABEH000215 [Sergeeva L. M., Gorbach L. A. Gradient interpenetrating polymer networks: Formation and properties // Russ. Chem. Rev. 1996. V. 65. N 4. P. 345–354. https://doi.org/10.1070/RC1996v065n04ABEH000215].
  92. Akovali G., Biliyar K., Shen M. Gradient polymers by diffusion polymerization // J. Appl. Polym. Sci. 1976. V. 20. N 9. P. 2419–2427. https://doi.org/10.1002/app.1976.070200911
  93. Zou X., Zhao Y., Zhu Y., Liu R. Filling aggregation-induced extinction mechanism in near-infrared photopolymerization for gradient and highly filled bulk materials // Macromolecules. 2022. V. 55. N 6. P. 2075–2084. https://doi.org/10.1021/acs.macromol.1c02576
  94. Desilles N., Lecamp L., Lebaudy P., Bunel C. Gradient structure materials from homogeneous system induced by UV photopolymerization // Polymer. 2003. V. 44. N 20. P. 6159–6167. https://doi.org/10.1016/S0032-3861(03)00664-5
  95. Аскадский А. А., Лучкина Л. В., Бычко К. А., Голенева Л. М., Константинов К. В. Синтез, структура и свойства градиентных полимерных материалов, полученных на основе олигомерного полипропиленгликоля и 2,4-толуилендиизоцианата // Высокомолекуляр. соединения. Сер. А. 2004. Т. 46. № 4. С. 569–573. https://www.elibrary.ru/oqoivv [Askadskiǐ A. A., Luchkina L. V., Bychko K. A., Goleneva L. M., Konstantinov K. V. Synthesis, structure, and properties of polymeric materials based on oligomeric poly(propylene glycol) and 2,4-tolylene diisocyanate // Polym. Sci. Ser. A. 2004. V. 46. N 4. P. 322–325. https://www.elibrary.ru/likphx].
  96. Аскадский А. А., Лучкина Л. В., Бычко К. А., Голенева Л. М., Константинов К. В. Структура сеток и свойства градиентных полимерных материалов // Высокомолекуляр. соединения. Сер. А. 2005. Т. 47. № 5. С. 763–770. https://www.elibrary.ru/hsagot [Askadskii A. A., Luchkina L. V., Bychko K. A., Goleneva L. M., Konstantinov K. V. Structure of networks and properties of gradient-modulus polymeric materials // Polym. Sci. Ser. A. 2005. V. 47. N 5. P. 449–455. https://www.elibrary.ru/lizlln].
  97. Шишкинская В. А., Кеймах М. Д., Кравченко Т. П., Аскадский А. А. Свойства градиентных композиционных материалов // Успехи химии и хим. технологии. 2020. Т. 34. № 7 (230). С. 123–125. https://www.elibrary.ru/xkqobc
  98. Петунова М. Д., Аскадский А. А., Голенева Л. М., Никифорова Г. Г., Вассерман Л. А., Коврига О. В., Марков В. А. Релаксационные свойства градиентных полимерных материалов на основе сетчатых полиуретанизоциануратов, полученных модифицированным способом // Высокомолекуляр. соединения. Сер. А. 2011. Т. 53. № 10. С. 1807–1816. https://www.elibrary.ru/ojhfvx [Petunova M. D., Askadskii A. A., Goleneva L. M., Nikiforova G. G., Kovriga O. V., Markov V. A., Vasserman L. A. Relaxation properties of gradient polymer materials based on network poly(urethane-isocyanurates) produced via a modified method // Polym. Sci. Ser. A. 2011. V. 53. N 10. P. 984–992. https://doi.org/10.1134/S0965545X11100105].
  99. Верхоланцев В. В., Ермакова Л. Н., Крылова В. В. Неравновесное расслоение смеси олигоэпоксида и полисилоксана при испарении общего растворителя // Лакокрасоч. материалы. 1987. № 1. С. 12–14.
