膜电极（membrane electrode assembly，MEA）是质子交换膜燃料电池（proton exchange membrane fuel cell，PEMFC）的核心部件，为PEMFC提供了多相物质传递的微通道和电化学反应场所。为了实现燃料电池商业化目标，需要制备高功率密度、低Pt载量、耐久性好的MEA。在MEA中除了催化剂以外，各功能层结构、层与层之间的界面都对MEA的性能具有重要影响。传统方法（CCS法和CCM法）制备的MEA在结构上有很多缺陷，明显制约了Pt的利用率和系统传质能力。通过优化各功能层结构消除缺陷，将有利于进一步提升PEMFC综合性能。本文从传统MEA结构存在的问题出发，梳理了近年来关于催化层、质子交换膜和气体扩散层结构优化方面的文献，归纳总结了各先进结构的制备方法、构效关系以及优缺点，对未来高性能、低成本和长寿命的MEA的开发具有指导意义。

人类在面临化石能源枯竭的同时，对能量的利用率依然还停留在较低的水平。因此，在大力发展新能源的同时，着力研发节能环保新材料新技术具有十分重要的意义。相变材料（phase-change materials，PCM）是一种节能环保的储能材料，它在蓄热与温控等领域具有大规模商业应用的潜力。本文首先对相变储能材料的基本特征、工作原理以及分类等方面作了简要的介绍；并就相变储能材料在温控与蓄热等领域的应用与发展情况进行了具体的分析，指出了PCM的性能是制约其深入广泛应用的主要技术障碍。在此基础上，详细评述了PCM存在的主要问题以及针对这些问题开展的相关研究工作和最新发展动态，指出通过功能复合等新技术优化材料性能、设计新材料体系、拓展新的应用领域将是相变储能材料未来的主要发展方向。

综述了国内外微弧氧化（MAO）技术的发展概况，重点介绍了微弧氧化技术的原理和工艺特点；总结了微弧氧化陶瓷膜显微组织与性能的影响因素以及应用；分析了微弧氧化技术目前存在的问题，并指出微弧氧化技术今后将向低能耗、超大型复杂轻金属构件处理及与其他表面技术复合的方向发展的趋势。

三价铁盐和二价亚铁盐作为合成MIL-100（Fe）的铁源，对所合成产物的结晶度、形貌以及尺寸具有重要影响。以二价亚铁盐作为原料，利用室温水相合成法可获得八面体形状、高结晶度、高比表面积MIL-100（Fe）纳米颗粒；以三价铁盐作为原料，只能获得尺寸更小、低结晶度的Fe-BTC金属-有机聚合物纳米颗粒。采用X射线衍射仪、扫描电子显微镜、傅里叶红外光谱仪、紫外-可见漫反射光谱仪、紫外-可见分光光度计等对MIL-100（Fe）和Fe-BTC纳米颗粒的晶体结构、形貌、光吸收以及对罗丹明B（RhB）吸附和光催化降解性能进行测试表征。结果表明：Fe²⁺被弱碱性溶液缓慢氧化成Fe³⁺，进而形成MIL-100（Fe）的无机次级结构单元μ₃-OFe（Ⅲ）O₆，是合成高结晶度MIL-100（Fe）的关键。以FeCl₃为原料时，由于Fe³⁺与BTC^3-快速反应，不利于形成μ₃-OFe（Ⅲ）O₆次级结构单元，因此产物为Fe-BTC纳米颗粒聚合物。Fe-BTC纳米颗粒粒径更小，且聚集态的纳米颗粒表面具有大孔或介孔结构，更有利于吸附物种以及光降解物种的扩散，因此，Fe-BTC对RhB的吸附和光催化降解性能优于MIL-100（Fe）。

