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。

随着激光增材制造基础理论研究和设备水平的提升，激光增材制造技术越来越多地应用于大型复杂结构的生产制造。激光增材成形过程中形成的应力会导致成形件变形、开裂，因此应力变形的控制是激光增材制造过程亟待解决的关键问题。本文总结了激光增材制造残余应力形成机制、应力变形测试技术和应力变形调控措施等方面的研究现状，提出了激光增材制造应力变形调控存在的主要问题及以后的研究方向，为高性能金属构件激光增材制造"控形"研究提供指导。

二维过渡金属碳（氮）化物（MXene）作为一类新型二维纳米材料，自2011年发现以来，由于其优异的物理化学性能得到了广泛研究。MXene除具有传统二维材料的优异性能外，其高的导电性、良好的润滑性及电磁性等特殊性能，已被广泛地应用于能量存储、催化、润滑、电磁屏蔽、传感器、水净化等领域，并取得了一定的效果和进展。本文综述了近年来国内外关于MXene材料的最新研究现状，归纳总结了MXene的结构、性能和制备方法，以及在锂离子电池、超级电容器等领域的相关成果，指出了目前研究存在的短板，并展望了未来的研究方向。

3D打印技术是一项根据计算机模型设计快速加工和制造复杂几何形状组件的增材制造技术之一。其基于三维数据模型，通过电脑控制将材料进行逐层累积，最终将三维模型变成立体实物。相比于传统制造方法，3D打印技术具有节约工时、易操作、不需要模具、组件几何形状可控性强等优势。随着该技术的发展，依据打印技术成型的核心、材料以及设备等产生了熔融沉积塑型、选择性激光烧结成型、光固化立体成型/数字光处理成型、溶剂浇铸成型等若干类型的3D打印技术。本文重点介绍其中最具代表性的4种3D打印成型工艺的原理和特点，基于碳纳米管增强聚合物复合材料，综述近年来不同3D打印成型工艺的研究进展，同时预测3D打印成型工艺在该领域会向着高精度、产业化、大众化和高集成度的方向发展，3D打印材料的研发也会更具前景。

锂离子电池被认为是富有前途的能源储存器件，寻找高性能锂电池新材料已成为全世界的研究热点。MXenes材料是一种新型过渡金属碳化物、氮化物或碳氮化物二维纳米材料的统称，具有比表面积大、导电性能好、储锂容量较高、循环和倍率性能优异等特点，是一种具有光明应用前景的锂离子电池材料。本文对MXenes材料在锂离子电池应用研究中的重大突破进行了综述，介绍了其制备方法、结构性能、储锂机理，归纳了其在锂离子电池中的具体应用及机制，分析了当前存在问题。综述指出MXenes材料研究，应利用其自身亲水性和导电性优势，在复合电极材料、自支撑电极材料等方面重点部署，为高性能锂子电池关键技术带来突破。

铝合金是实现结构轻量化的首选材料，在航空航天、交通运输、船舶舰艇等领域具有广阔的应用前景。铝合金增材制造技术在复杂三维精密结构件的制造方面具有突出的优势和潜力，而且具有高效快速、成形结构可控性高等优点。关于铝合金增材制造技术的迅速发展，本工作从组织与性能、成形精度和质量、成形缺陷控制和数值模拟4个方面，着重介绍了铝合金增材制造的研究现状和最新成果，总结了当前研究存在的不足。在此基础上，对铝合金增材制造技术未来应关注的研究方向给出建议，即实现增材件微观组织控制、阐明增材件应力形成机理、提高增材件的成形精度、研究成形过程中的温度场分布规律等。

目前，淡水资源紧缺已经成为一个全球性的难题，特别是在一些干旱和欠发达地区，问题更加严峻。在自然界中，许多生物能够从雾气中获得水分，这为开发新颖的功能性集水材料提供了灵感。最近，在实际应用和基础研究方面，仿生集水材料作为一个热门的课题越来越受到人们关注。本文总结了纳米布沙漠甲虫、仙人掌和蜘蛛丝的集水机理，并叙述了仿生材料的合成、功能和集水效率，以及最近几年仿生材料新的发展。最后，对仿生集水材料在制备和应用过程中存在的主要问题进行总结并对未来发展趋势进行展望。

高熵合金涂层具有的良好热稳定性、耐高温性能使其成为高温涂层科学领域一个新的研究热点。激光熔覆技术制备高熵合金涂层的方法是获得其优越性能的制备方法之一。本文主要从涂层成分设计、组织结构、退火工艺与性能、耐高温氧化性能以及其他性能等方面综述了激光熔覆技术制备高熵合金涂层的最新研究成果，分析了当前激光熔覆技术制备高熵合金涂层存在的问题，提出了应从组元设计、基础理论、性能规律及加工工艺等方面完善科学研究体系，以期制备出性能优异的高熵合金涂层。