  100. Amirova L. M., Andrianova K. A. Gradient polymeric materials based on poorly compatible epoxy oligomers // J. Appl. Polym. Sci. 2006. V. 102. N 1. P. 96–103. https://doi.org/10.1002/app.23099
  101. Куликов Д. А., Индейкин Е. А., Куликова О. А. Влияние природы акрилового полимера на структуру покрытия с градиентным распределением компонентов // Изв. вузов. Химия и хим. технология. 2008. Т. 51. № 4. С. 83–84. https://www.elibrary.ru/ijgtrp
  102. Hashmi S. A. R., Dwivedi U. K. Estimation of concentration of particles in polymerizing fluid during centrifugal casting of functionally graded polymer composites // J. Polym. Res. 2007. V. 14. P. 75–81. https://doi.org/10.1007/s10965-006-9083-5
  103. Tsotra P., Friedrich K. Electrical and mechanical properties of functionally graded epoxy-resin/carbon fibre composites // Composites. Part A: Appl. Sci. Manufacturing. 2003. V. 34. N 1. P. 75–82. https://doi.org/10.1016/S1359-835X(02)00181-1
  104. Huang Z. M., Wang Q., Ramakrishna S. Tensile behaviour of functionally graded braided carbon fibre/epoxy composite material // Polym. Polym. Compos. 2002. V. 10. N 4. P. 307–314. https://doi.org/10.1177/096739110201000406
  105. Singh A., Reynolds N., Keating E. M., Barnett A. E., Barbour S. K., Hughes D. J. Three-point flexural performance of tailor-braided thermoplastic composite beam structures // Compos. Struct. 2021. V. 260. ID 113521. https://doi.org/10.1016/j.compstruct.2020.113521
  106. Romanò J., Garavaglia L., Lazzari F., Volontè F., Briatico Vangosa F., Pittaccio S. Synergies of material and geometrical non-linearities allow for the tuning of damping properties of functionally graded composite materials // J. Mater. Sci. 2023. V. 58. P. 9486–9501. https://doi.org/10.1007/s10853-023-08612-2
  107. Birman V. Stability of functionally graded hybrid composite plates // Compos. Eng. 1995. V. 5. N 7. P. 913–921. https://doi.org/10.1016/0961-9526(95)00036-M
  108. Guo R., Xian G., Li C., Huang X., Xin M. Effect of fiber hybridization types on the mechanical properties of carbon/glass fiber reinforced polymer composite rod // Mechanics Advanced Mater. Structures. 2022. V. 29. N 27. P. 6288–6300. https://doi.org/10.1080/15376494.2021.1974620
  109. Андрианова К. А., Халиков А. А., Беззаметнов О. Н., Амирова Л. М. Функционально-градиентный углепластик на основе эпоксидной матрицы, модифицированной термоэластопластом // Вопр. материаловедения. 2023. № 3 (115). С. 170–177. https://doi.org/10.22349/1994-6716-2023-115-3-170-177
  110. Kumar S., Reddy K. M., Kumar A., Devi G. R. Development and characterization of polymer–ceramic continuous fiber reinforced functionally graded composites for aerospace application // Aerospace Sci. Technol. 2013. V. 26. N 1. P. 185–191. https://doi.org/10.1016/j.ast.2012.04.002
  111. Protsenko A. E., Telesh V. V. Inhibition and catalysis as a method to improve the mechanical properties of a fiberglass-reinforced plastic // Mech. Compos. Mater. 2015. V. 51. P. 555–560. https://doi.org/10.1007/s11029-015-9526-3
  112. Амирова Л. М., Андрианова К. А. Градиентные полимерные материалы на основе эпоксидных олигомеров. I. Исследование распределения состава по сечению // Материаловедение. 2007. № 9. С. 19–25. https://www.elibrary.ru/iitnnx
  113. Амирова Л. М., Андрианова К. А., Бухараев А. А., Фомин В. П. Формирование полимерных пленок с градиентом состава и свойств по сечению на основе ограниченно совместимых эпоксиолигомеров // ЖПХ. 2002. Т. 75. № 9. С. 1505–1508. https://www.elibrary.ru/zbxitq [Amirova L. M., Andrianova K. A., Bukharaev A. A., Fomin V. P. Preparation of polymeric films with a gradient of composition and properties across the thickness from limitedly compatible epoxy oligomers // Russ. J. Appl. Chem. 2002. V. 75. N 9. P. 1473–1476. https://doi.org/10.1023/A:1022245432707].