由于独特的结构和优异的性质，石墨烯在锂离子电池和超级电容器领域展现出潜在的应用前景，受到了科学界和产业界的广泛关注，涌现出大量的研究工作。就石墨烯在储能领域的应用进行了分析、同时对未来发展趋势进行了预判，以期加强对石墨烯结构-性能关系的理解。首先就石墨烯在锂离子电池的正极和负极中的应用，以及石墨烯在双电层电容器和赝电容电容器中的应用进行了介绍，其次，针对石墨烯应用于双电层电容器中存在的挑战进行了论述，同时针对性地提出了应用于双电层电容器的石墨烯结构。最后，提出了实现石墨烯基双电层电容器的商业化应用的"三步走路线"。

以碳纤维为微波吸收剂，基于微波辐照法直接处理三聚氰胺，快速高效地合成类石墨烯结构的氮化碳纳米片。借助于场发射扫描电子显微镜、透射电子显微镜、原子力显微镜、X射线衍射和傅里叶变换红外光谱等分析手段，对微波合成产物进行表征。结果表明：与常规热缩聚合成的石墨相氮化碳相比，高能微波技术合成产物具有明显的纳米片特征，即成功地制备得到类石墨烯结构的氮化碳纳米片。同时，与超声剥离或氧化刻蚀得到的类石墨烯氮化碳纳米片相比，高能微波技术合成产物表面光滑平整，且可发现脆性断裂的现象，呈现出一定的刚性。

钙钛矿太阳能电池具有材料成本低廉、生产工艺简单、光电转换效率高等优点，发展前景十分光明。碳材料因其价格低廉、高导电性、疏水性和化学稳定性等特点，被应用在钙钛矿太阳能电池的各个组成部分，用于提高电池性能和降低成本。本文根据应用在钙钛矿太阳能电池中的碳材料的维数进行分类，分别介绍了零维的C₆₀、碳量子点和石墨烯量子点，一维的碳纳米管，二维的石墨烯及其衍生物、石墨炔和三维的石墨等在钙钛矿太阳能电池中的应用，对于将来实现钙钛矿太阳能电池的低成本商业化和大规模制造具有重要意义。

催化剂的碳载体腐蚀是Pt/C催化剂催化性能下降的重要原因，并且亲水性的催化剂增加了质子交换膜燃料电池氧电极发生水淹的风险。利用过氧化氢对XC-72碳进行氧化预处理，负载Pt后，进一步用水合肼对Pt/C催化剂还原，制备耐蚀性和抗溺水性的Pt/C催化剂。对红外光谱吸收峰进行比较可知，经双氧水处理后，XC-72碳表面的含氧官能团数量增加，其接触角小于未经处理的XC-72碳；进一步用水合肼还原氧化后的XC-72碳，接触角较氧化的XC-72碳增大22.4°，抗溺水性增强。由比表面积测定可知，双氧水处理XC-72碳，比表面积下降，但中孔比例增加，有利于Pt的负载。水合肼还原后的Pt/C催化剂较还原之前的Pt/C催化剂抗溺水性增强，接触角增大6.2°。经2000周次循环伏安扫描，水合肼还原后的Pt/C催化剂电化学比表面损失减小，耐久性提高。

本文综述了金属基超疏水材料的研究进展，重点讨论了金属基超疏水表面的主要制备方法，比较了不同制备方法的优缺点。同时，探讨了金属基超疏水表面的各种功能特性，并分析了金属基超疏水表面目前在制备和应用中存在的主要问题。指出金属基超疏水表面未来的重点发展方向是简化制备工艺、降低成本、提高超疏水表面的耐久性和稳定性以及制备具有自修复性能的金属超疏水表面。

超级电容器是近年迅速发展起来的一种新型储能元件，决定超级电容器性能的最重要因素是电极材料，开发低成本、高性能的电极材料是当前超级电容器的重要研究方向。金属有机骨架（MOFs）是一类多孔材料，由于MOFs材料的组成与结构多样、比表面积大、结构可控和可调的孔径尺寸等优势，使其在超级电容器方面的应用引起了越来越多研究人员的关注。本文综述了原始MOFs、MOFs衍生物（多孔碳、金属氧化物、多孔碳/金属氧化物）及其MOFs复合材料在超级电容器领域的应用进展，讨论了不同结构特征的MOFs及其在电化学储能领域中展现出特殊的性能，指出MOFs构筑的超级电容器在新能源储存与转换领域发挥的重要作用。最后，提出MOFs基材料应用于超级电容器领域面临的挑战和发展前景。