4D打印是3D打印结构在形状、性能和功能方面有目的性的演变，具有时间相关性、打印机无关性和可预测性，其智能动态特性使其具有良好的性能和广阔的应用前景。本文在简要回顾4D打印国内外现状的基础上，给出了4D打印的概念和组成要素，进而从打印结构形状变化的维度对4D打印进行了分类，同时对4D打印组成要素中的打印材料、激励机制和数学建模方法等关键技术进行了分析，最后指出4D打印技术的发展方向是将智能材料与3D打印相结合，将复杂结构简单化制造，利用其独特的自组装、自适应和自修复特性，实现在航天、深海、精确医疗等特殊服役环境和领域的自动化、智能化、个性化应用。

进入21世纪以来，石油基合成橡胶的发展不可持续，且日益受到节能减排的压力；天然橡胶面临气候、疫病等因素的影响，产量有限，而且我国天然橡胶自给不足，严重依赖进口。面对上述挑战，以太阳能为源头，开发不依赖于化石资源的新一代生物基橡胶，是解决橡胶资源短缺的有效手段，也是保证全球橡胶资源安全、长久、稳定供应的必由之路。目前，主要有两种思路制备生物基合成橡胶，本文针对两类生物基合成橡胶的研究进展进行综述，一种是生物质发酵得到的生物基单体（如乙醇等）进一步转化为传统单体（如乙烯等），再通过传统的合成工艺制备出生物基乙丙橡胶、生物基异戊橡胶等生物基传统橡胶，其性能与传统非生物基工程弹性体几乎完全相同，可以直接替代现有工程橡胶；另一种是利用现有生物基化学品，如衣康酸、丙二醇、丁二酸等，通过聚合反应制备新型结构的生物基橡胶材料，其原料易得，成本较低，随着发酵技术的快速发展，将出现越来越多的生物基化学品可以进行选择和使用，生物基合成橡胶具有光明的发展前景。

论述红外辐射与红外隐身技术的基本原理和方法，阐明多波段光谱灵活调控是实现兼容雷达隐身、激光隐身和可见光隐身的红外隐身功能的关键。概括传统红外隐身材料的研究现状并阐明其发展瓶颈问题，进而提出具有光谱剪裁功能的红外隐身超材料的设计思想、研究基础和发展优势。综述红外隐身超材料实现与雷达隐身兼容、具有红外散热窗口以及与激光和可见光隐身兼容的红外隐身功能的研究现状与未来发展。

碳基/羰基铁复合吸波材料结合了各自优势，具有独特的物理化学特性和良好的吸波性能，成为近年来研究热点之一。本文结合国内外最新研究成果，介绍了羰基铁吸波剂自身改性的研究现状，将碳基/羰基铁复合吸波材料的研究成果系统归纳为6大类，即石墨烯/羰基铁复合吸波材料、碳纳米管/羰基铁复合吸波材料、碳纤维/羰基铁复合吸波材料、炭黑/羰基铁复合吸波材料、石墨/羰基铁复合吸波材料以及其他碳材料与羰基铁的复合吸波材料，并进行了详细介绍。最后，指出了碳基/羰基铁复合吸波材料未来研究亟待解决的性能调控和轻量化等问题，展望了其在宽频隐身等方面的发展前景。

随着化石能源的过度使用和开采，随之而来的能源和环境问题也日益尖锐，而人们对能源的需求不减反增，因此寻求一种新型的绿色可持续能源是非常必要的。环境中的能量十分丰富，因此从环境中收集能量进行转化是十分有前景的方法。压电材料在受到外界作用发生机械变形时，能实现机械能向电能的转化，因此，压电式纳米发电机作为一种潜在的可持续、绿色能源，近年来受到广泛关注。从压电材料的分类入手，结合其制备方法、结构和性能等，对近年来一些研究成果进行了概述，详细评价了不同制备方法、结构对压电式纳米发电机压电性能的影响，并对今后发展进行了展望。

聚合物泡沫塑料以其优异的性能成为人们生活中必不可少的物品。开孔型聚合物发泡材料因独特的三维骨架形态被广泛应用于吸音材料、生物医药材料、光学材料和导电材料等领域。特别是聚合物纳米复合材料，为现代医学生产抗菌治疗、组织工程、癌症治疗、医学成像、牙科应用、药物传递等产品提供了新的机遇。本文综述了开孔发泡材料的制备方法、发泡机理及其应用领域，以及最近几年开孔发泡材料新的发展。最后，对材料制备和应用过程中存在的主要问题进行总结并对未来采用聚合物共混、形成微纳米复合材料、涂覆高阻隔材料和聚合物改性等手段制备高性能开孔聚合物发泡材料的发展趋势进行展望。