  114. Абдрахманова Л. А., Фахрутдинова В. Х., Хозин В. Г. Диффузионная модификация полиметилметакрилата олигоэфиракрилатами // ЖПХ. 2003. Т. 76. № 11. С. 1883–1885. https://www.elibrary.ru/paysyx [Abdrakhmanova L. A., Fakhrutdinova V. Kh., Khozin V. G. Diffusion modification of polymethyl methacrylate with oligoglycol acrylates // Russ. J. Appl. Chem. 2003. V. 76. N 11. P. 1832–1834. https://doi.org/10.1023/B:RJAC.0000018694.53039.50].
  115. Чалых А. Е., Герасимов В. К., Никулова У. В., Ежова А. А., Грицкова И. А. Структура латексных частиц полистирола по данным электронной микроскопии // Изв. АН. Сер. хим. 2019. № 9. С. 1735–1740. https://www.elibrary.ru/bknhgv [Chalykh A. E., Gerasimov V. K., Nikulova U. V., Ezhova A. A., Gritskova I. A. Structure of polystyrene latex particles determined by electron microscopy // Russ. Chem. Bull. 2019. V. 68. N 9. P. 1735–1740. https://doi.org/10.1007/s11172-019-2618-9].
  116. Чалых А. Е., Никулова У. В., Герасимов В. К., Хасбиуллин Р. Р. Фазовая структура блок- и градиентных сополимеров бутилакрилата и стирола // Высокомолекуляр. соединения. Сер. А. 2020. Т. 62. № 2. С. 89–97. https://www.elibrary.ru/jlrtly [Chalykh A. E., Nikulova U. V., Gerasimov V. K., Khasbiullin R. R. Phase structure of block and gradient copolymers of butyl acrylate and styrene // Polym. Sci. Ser. A. 2020. V. 62. N 2. P. 85–93. https://doi.org/10.1134/S0965545X20010010].
  117. Андрианова К. А., Рыбаков В. В., Амирова Л. М., Сидоров И. Н. Изучение процесса расслоения ограниченно совместимых олигомеров при получении градиентных полимерных покрытий // Материаловедение. 2011. № 5. С. 12–17. https://www.elibrary.ru/ntcjbp
  118. Smoleń J., Olesik P., Jała J., Myalska-Głowacka H., Godzierz M., Kozioł M. Application of mathematical and experimental approach in description of sedimentation of powder fillers in epoxy resin // Materials. 2021. V. 14. N 24. ID 7520. https://doi.org/10.3390/ma14247520
  119. Majzoobi G. H., Rahmani K., Mohammadi M., Bakhtiari H., Das R. Tribological behaviour of Ti/HA and Ti/SiO2 functionally graded materials fabricated at different strain rates // Biotribology. 2023. V. 35. ID 100233. https://doi.org/10.1016/j.biotri.2022.100233
  120. Boggarapu V., Sreekanth P. S. R., Peddakondigalla V. B. Microstructure, mechanical and tribological properties of Al/Cu functionally graded material fabricated through powder metallurgy // J. Eng. Res. 2023. ID 100119. https://doi.org/10.1016/j.jer.2023.100119
  121. Tayyebi M., Alizadeh M. Thermal and wear properties of Al/Cu functionally graded metal matrix composite produced by severe plastic deformation method // J. Manuf. Process. 2023. V. 85. P. 515–526. https://doi.org/10.1016/j.jmapro.2022.11.059
  122. Boggarapu V., Rama Sreekanth P. S., Peddakondigalla V. B., Parvathaneni P. P., Ojha S., Gujjala J., Gujjala R. Experimental study on tribological behavior of aluminum-copper functionally graded material // Proceedings of the Institution of Mechanical Engineers, Part L: Journal of Materials: Design and Applications. 2023. V. 237. N 7. P. 1592–1601. https://doi.org/10.1177/14644207221150095
  123. Prudhvidhar K., Vamshi K., Rohith Kumar B., Manjunath Y. M., Ojha S., Raja Narendar Reddy K., Gujjala R. A review on fabrication, mechanical and tribological behaviour of polymer functional graded material // Recent trends in product design and intelligent manufacturing systems. Lecture notes in mechanical engineering / Eds B. Deepak, M. R. Bahubalendruni, D. Parhi, B. B. Biswal. Springer, Singapore. P. 535–543. https://doi.org/10.1007/978-981-19-4606-6_49
  124. Martin G. C., Enssani E., Shen M. Mechanical behavior of gradient polymers // J. Appl. Polym. Sci. 1981. V. 26. N 5. P. 1465–1473. https://doi.org/10.1002/app.1981.070260503