用于锂离子电池的高镍三元材料由于成本低、能量密度高、可逆容量高、环境友好等优点，是现在以及未来车用动力电池首选正极材料。本文在综述了高镍三元材料的晶体结构特性和电化学特性的基础上，介绍了国内外主要制备方法、掺杂以及包覆等改性措施，重点讨论了不同种类包覆材料对高镍三元倍率性能、循环性能和高温稳定性能的影响。最后，针对高镍三元电解液、安全性、压实密度及循环寿命等问题进行分析与展望。

采用微机控制电子万能实验机和分离式霍普金森压杆（SHPB）对石墨烯增强的铝基复合材料和碳化硅增强的铝基复合材料进行准静态压缩实验和动态冲击实验，研究石墨烯增强铝基复合材料在不同应变率下的冲击力学性能，采用SEM扫描电镜研究石墨烯增强的铝基复合材料和碳化硅增强的铝基复合材料的形貌特征。结果表明：在各个应变率载荷下，添加石墨烯和添加碳化硅都增强了铝合金的屈服强度，其中，添加石墨烯对铝合金的屈服强度提升更加明显，但不影响材料的应变硬化率；相较于在材料中添加碳化硅，添加石墨烯弱化了材料的应变率效应，在高应变率条件下，添加石墨烯降低了材料的强度极限；选取部分实验数据，拟合确定了添加石墨烯和添加碳化硅两种复合材料的J-C和Z-A本构方程的参数，并比较了两种本构模型的预测能力，对于本工作所研究的复合材料，J-C模型的预测能力更好。

利用光热转换材料有效提高全光谱太阳光的利用及转换率，是目前国内外学者广泛关注的研究领域。本文综述了近年来主要研究的基于全光谱太阳光利用的光热转换材料类型及研究进展，分析了光热转换材料提高太阳光水蒸气产生效率的应用方式，介绍了太阳光水蒸气产生系统的优化设计模型，强调了低热导率的基质材料在系统中起到的作用，最后展望了光热转换材料在海水淡化领域的应用前景，并指出光热转换物理机制的深入探索和材料的规模化制备将成为未来重要的研究内容。

类石墨烯氮化碳具有与石墨烯非常相似的结构特征，已在光催化、润滑等领域表现出极优越的性能，成为二维纳米功能材料领域的新热点。本文重点介绍了基于微波辐照合成类石墨烯氮化碳的研究进展，并通过与氧化刻蚀、液相超声剥离、热聚合等传统合成方法的比较，分析了微波合成在制备效率、效果上的优势；并指出采用高功率微波设备和石墨粉、短切碳纤维等对微波具有强烈响应的微波吸收剂，通过增强能量传递与吸收效率，强化微波电磁场环境下合成反应的非稳态程度，有助于提高合成效率、效果，并获取得到特殊形态、结构的新产物。

工业燃气轮机具有热效率高、污染低等突出优点，成为未来发电机组与大型水面舰船动力的首选设备。铸造高温合金是工业燃气轮机涡轮叶片等热端部件的关键材料，其性能和制备水平在一定程度上决定了先进燃气轮机的功率、效率、寿命等性能。本文重点综述了工业燃气轮机及其涡轮叶片用铸造高温合金材料的研究及应用现状，并对工业燃气轮机涡轮叶片用铸造高温合金及涡轮叶片制造技术的发展趋势进行了展望。未来，先进定向凝固，"材料基因工程"等技术将逐渐应用到工业燃气轮机涡轮叶片用铸造高温合金的研制中；此外，先进工业燃气轮机上定向/单晶高温合金的应用将越来越广泛。