层状双氢氧化物具有制备简单，层间客体可调节，合成成本较低，稳定性较好等优点，因此成为析氧催化剂的研究热点，但仍存在电荷传输速率低，过电位相对较高等问题，因此需要对其改性来加快其大规模应用。首先介绍了层状双氢氧化物的结构特点，简述了其析氧反应的催化机理，然后总结了不同种类的优化改性策略来增强其催化活性。优化改性方法分别包括：与导电基材复合；合成超薄纳米片法；与石墨烯复合法；杂化改性法。重点探讨了层状双氢氧化物析氧催化剂在电解水制氢方面的应用，提出了不同改性方法的优缺点，阐明将其适当结合，有利于制备更高效的析氧催化剂，最后指出了这类催化剂仍面临的问题：回收率较低，催化剂稳定性和可实现的电流密度尚未达到工业化需求，无法实现大规模制备等难点。

半纤维素基水凝胶是一种具有优异保水性、良好生物相容性和力学性能的三维网络状亲水聚合物，在软材料领域尤其是半纤维素基材料研究领域备受瞩目。本文综述了近年来半纤维素基水凝胶的研究进展，从化学交联和物理交联两个方面介绍了半纤维素基水凝胶的制备方法、形成机理和性能，比较了化学交联中光、酶、微波辐射和辉光放电电解等离子体等不同引发体系的差异，总结了半纤维素基水凝胶在药物控释、伤口敷料、高效吸附及3D打印等领域的最新应用和发展，并对半纤维素基水凝胶领域所面临的挑战进行了总结和展望，以期为新型半纤维素水凝胶的研究提供参考。

碳作为单一元素可形成像零维碳纳米球、一维碳纳米管、二维石墨烯等多种碳纳米结构，它们在锂离子和锂硫电池中的表现也有所不同。需要阐明的是，碳纳米管和石墨烯由于具有以下缺点不适合直接作为锂离子或锂硫电池电极材料：（1）第一次不可逆容量大，首次充放电效率低；（2）在充放电曲线中电压滞后现象严重；（3）缺少稳定的电压平台；（4）容量衰减快。科学家们一直在为获得具有更高能量密度和更广阔应用前景的锂离子电池和锂硫电池而努力，由于可充电电池的性能主要取决于阴极和阳极的性能，因此，设计先进的电极材料以及制备具有特定成分和结构的电极成为近年来的研究热点。本文综述了碳纳米材料在构建高性能锂离子、锂硫电池电极材料和特定电极方面的作用。首先，从促进电子和离子传输、固定多硫化物位置以及缓冲体积膨胀三个方面讨论了碳纳米材料在修饰电活性材料的作用；其次，从作为导电添加剂、电流集流体和导电中间层三个方面讨论了碳纳米材料在最优化非活性组分的作用；然后，从作为非导电基体上的导电相、柔性电流集流体和自支撑复合电极三个方面讨论了碳纳米材料在柔性电池设计的作用。最后，本文对碳纳米材料的未来发展趋势作了概述，兼具多种功能的碳纳米材料被认为是今后的研究重点。

激励响应复合材料是一种智能材料，通常具有自感知、自主响应、形状记忆、自适应和自修复等特征。本文对4D打印中使用的激励响应材料进行了综述，重点介绍4D打印形状记忆复合水凝胶和形状记忆聚合物（SMP）及其复合材料的应用研究进展。最后，总结了4D打印在生物医疗和航空航天领域的应用现状，并对4D打印的未来发展趋势以及应用前景进行展望。4D打印是一项新兴制造技术，尽管目前已经出现了许多不同的打印方法、可打印智能材料和驱动方式，但是4D打印在实际工程应用中仍然面临许多挑战。新打印技术、新智能材料、新结构设计和建模软件需要发展以促进4D打印在软机器人、生物医学、航空航天和智能电子设备等领域的实际应用。

GH4720Li高温合金因其具有良好的高温强度、抗疲劳和抗腐蚀性能以及长期组织稳定性，被广泛应用于高性能航空发动机涡轮盘等转动部件。本文归纳了GH4720Li高温合金中γ'相的作用机理和演变规律，并分析了γ'相与高温性能之间的关联性和γ'相与残余应力的交互影响规律。此外，还综述了GH4720Li高温合金的改型研究进展，展望了未来分区控冷技术和双组织双性能盘制备技术在高温合金中的应用。