  125. Thai S., Nguyen V. X., Lieu Q. X. Bending and free vibration analyses of multi-directional functionally graded plates in thermal environment: A three-dimensional isogeometric analysis approach // Compos. Struct. 2022. ID 115797. https://doi.org/10.1016/j.compstruct.2022.115797
  126. Shen L., Wang J., Lu D., Chen W., Yang B. A series of elasticity solutions for flexural responses of functionally graded annular sector plates // Eng. Struct. 2022. V. 256. ID 114070. https://doi.org/10.1016/j.engstruct.2022.114070
  127. Zhou L. Similitude analysis of free vibration of functionally graded material cylinders under thermal environment // Mech. Sys. Signal Process. 2022. V. 170. ID 108821. https://doi.org/10.1016/j.ymssp.2022.108821
  128. Dogan A. Quasi-static and dynamic response of functionally graded viscoelastic plates // Compos. Struct. 2022. V. 280. ID 114883. https://doi.org/10.1016/j.compstruct.2021.114883
  129. Yang W., Pourasghar A., Chen Z. Non-fourier thermal fracture analysis of a griffith interface crack in orthotropic functionally graded coating/substrate structure // Appl. Math. Model. 2022. V. 104. P. 548–566. https://doi.org/10.1016/j.apm.2021.12.006
  130. Iqbal M. D., Birk C., Ooi E. T., Pramod A. L. N., Natarajan S., Gravenkamp H., Song C. Thermoelastic fracture analysis of functionally graded materials using the scaled boundary finite element method // Eng. Fract. Mech. 2022. V. 264. ID 108305. https://doi.org/10.1016/j.engfracmech.2022.108305
  131. Gayen D. Analysis of temperature, displacement, ands in shafts made of functionally graded materials with various grading laws // Adv. Eng. Mater. 2022. V. 24. N 5. ID 2101328. https://doi.org/10.1002/adem.202101328
  132. Сидоров И. Н., Андрианова К. А., Рыбаков В. В., Амирова Л. М. Теоретико-экспериментальный метод определения модуля упругости и коэффициента температурного расширения в градиентных полимерных материалах // Материаловедение. 2011. № 7. C. 5–13. https://www.elibrary.ru/nxbacf
  133. Suethao S., Shah D. U., Smitthipong W. Recent progress in processing functionally graded polymer foams // Materials. 2020. V. 13. N 18. ID 4060. https://doi.org/10.3390/ma13184060
  134. Cusson E., Akbarzadeh A. H., Therriault D., Rodrigue D. Density graded polyethylene foams: Effect of processing conditions on mechanical properties // Cellular Polym. 2019. V. 38. N 1–2. P. 3–14. https://doi.org/10.1177/0262489319839632
  135. Al Jahwari F., Huang Y., Naguib H. E., Lo J. elation of impact strength to the microstructure of functionally graded porous structures of acrylonitrile butadiene styrene (ABS) foamed by thermally activated microspheres // Polymer. 2016. V. 98. P. 270–281. https://doi.org/10.1016/j.polymer.2016.06.045
  136. Wang G., Liu J., Zhao J., Li S., Zhao G., Park C. B. Structure-gradient thermoplastic polyurethane foams with enhanced resilience derived by microcellular foaming // J. Supercritical Fluids. 2022. V. 188. ID 105667. https://doi.org/10.1016/j.supflu.2022.105667
  137. Tomin M., Török D., Pászthy T., Kmetty Á. Deformation analysis in impact testing of functionally graded foams by the image processing of high-speed camera recordings // Polym. Testing. 2023. V. 122. ID 108014. https://doi.org/10.1016/j.polymertesting.2023.108014
  138. Fathi R., Wei H., Saleh B., Radhika N., Jiang J., Ma A., Ostrikov K. K. Past and present of functionally graded coatings: Advancements and future challenges // Appl. Mater. Today. 2022. V. 26. ID 101373. https://doi.org/10.1016/j.apmt.2022.101373
  139. Пат. РФ 2425080 (опубл. 2011). Способ получения антифрикционных градиентных покрытий.