以聚乙烯基硅氮烷（PVSZ）为原料，氧化石墨烯（GO）为碳源，无水乙醇（ETOH）为分散剂，制备石墨烯球增强SiCNO陶瓷（SiCNO-GO）。利用拉曼光谱（Raman）、电子自旋共振（EPR）和扫描电子显微镜（SEM）等表征手段，研究SiCNO-GO陶瓷结构对其介电性能的影响。结果表明：SiCNO-GO陶瓷的微球密度和粒径的大小与GO的含量有关；随着SiCNO-GO陶瓷中GO含量的增加，SiCNO-GO陶瓷的介电常数和介电损耗也随之增大，在GO含量为0.1%（质量分数）时达到最大值，而当GO质量分数为0.3%时，SiCNO-GO陶瓷的介电常数和介电损耗降低。

利用高压均质液相剥离法，以鳞片石墨为原料，水为介质，制备高浓度石墨烯水分散液。采用紫外可见光谱研究表明活性剂浓度、高压均质压力和循环次数对石墨烯水分散液浓度C_G的影响。通过拉曼光谱、扫描电镜、透射电镜、激光粒度仪分析水分散液中石墨烯的结构和形貌。结果表明：通过调节各工艺参数，获得了浓度为324.3mg·L^-1的石墨烯水分散液，所得浓度是超声液相剥离法的10倍；石墨烯水分散液中石墨烯缺陷少、厚度薄、片径大，具有良好的品质；将所得石墨烯分散液制备石墨烯自支撑膜，其电导率可达3.2×10⁴S·m^-1。

聚乳酸（PLA）是一种新型的生物基可再生生物降解材料，因具有高机械强度、易加工性、高熔点、可生物降解性和生物相容性等优点而得到广泛的关注。然而，其固有的脆性，即低断裂伸长率和断裂强度严重限制了它在实际中的应用，但也因此吸引了更广泛的深入研究。本文综述了以生物可降解高分子增韧聚乳酸的研究进展，重点阐述了生物基聚酯，生物基弹性体，植物基生物高分子，天然橡胶和植物油以及生物大分子增韧聚乳酸的最新研究发展概况，同时提出了在经过改善韧性之后，聚乳酸存在的冲击韧性弱以及低结晶速率和低热转变温度等问题，并分析了未来的发展方向和需要关注的主题。

采用真空熔炼与固溶相结合的方法获得原子分数为Ni_30-xFe_xMn₇₀（x=0，10，20）的前驱体合金，通过脱合金化方法制备纳米多孔Ni及Ni-Fe合金，采用X射线衍射（XRD）、扫描电子显微镜（SEM）分析合金相组成和微观结构，运用线性扫描伏安法、交流阻抗、方波电位法及计时电位法研究电极的析氢电催化性能。结果表明：加入Fe获得了片状结构的纳米多孔Ni-Fe合金，提高了纳米多孔Ni的表面积，且Fe与Ni产生协同效应，能够有效提高合金的析氢电催化活性。当Fe含量为10%（原子分数）时，脱合金化得到的纳米多孔Ni-Fe合金表面积最大，析氢电催化性能最好，在0.1A/cm²电流密度下，析氢过电位仅56mV，经10h连续电解，表现出良好的电催化活性和电化学稳定性。

锂-空气电池具有极高的理论能量密度，成为下一代最有希望的电化学能量储存技术之一。锂-空气电池的性能主要取决于空气阴极表面发生的电化学反应，因此，合理设计具有高稳定性和可逆性的阴极是实现商业化可行的锂-空气电池的关键所在。然而，传统碳基电极的不稳定性导致的副反应会限制电池容量及其循环性能，因此，需要寻找能够替代碳基电极的新型电极。本文首先结合锂-空气电池的结构和阴极反应原理，提出了目前锂-空气电池面临的挑战，然后基于碳基阴极的不稳定性分析总结了设计稳定和可逆的锂-空气电池阴极的方法，最后提出了阴极催化剂的合理设计和催化机理的深入理解对锂-空气电池阴极的性能改善起着决定性作用的观点。