便携式电子器件迅速发展，安全性能更高的聚合物电解质受到广泛关注。本文介绍了近些年应用于超级电容器的各类聚合物电解质，包括全固态聚合物电解质、凝胶聚合物电解质、多孔聚合物电解质、复合聚合物电解质以及能够提供赝电容的氧化还原聚合物电解质，并详细讨论了上述聚合物电解质的特点和研究进展。提出了发展宽电压窗口、高离子导电型、高机械强度、质轻且薄的有机复合凝胶聚合物电解质会是超级电容器电解质领域未来的发展趋势；综合性能优异的聚合物电解质将会在超级电容器等新能源领域发挥重要作用。

在简要介绍纳米颗粒的基本物理-化学性能及其制备现状的基础上，着重论述了纳米颗粒自组装的类型及原理，总结了纳米颗粒自组装在锂离子电池上的应用研究进展，并指出该应用中存在制备效率低、污染较大等问题，提出今后工作将集中在开发合适组装单元、揭示自组装基本原理、简化制备程序等方面，认为纳米材料合成过程中实现多层次/功能电池结构调控是未来发展的重要方向之一。

本文综述了非金属夹杂物对钢铁材料疲劳性能的影响及研究现状，从夹杂物的角度出发，首先介绍非金属夹杂物特征提取的最新研究进展，分别从实验测量方法和数学公式科学统计方法两方面进行论述；其次根据夹杂物对于疲劳损伤的主要原理，介绍5种应用较为广泛的定量化分析夹杂物特征参数与钢材疲劳性能的数学模型；然后以夹杂物的形貌特征、力学性能以及与基体之间的相互作用为出发点，探究非金属夹杂物的特性对重载零件钢材疲劳性能的影响。最后指出从多角度解析非金属夹杂物对钢材疲劳性能的主要作用机理，构建非金属夹杂物对钢材疲劳寿命预测模型是未来该领域的研究重点。

电磁超材料因具有特殊的物理性质以及在电磁波操控方面的重要应用而备受关注。本文综述了太赫兹超材料及其成像应用的研究进展：首先介绍了太赫兹超材料的研究概况，重点讨论了可调谐与可重构太赫兹超材料、太赫兹数字编码与现场可编程超材料的研究进展；在此基础上，阐述了太赫兹超材料在成像领域的应用，包括基于超表面透镜、超材料吸波器、可重构超表面和现场可编程超表面的太赫兹成像技术；最后讨论了太赫兹超材料及其成像应用发展趋势。功能可重构及智能化将是太赫兹超材料的重要发展方向，而新兴的信息超材料融合了超材料与信息技术也将使太赫兹成像更加高效便捷。

六方氮化硼纳米片（BNNS）具有优异的导热性、绝缘性、化学稳定性、耐高温性，在电子器件热管理领域具有广泛的应用前景。然而，如何快速、规模化地获得高质量的BNNS仍是其商业应用所面临一个重要挑战。液相剥离法是制备BNNS最有前景的方法之一，具有工艺简单、纳米片质量高、可规模化生产等优点。本文首先总结了近年来BNNS的液相剥离方法，重点介绍3种用于液相剥离BNNS的方法（h-BN剥离的溶剂选择、h-BN的非共价键改性以及共价键改性）；其次，深入探讨了上述3种方法的剥离机理以及存在的不足（有机溶剂污染环境问题，部分修饰剂相容性差，共价键改性困难）。随着剥离分散机理的深入研究，液相剥离法将满足高质量高效率的BNNS的制备需求，使其在电子器件热管理领域发挥重要作用。

近年来，镁合金作为生物可降解材料受到了越来越多研究者的关注，由于其具有良好的生物相容性、力学性能及可降解吸收等特点，被誉为一种"革命性的生物材料"。然而，由于腐蚀速率过快和存在局部腐蚀的缺点，目前的生物镁合金仍达不到临床应用的要求。本文从高纯化、合金化、热处理工艺、表面改性等方面综述了最近几年生物镁合金在提高腐蚀性能方面的研究进展，并从添加无毒性合金元素，适当的表面涂覆，先进的制备技术及热处理工艺方面，对如何研制出腐蚀性能更好的生物可降解材料进行了展望。