  140. Пат. РФ 2490292 (опубл. 2013). Способ получения антиадгезионных покрытий.
  141. Пат. РФ 2424905 (опубл. 2011). Способ получения теплоизоляционного градиентного покрытия.
  142. Puri R. G., Khanna A. S. Intumescent coatings: A review on recent progress // J. Coat. Technol. Res. 2017. V. 14. P. 1–20. https://doi.org/10.1007/s11998-016-9815-3
  143. Zeng Y., Weinell C. E., Dam-Johansen K., Ring L., Kiil S. Effects of coating ingredients on the thermal properties and morphological structures of hydrocarbon intumescent coating chars // Prog. Org. Coat. 2020. V. 143. ID 105626. https://doi.org/10.1016/j.porgcoat.2020.105626
  144. Гаращенко А. Н., Берлин А. А., Кульков А. А. Способы и средства обеспечения требуемых показателей пожаробезопасности конструкций из полимерных композитов (обзор) // Пожаровзрывобезопасность. 2019. Т. 28. № 2. С. 9–30. https://www.elibrary.ru/flhrna
  145. Халтуринский Н. А., Крупкин В. Г. О механизме образования огнезащитных вспучивающихся покрытий // Пожаровзрывобезопасность. 2011. Т. 20. № 10. С. 33–36. https://www.elibrary.ru/ohkwuv
  146. Пат. РФ 2425078 (опубл. 2011). Огнезащитная вспучивающаяся композиция.
  147. Panigrahi S. K., Nimje S. V. Design and analysis of functionally graded adhesively bonded joints of FRP composites. CRC Press, 2022. P. 1–15.
  148. Dos Reis M. Q., Marques E. A. S., Carbas R. J. C., Da Silva L. F. M. Functionally graded adherends in adhesive joints: An overview // J. Adv. Joining Process. 2020. V. 2. ID 100033. https://doi.org/10.1016/j.jajp.2020.100033
  149. Marques E. A. S., Carbas R. J. C., Akhavan-Safar A., da Silva L. F. Improving joint performance through graded materials and geometries // Advances Structural Adhesive Bonding. 2023. P. 1077–1104. https://doi.org/10.1016/B978-0-323-91214-3.00028-4
  150. Safri S. N. A., Sultan M. T. H., Jawaid M., Jayakrishna K. Impact behavior of hybrid composites for structural applications: A review // Composites. Part B: Engineering. 2018. V. 133. P. 112–121. https://doi.org/10.1016/j.compositesb.2017.09.008
  151. Li S., Cheng P., Ahzi S., Peng Y., Wang K., Chinesta F., Correia J. P. M. Advances in hybrid fibers reinforced polymer-based composites prepared by FDM: A review on mechanical properties and prospects // Compos. Commun. 2023. V.40. ID 101592. https://doi.org/10.1016/j.coco.2023.101592
  152. Swolfs Y., Verpoest I., Gorbatikh L. Recent advances in fibre-hybrid composites: Materials selection, opportunities and applications // Int. Mater. Rev. 2019. V. 64. N 4. P. 181–215. https://doi.org/10.1080/09506608.2018.1467365
  153. Yang J., Wu H., Kitipornchai S. Buckling and postbuckling of functionally graded multilayer graphene platelet-reinforced composite beams // Compos. Struct. 2017. V. 161. P. 111–118. https://doi.org/10.1016/j.compstruct.2016.11.048
  154. Zhao S., Zhao Z., Yang Z., Ke L., Kitipornchai S., Yang J. Functionally graded graphene reinforced composite structures: A review // Eng. Struct. 2020. V. 210. ID 110339. https://doi.org/10.1016/j.engstruct.2020.110339
  155. Soni S. K. Thomas B., Swain A., Roy T. Functionally graded carbon nanotubes reinforced composite structures: An extensive review // Compos. Struct. 2022. V. 299. ID 116075. https://doi.org/10.1016/j.compstruct.2022.116075
  156. Koizumi M., Niino M. Overview of FGM research in Japan // MRS Bull. 1995. V. 20. P. 19–24. https://doi.org/10.1557/S0883769400048867