利用扫描电镜、透射电镜及电子背散射衍射技术研究新型第四代粉末高温合金等温锻造后的"项链"组织，对其形成机理和消除方法进行了探讨。结果表明，实验合金经过多火次等温锻造后，锻坯大部分区域为再结晶后的等轴细晶组织；然而与模具接触的上下端面得到再结晶不完全的"项链"组织，在非等轴变形晶粒周围分布着大量细小的再结晶晶粒，变形晶粒内含有较高密度的小角度晶界，缠结了大量位错。对存在"项链"组织的试样进行不同温度（1080~1180℃）的退火处理，随着温度的升高，再结晶体积分数和再结晶晶粒尺寸均不断增大。合金锻坯经过1150℃再结晶退火后，可基本消除"项链"组织，获得组织较均匀的细晶盘坯，满足双组织热处理的要求。

超支化聚合物在不影响工艺性的前提下对环氧树脂有明显的增强、增韧作用。本文主要概述了超支化聚合物对环氧树脂力学性能、耐热性能的影响，主要包括：聚酯超支化聚合物改性环氧树脂、聚酰胺/聚酰亚胺/聚乙烯亚胺超支化聚合物改性环氧树脂、有机硅超支化聚合物改性环氧树脂以及其他超支化聚合物改性环氧树脂等。此外，还指出了目前超支化聚合物改性环氧树脂的缺点以及未来的发展方向。当前限制HBPs在环氧树脂改性领域内大规模应用的主要缺点在于大多数HBPs合成步骤繁琐复杂，合成成本较高。鉴于此，在未来随着更简单、绿色的合成方法的出现，HBPs在其他新兴领域以及改性树脂中的应用会越来越广泛。

采用多醇热解法制备3种不同粒径的超顺磁性氧化铁纳米粒子（SPIONs），合成的SPIONs含Fe₃O₄晶相，分散性好，平均粒径分别为8.7，12.6nm和15.3nm，且在300K下，3种SPIONs均呈超顺磁性。将不同粒径、不同浓度的SPIONs水分散液置于频率为425kHz、磁场强度为5.3kA·m^-1的交变磁场（ACMF）中进行升温实验。探讨比能量吸收率值与SPIONs粒径之间的关系，计算布朗弛豫时间及尼尔弛豫时间。结果表明：SPIONs水分散液的升温速率随SPIONs的粒径增大而增大，初始温度为20℃时，粒径为8.7，12.6nm和15.3nm的SPIONs水分散液（2mg·mL^-1）在480s内温度分别升高了25，27，35℃。尼尔弛豫时间比布朗弛豫时间小，说明磁热效应主要来自于尼尔弛豫损耗。SPIONs粒径越大，比能量吸收率SAR值越高，最高可达810W·g^-1，且SAR值与SPIONs水分散液的浓度呈负相关关系。

采用压制-烧结-热挤压工艺制备石墨烯纳米片（GNFs）增强铝基（Al）复合材料，并对其进行压缩性能测试。结果表明：GNFs/Al复合材料是应变率敏感材料，当应变率从10^-3s^-1提高至3×10³s^-1时，复合材料的强度明显提高；而当应变率继续提高至5×10³s^-1时，由于材料内部发生热软化，复合材料的强度反而表现出少许下降。动态压缩后复合材料中铝基体发生动态再结晶，且应变率越高，动态再结晶越显著；增强相GNFs则发生扭曲变形后仍保持完整结构且与基体间保持原子间结合。因此，GNFs/Al复合材料具有良好的动态压缩塑性。

利用国产三代SiC纤维通过化学气相渗透工艺（CVI）制备不同界面厚度和基体体积分数的SiC纤维束复合材料，并对其拉伸力学行为进行研究；同时，通过有限元方法研究界面厚度和基体体积分数对SiC纤维束复合材料热残余应力的影响。有限元分析结果表明：该纤维束复合材料的界面存在较为明显的径向和环向热残余应力，而且这两种应力均随着界面厚度增加而减小，随着基体体积分数的增加而增加。拉伸实验结果表明：随着界面厚度增加SiC纤维束复合材料的拉伸强度有增大趋势，且纤维拔出长度也相应增加；但在界面厚度相同的情况下，过高的基体体积分数将导致复合材料拉伸强度和韧性下降。