采用激光熔覆技术在Q345钢表面制备FeCrNiCoCuAl_x（x=0，1，2，3）高熵合金涂层。通过XRD，SEM及冲蚀磨损等实验方法研究高熵合金涂层的组织结构与性能。结果表明：随着Al含量的增加，高熵合金涂层由简单结构的FCC和BCC混合固溶体逐渐转变成全部的BCC结构，涂层的硬度也随之增大，最高可达580HV。在3.5% NaCl溶液中，涂层的腐蚀电流密度随着Al含量的增加先降低后提高，且当x=1时涂层具有最好的耐蚀性。冲蚀磨损实验表明，当冲蚀角度由90°减小到30°时，冲蚀磨损量不降反升，表现出韧性材料的冲蚀特征。涂层的抗冲蚀性能随着Al含量的增加而增强，且冲蚀磨损机制由锻造挤压转变为以微切削和犁削为主。

福岛事故后，人们迫切需要开发相应的燃料包壳材料以忍受严重事故发生时的极端工况，从而提高核电站的事故承受能力。尽管FeCrAl合金的宏观中子吸收截面要远远高于锆合金，但其在严重事故下良好的耐腐蚀性、优越的高温力学性能及抗辐照损伤能力，使其被列为事故容错燃料包壳的候选材料之一。然而，现有FeCrAl合金难以满足核电站用材料的要求，因此需对其进行优化，以获得更佳的性能。本文系统总结了近年来关于优化后FeCrAl合金的腐蚀行为、力学性能、辐照后的微观结构及力学性能变化、焊接性及加工性等方面的研究进展，分析了FeCrAl合金的高温腐蚀机理以及引起FeCrAl合金微观结构及力学性能变化的主要原因，提出了FeCrAl合金在高温腐蚀、焊接性以及加工性等过程中存在的主要问题以及未来的研究方向。

在核能和核技术的快速发展过程及应用中产生了大量放射性废水，其对生态环境会造成潜在的污染，因此对放射性废水处理技术的研究对保护环境有着重要的意义。氧化石墨烯及其复合材料具有比表面积高、官能团丰富、吸附能力强、化学稳定性好等优点，在放射性废水处理领域受到广泛关注。本文综述了近年来有关氧化石墨烯及其复合材料对水中放射性核素吸附的研究现状及进展，介绍了氧化石墨烯及其复合材料对放射性核素的吸附容量、吸附等温模型、吸附热力学、影响因素和吸附机理。最后分析了氧化石墨烯及其复合材料处理放射性核素在辐射稳定性和高吸附选择性等方面面临的问题和挑战，探讨了推动该类材料今后实际放射性废水处理中工程应用的重点研究方向，如完善的产业体系和积极研发相匹配的成套水处理工艺及设备等。

聚光式太阳能热发电是解决能源和环境矛盾的理想途径，传热蓄热技术是光热发电的重要环节，在此需要解决的关键问题是传热蓄热介质。熔盐作为储蓄热介质具有明显优势。国内外运行的光热电站中大多使用二元硝酸熔盐（Solar salt）与三元硝酸熔盐（Hitec），但二者传蓄热性能均欠佳，影响了太阳能的利用效率。纳米材料的独特空间结构，使其具有优异的导热性能、良好的稳定性等，将其作为添加剂引入到硝酸熔盐体系中，有望改善材料的传热蓄热等热物性能，进而提高太阳能光热利用的效率，降低发电成本。本文综述了纳米金属粒子、纳米金属氧化物、纳米碳材料和其他无机纳米材料作为添加剂掺杂到硝酸熔盐体系中的相关研究，论述了改性后熔盐热物性的变化并探讨了作用机理，以期为制备优异热性能的储能熔盐提供参考。未来的研究可重点关注热物性测试、传热机理、构效关系和工业化中试，将具有优异的传蓄热性能的硝酸熔盐应用在太阳能光热发电领域，在清洁能源开发利用方面发挥更重要的作用。

石墨烯作为一种导电率高、比表面积大、化学稳定性强的新型二维碳材料，在光催化技术领域显示出广阔的应用前景。本文综述石墨烯及其复合材料在光催化领域中的研究进展。首先介绍光催化基本原理与石墨烯的优异性能，总结石墨烯在复合光催化材料中的基本作用，即促进光生电子的传输、扩大光吸收强度和范围、提升吸附作用等。然后介绍各种石墨烯光催化复合材料（石墨烯/无机半导体、石墨烯/有机半导体、石墨烯/金属纳米粒子）及其多种合成方法。同时进一步阐述石墨烯光催化材料在环境净化领域中的应用，重点介绍在空气净化、水中微量污染物净化及废水处理方面的应用。最后指出目前的石墨烯光催化材料仍然存在催化效率低、成本高、不能实现大规模生产等问题，而对其结构及制备工艺等进行优化有望改善材料性能，提高其实际应用价值。