  157. Muthutantri A., Huang J., Edirisinghe M. Novel preparation of graded porous structures for medical engineering // J. Royal Soc. Interface. 2008. V. 5. N 29. P. 1459–1467. https://doi.org/10.1098%2Frsif.2008.0092
  158. Dubey A., Jaiswal S., Lahiri D. Promises of functionally graded material in bone regeneration: Current trends, properties, and challenges // ACS Biomaterials Sci. Eng. 2022. V. 8. N 3. P. 1001–1027. https://doi.org/10.1021/acsbiomaterials.1c01416
  159. Sola A., Bellucci D., Cannillo V. Functionally graded materials for orthopedic applications — an update on design and manufacturing // Biotechnol. Adv. 2016. V. 34. N 5. P. 504–531. https://doi.org/10.1016/j.biotechadv.2015.12.013
  160. Karimi M., Asadi-Eydivand M., Abolfathi N., Chehrehsaz Y., Solati-Hashjin M. The effect of pore size and layout on mechanical and biological properties of 3D-printed bone scaffolds with gradient porosity // Polym. Compos. 2023. V. 44. N 2. P. 1343–1359. https://doi.org/10.1002/pc.27174
  161. Сперанская Т. А., Тарутина Л. И. Оптические свойства полимеров. Л.: Химия, 1976. С. 112–113.
  162. Rashed A. N. Z., Satheesh Kumar S., Tabbour M. S. F., Sundararajan T. V. P., Maheswar R. Different graded refractive index fiber profiles design for the control of losses and dispersion effects // J. Opt. Commun. 2022. V. 43. N 4. P. 555–562. https://doi.org/10.1515/joc-2019-0036
  163. Попов Н. Н., Филонов А. С., Донцов Г. А., Ильин В. Г., Матвеев Д. С., Сагалаев Д. А. Перспективные функциональные градиентные оптические среды для оптических модулей космических аппаратов // Изв. вузов. Геодезия и аэрофотосъемка. 2014. № 2. С. 127–133. https://www.elibrary.ru/smxxad
  164. Liu J. H., Chen J. L., Wang H. Y., Tsai F. R. Fabrication of a gradient refractive index (GRIN) plastic rod using the novel process of centrifugal diffusing polymerization // Macromol. Chem. Phys. 2000. V. 201. N 1. P. 126–131.https://doi.org/10.1002/(SICI)1521-3935(20000101)201:1<126::AID-MACP126>3.0.CO;2-S
  165. Пат. РФ 2222430 (опубл. 2004). Способ получения полимерных материалов с градиентом показателя преломления для светофокусирующих элементов.
  166. Андрианова К. А., Амирова Л. М. Защитные полимерные покрытия с градиентом состава и свойств // Полимеры в строительстве: научный Интернет-журнал. 2018. № 1 (6). C. 37–49. https://www.elibrary.ru/jicndl
  167. Селяев В. П., Низина Т. А., Лазарев А. Л., Ланкина Ю. А., Цыганов В. В. Функционально-градиентные покрытия на основе полимерных связующих // Изв. вузов. Строительство. 2007. № 7. С. 36–40. https://www.elibrary.ru/ibqaxl
  168. Sahoo S. K., Mohapatra B. G., Patro S. K., Acharya P. K. Performance of functionally graded concrete made of layered technique — a review // Recent Developments in Sustainable Infrastructure (ICRDSI-2020) — Structure and construction management. Lecture notes in civil engineering / Eds B. B. Das, C. P. Gomez, B.G. Mohapatra. V. 221. Springer, Singapore. https://doi.org/10.1007/978-981-16-8433-3_52
  169. Mueller E., Drašar Č., Schilz J., & Kaysser W. A. Functionally graded materials for sensor and energy applications // Mater. Sci. Eng. A. 2003. V. 362. N 1–2. P. 17–39. https://doi.org/10.1016/S0921-5093(03)00581-1
  170. Mantese J. V., Alpay S. P. Graded ferroelectrics, transpacitors and transponents. New York: Springer, 2006. P. 67–89.