运用基于密度泛函理论的第一性原理方法研究稀释掺杂的Fe₅₂T₂（T=Cr，Mn，Co，Ni）合金铁磁bcc相和反铁磁fcc相结构的晶格参数、磁性和两相的相对稳定性。结果表明：晶格参数和体模量随掺杂元素d壳层电子个数的变化关系不能用简单的d能带填充图像解释，说明FeT合金中存在较强的磁-结构耦合效应。FeT合金的铁磁bcc相比反铁磁fcc相稳定。反铁磁相呈四方结构，晶格常数c/a比值约为1.07，此相结构可能是一个亚稳态。晶格结构的变化引起电子的重新分布，导致不同磁结构和局域原子磁矩。

具有手性蜂窝结构的力学超材料是近年来发展起来的高性能工程材料，它具有轻质、高比刚度、负泊松比、结构参数可调以及力学性能稳定等优点。其不仅可以实现面内变形，面外承载的双重力学作用，还具有出色的隔振、吸声降噪以及控制弹性波的传播等工程应用潜质，在智能结构、车辆船舶、航空航天等领域具有巨大的发展潜力。本文从其弹性和抗冲击两个力学性能方面进行综述。首先介绍并评述了近年来蜂窝结构力学超材料的面内杨氏模量、负泊松比特性以及面外剪切模量等弹性性能的理论分析研究进展。在抗冲击性能方面，从力学模型建立和有限元分析的角度出发，对手性蜂窝结构力学超材料在冲击载荷作用下的整体变形及其抗冲击性能的研究现状分别进行了评述。最后指出针对蜂窝结构力学超材料弹性及冲击性能的研究，可进一步建立内部韧带变形及力的传递力学模型以及深入探索冲击过程吸能机理等，以期为该类力学超材料内部韧带和节点环结构的优化设计提供参考。

采用激光选区熔化技术制备Hastelloy X试样，研究热等静压和固溶处理对Hastelloy X试样显微组织及拉伸性能的影响。结果表明：沉积态组织中可观察到熔池形貌、柱状晶及晶内的胞晶结构，无析出物，其拉伸性能表现出高强度低塑性特点，高温拉伸断口沿激光扫描熔化道断裂。经热等静压后，组织演变为等轴晶，晶界及晶内存在较多的析出物，裂纹愈合，试样拉伸强度降低，塑性提升，尤其是高温屈服强度降低了约48%，高温伸长率提升了约59%。经热等静压+固溶处理后，晶粒尺寸及形貌与热等静压态相比近乎无差异，但晶内析出物明显减少，该状态下的综合拉伸性能最优。

微观观察AlSi10Mg（Cu）铸铝合金在热疲劳裂纹的萌生和早期扩展过程，重点研究共晶硅粒子对热疲劳裂纹行为的影响。结果表明：热疲劳裂纹萌生于脱粘共晶硅粒子与铝基体间的开裂界面，原因是共晶硅粒子与铝基体的热膨胀系数不同，引起热循环过程中两相热应变不协调，从而在两相界面处产生循环应力而引起疲劳破坏。热疲劳裂纹的扩展在长度和宽度上同时进行，具有良好塑性的铝枝晶对疲劳裂纹的扩展起阻碍作用。对热疲劳过程中共晶硅粒子周围应力场的模拟分析进一步解释了实验现象。

铁基形状记忆合金由于价格低廉、强度高、加工性能好、可焊接等优点引起广泛重视。机械合金化（MA）和粉末冶金（PM）作为制备材料的新工艺，可以用来制备性能优越的形状记忆合金。本文详述了机械合金化和粉末冶金工艺在制备Fe-Mn-Si基形状记忆合金过程中对合金相变、组织与性能的影响，以及此类合金在新领域的应用。最后提出了现阶段在研究MA/PM工艺制备Fe-Mn-Si基SMA中有关工艺参数、相变机制以及回复应力和低温应力松弛所存在的问题。