  171. Song H. C., Zhou J. E., Maurya D., Yan Y., Wang Y. U., Priya S. Compositionally graded multilayer ceramic capacitors // Sci. Rep. 2017. V. 7. N 1. ID 12353. https://doi.org/10.1038/s41598-017-12402-7
  172. Liu Y., Luo H., Wang F., Xiao Z., Yang C., Li X., Zhang D. Enhanced energy density and efficiency of all-organic composites by designing a multilayer gradient structure // J. Mater. Chem. C. 2023. N 11. P. 10985–10992. https://doi.org/10.1039/D3TC01845H
  173. Ruiz V. M., Sirera R., Martínez J. M., González-Benito J. Solution blow spun graded dielectrics based on poly (vinylidene fluoride)/multi-walled carbon nanotubes nanocomposites // Eur. Polym. J. 2020. V. 122. ID 109397. https://doi.org/10.1016/j.eurpolymj.2019.109397
  174. Gilmore P., Sundaresan V. B. A functionally graded cathode architecture for extending the cycle-life of potassium-oxygen batteries //Batteries & Supercaps. 2019. V. 2. N 8. P. 678–687. https://doi.org/10.1002/batt.201900025
  175. Wu J., Ju Z., Zhang X., Marschilok A. C., Takeuchi K. J., Wang H., Yu G. Gradient design for high-energy and high-power batteries // Adv. Mater. 2022. V. 34. N 29. ID 2202780. https://doi.org/10.1002/adma.202202780
  176. Wang Z., Ni J., Li L. Gradient designs for efficient sodium batteries // ACS Energy Lett. 2022. V. 7. N 11. P. 4106–4117. https://doi.org/10.1002/adma.202202780.
  177. Liu Y., Sun C., Lu Y., Lin X., Chen M., Xie Y., Yan W. Lamellar-structured anodes based on lithiophilic gradient enable dendrite-free lithium metal batteries with high capacity loading and fast-charging capability // Chem. Eng. J. 2023. V. 451. ID 138570. https://doi.org/10.1016/j.cej.2022.138570
  178. Deng C., Chen N., Hou C., Liu H., Zhou Z., Chen R. Enhancing interfacial contact in solid-state batteries with a gradient composite solid electrolyte // Small. 2021. V. 17. N 18. ID 2006578. https://doi.org/10.1002/smll.202006578
  179. Qin G., Liu Y., Zhang W., He W., Su X., Lv Q., Yang J. Integrated supercapacitor with self-healing, arbitrary deformability and anti-freezing based on gradient interface structure from electrode to electrolyte // J. Colloid Interface Sci. 2023. V. 635. P. 427–440. https://doi.org/10.1016/j.jcis.2022.12.164
  180. Yao L., Zheng K., Koripally N., Eedugurala N., Azoulay J. D., Zhang X., Ng T. N. Structural pseudocapacitors with reinforced interfaces to increase multifunctional efficiency // Sci. Adv. 2023. V. 9. N 25. ID eadh0069. https://doi.org/10.1126/sciadv.adh0069

Supplementary files

Supplementary Files
Action
1. JATS XML
Download
2. Fig. 1. Number of publications on functional gradient materials in the period 1990–2023 (based on Scopus search results).

Download (81KB)
Indexing metadata
3. Fig. 2. Gradient of the volume fraction of components (a), filler content in the matrix (b), cell shape (c).

Download (187KB)
Indexing metadata
4. Fig. 3. Classification of functionally graded materials

Download (296KB)
Indexing metadata

Copyright (c) 2024 Russian Academy of Sciences

This website uses cookies

You consent to our cookies if you continue to use our website.

About Cookies